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1、物理选修 3-1 第 1 页 共 24 页 第一章 静电场第一章 静电场 一、电荷、电荷守恒定律一、电荷、电荷守恒定律 1、两种电荷：“+” “-”用毛皮摩擦过的橡胶棒带负电荷，用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电荷。 2、元电荷 ： 所带电荷的最小基元，一个元电荷的电量为 161019C，是一个电子(或质子)所带的电量。说 明：任何带电体的带电量皆为元电荷电量的整数倍。 荷质比(比荷)：电荷量 q 与质量 m 之比，(q/m)叫电荷的比荷 3、起电方式有三种 摩擦起电 接触起电 注意：电荷的变化是电子的转移引起的；完全相同的带电金属球相接触，同种电荷总电荷量平 均分配，异种电荷先中和后再平分。 感应起
2、电切割 B，或磁通量发生变化。 光电效应在光的照射下使物体发射出电子 4、电荷守恒定律： 电荷既不能创造，也不能被消灭，它们只能从一个物体转移到另一个物体，或者从物体的一部分转移到 另一部分，系统的电荷总数是不变的 二、库仑定律二、库仑定律 1 内容：真空中两个点电荷之间相互作用的电力，跟它们的电荷量的乘积成正比，跟它们的距离的二次方 成反比，作用力的方向在它们的连线上。方向由电性决定(同性相斥、异性相吸) 2 公式： k90109Nm2C2 2 21 r QQ kF 极大值问题：在 r 和两带电体电量和一定的情况下，当 Q1=Q2时，有 F 最大值。 3适用条件：（1）真空中； （2）点电荷
3、 点电荷是一个理想化的模型，在实际中，当带电体的形状和大小对相互作用力的影响可以忽略不计时， 就可以把带电体视为点电荷 （这一点与万有引力很相似，但又有不同：对质量均匀分布的球，无论两球相 距多近，r 都等于球心距；而对带电导体球，距离近了以后，电荷会重新分布，不能再用球心距代替 r） 。点 电荷很相似于我们力学中的质点 注意：两电荷之间的作用力是相互的，遵守牛顿第三定律 使用库仑定律计算时，电量用绝对值代入，作用力的方向根据“同性相排斥，异性相吸引”的规律 定性判定。 计算方法：带正负计算，为正表示斥力；为负表示引力。 一般电荷用绝对值计算，方向由电性异、同判断。 三个自由点电荷平衡问题，静
4、电场的典型问题，它们均处于平衡状态时的规律。 “三点共线，两同夹异，两大夹小” 中间电荷靠近另两个中电量较小的。 中间点电荷的平衡求间距，两边之一平衡求中间点电荷的电量，关系式为或 313221 qqqqqq 右左中 QQQ 2 q1、q3固定时，q2的平衡位置具有唯一性，且与 q2的电量多少，电性正负无关。 三、电场：三、电场： 物理选修 3-1 第 2 页 共 24 页 1、存在于带电体周围的传递电荷之间相互作用的特殊媒介物质电荷间的作用总是通过电场进行的。 电场：只要电荷存在它周围就存在电场，电场是客观存在的，它具有力和能的特性。力(电场强度)；能 (磁通量) 若电荷不动周围的是静电场，
5、若电荷运动周围不单有电场而且产生磁场， 2、电场的基本性质-是对放入其中的电荷有力的作用。能使放入电场中的导体产生静电感应现象 3、电场可以由存在的电荷产生，也可以由变化的磁场产生。 四、电场强度(四、电场强度(E)描述电场力特性的物理量。 （矢量）描述电场力特性的物理量。 （矢量） 1定义：放入电场中某一点的电荷受到的电场力 F 跟它的电量 q 的比值叫做该点的电场强度，表示该处电 场的强弱 2求 E 的规律及方法(有如下 5 种)： E (定义 普遍适用)单位是：N/C 或 V/m； “描述自身的物理量”统统不能说正此，反 q F 比(下同) (导出式，真空中的点电荷，其中 Q 是产生该电
6、场的电荷) 2 r Q kE (导出式，仅适用于匀强电场，其中 d 是沿电场线方向上的距离) d U E 电场的矢量叠加：当存在几个场源时，某处的合场强=各个场源单独存在时在此处产生场强的矢量和 利用对称性求解。 3方向： 与该点正电荷受力方向相同，与负电荷的受力方向相反； 电场线的切线方向是该点场强的方向； 场强的方向与该处等势面的方向垂直平行板电容器边缘除外。 4在电场中某一点确定了，则该点场强的大小与方向就是一个定值，与放入的检验电荷无关，即使不放入 检验电荷，该处的场强大小方向仍不变。检验电荷 q 充当“测量工具”的作用 某点的 E 取决于电场本身,(即场源及这点的位置,)与 q检的正
7、负,电何量 q检和受到的电场力 F 无关. 这一点很相似于重力场中的重力加速度,点定则重力加速度定.与放入该处物体的质量无关,即使不放入 物体,该处的重力加速度仍为一个定值 5、电场强度是矢量，电场强度的合成按照矢量的合成法则 （平行四边形法则和三角形法则） 6、电场强度和电场力是两个概念，电场强度的大小与方向跟放入的检验电荷无关，而电场力的大小与方向 则跟放入的检验电荷有关， 五、电场线：五、电场线： 定义：在电场中为了形象的描绘电场而人为想象出或假想的曲线描述 E 的强弱(疏密)和方向。电场线实 际上并不存但 E 又是客观存在的，电场线是人为引入的研究工具。电场线是人为引进的，实际上是不存
8、在 的；法拉第首先提出用电场线形象生动地描绘电场或磁场。 切线方向表示该点场强的方向，也是正电荷的受力方向 静电场电场线有始有终 ： 始于“+” ，终止于“-”或无穷远，从正电荷出发到负电荷终止，或从正电荷出 发 到无穷远处终止，或者从无穷远处出发到负电荷终止 疏密表示该处电场的强弱，也表示该处场强的大小越密，则 E 越强 匀强电场的电场线平行且等间距直线表示(平行板电容器间的电场，边缘除外) 物理选修 3-1 第 3 页 共 24 页 匀强电场 点电荷与带电平板 + 等量异种点电荷的电场 等量同种点电荷的电场孤立点电荷周围的电场 没有画出电场线的地方不一定没有电场 沿着电场线方向，电势越来越
9、低但 E 不一定减小；沿 E 方向电势降低最快的方向。 电场线等势面电场线由高等势面批向低等势面. 静电场的电场线不相交,不终断,不成闭合曲线。但变化的电场的电场线是闭合的。 电场线不是电荷运动的轨迹也不能确定电荷的速度方向。 除非三个条件同时满足：电场线为直线，v0=0 或 v0方向与 E 方向平行。仅受电场力作用。 熟记几种典型电场的电场线特点：（重点） 孤立点电荷周围的电场；等量异种点电荷的电场(连线和中垂线上的电场特点)；等量同种点电荷的电 场(连线和中垂线上的电场特点)；匀强电场；点电荷与带电平板；具有某种对称性的电场；均匀辐 射状的电场周期性变化的电场。 一、电势差一、电势差 U
10、（是指两点间的）（是指两点间的） 定义：电场中两点间移动检验电荷 q（从 AB），电场力做的功 WAB跟其电量 q 的比值叫做这两点间的 电势差，UAB=WAB/q 是标量UAB的正负只表示两点电势谁高谁低。UAB为正表示 A 点的电势高 于 B 点的电势。 数值上=单位正电荷从 AB 过程中电场力所做的功。 等于 A、B 的电势之差,即 UAB=AB 在匀强电场中 UAB= EdE (dE表示沿电场方向上的距离) 意义：反映电场本身性质，取决于电场两点，与移动的电荷无关，与零电势的选取无关， 电势差对应静电力做功， 电能其它形式的能。 电动势对应非静电力做功 电能其它形式的能 点评：电势差很
11、类似于重力场中的高度差物体从重力场中的一点移到另一点，重力做的功跟其重量的比 值叫做这两点的高度差 hW/G 二、电势（是指某点的）描述电场能性质的物理量。二、电势（是指某点的）描述电场能性质的物理量。 必须先选一个零势点， （具有相对性）相对零势点而言，常选无穷远或大地作为零电势。 正点电荷产生的电场中各点的电势为正，负点电荷产生的电场中各点的电势为负。 定义：某点相对零电势的电势差叫做该点的电势，是标量 在数值上=单位正电荷由该点移到零电势点时电场力所做的功. 特点： 标量：有正负，无方向，只表示相对零势点比较的结果。 电场中某点的电势由电场本身因素决定，与检验电荷无关。与零势点的选取有关
12、。 沿电场线方向电势降低，逆。 。 。 。 。 。 （但场强不一定减小） 。沿 E 方向电势降得最快。 当存在几个场源时，某处合电场的电势等于各个场源在此处产生电势代数和的叠加。 电势高低的判断方法：1 根据电场线的方向判断；2 电场力做功判断；3 电势能变化判断。 物理选修 3-1 第 4 页 共 24 页 点评：类似于重力场中的高度某点相对参考面的高度差为该点的高度 注意：(1) 高度是相对的与参考面的选取有关，而高度差是绝对的与参考面的选取无关同样电势是相对 的与 零电势的选取有关，而电势差是绝对的，与零电势的选取无关 (2) 一般选取无限远处或大地的电势为零当零电势选定以后，电场中各点
13、的电势为定值 (3) 电场中 A、B 两点的电势差等于 A、B 的电势之差,即 UAB=AB,沿电场线方向电势降低. 三、电势能三、电势能 EP 1 概念：由电荷及电荷在电场中的相对位置决定的能量，叫电荷的电势能。 电势能具有相对性，与零参考点的选取有关(通常选地面或远为电势能零点) 特别指出：电势能实际应用不大，常实际应用的是电势能的变化。 电荷在电场中某点的电势能=把电荷从此点移到电势能零处电场力所做的功。E=q A0 四、电场力做功与电势能四、电场力做功与电势能 1电势能：电场中电荷具有的势能称为该电荷的电势能电势能是电荷与所在电所共有的。 2电势能的变化：电场力做正功电势能减少；电场力
14、做负功电势能增加 重力势能变化：重力做正功重力势能减少；重力做负功重力势能增加 3.电场力做功：由电荷的正负和移动的方向去判断(4 种情况)功的正负电势能的变化（重点和难点知 识） 正、负电荷沿电场方向和逆电场方向的 4 种情况。（上课时一定要搞清楚的，否则对以后的学习带 来困难） 电场力做功过程就是电势能与其它形式能转化的过程（电势差） ，做功的数值就是能量转化的多少。 W=FSCOS(匀强电场) W=qEd (d 为沿场强方向上的距离) W=qU= Ep，U 为电势差，q 为电量 重力做功：WGh，h 为高度差，G 为重量 电场力做功跟路径无关，是由初末位置的电势差与电量决定 重力做功跟路
15、径无关，是由初末位置的高度差与重量决定 五、等势面五、等势面 1电场中电势相等的点所组成的面为等势面 2特点(1) 各点电势相等，等势面上任意两点间的电势差为零， 在特势面上移动电荷(不论方式如何,只要起终点在同一等势面上)电场力不做功 电场力做功为零，路径不一定沿等势面运动，但起点、终点一定在同一等势面上。 (2) 画法规定：相领等势面间的电势差相等等差等势面的蔬密可表示电场的强弱 (3) 处于静电平衡状态的导体：整个导体是一个等势体，其表面为等势面E内=0，任两点间 UAB=0 越靠近导体表面等势面越密，形状越与导体形状相似，等势面越密电场强度越大，曲率半径越小(越尖) 的地方，等势面(电
16、场线)都越密,这就可解释尖端放电现象，如避雷针。 (4) 匀强电场，电势差相等的等势面间距离相等，点电荷形成的电场，电势差相等的等势面间距不相等， 越向外距离越大 (5) 等势面上各点的电势相等但电场强度不一定相等 (6) 电场线等势面，且由电势高的面指向电势低的面，没电场线方向电势降低。 物理选修 3-1 第 5 页 共 24 页 (7) 两个等势面永不相交 规律方法 1、一组概念的理解与应用 电势、电势能、电场强度都是用来描述电场性质的物理， ，它们之间有十分密切的联系，但也有很大区别， 解题中一定注意区分，现列表进行比较 （1）电势与电势能比较： 电势电势能 1反映电场能的性质的物理量荷在电场中某点时所具有的电势能 2电场中某一点的电势的大小，只跟电场本身 有关，跟点电荷无关 电势能的大小是由点电荷 q 和该点电势共同决 定的 3电势差却是指电场中两点间的电势之差，U= AB，取B=0
