电场（一）主讲：梁建兴 一. 教学内容：选修3-1 第六章 电场（一）二. 高考考纲及分析（一）高考考纲点电荷（I）库仑定律（Ⅱ）静电场（I）电场强度、点电荷的场强（Ⅱ）电场线（I） 电势能、电势（I）电势差（Ⅱ）匀强电场中电势差和电场强度的关系（I）带电粒子在匀强电场中的运动（Ⅱ）示波管（I）常见电容器（I）电容器的电压、电荷量和电容的关系（I）（二）考纲分析1. 从2007年高考新课标地区对电场部分的考查来看，山东约占13/89分（占分/满分），广东约占27/150分，海南约占10/100分，宁夏约占15/1l0分2. 考查的知识点主要集中在两个方面：（1）电场的描述，涉及电场强度、电场线、电势差、电势、等势面、电容、及平行板电容器形成的匀强电场考查的目标是基本概念的建立、物理，规律的确切含义及适用条件，相关知识的区别与联系2）电场力、电场力做功、电势能的变化、带电粒子在电场中的加速和偏转.它们将受力分析、牛顿运动定律、功能关系有机的结合起来3. 考查的主要题型是选择题和综合性计算论述题选择题的侧重点是基本概念的理解、规律的使用以及概念间的区别与联系计算题考查的侧重点是规律的综合应用，特别是力电综合、电磁综合，且难度较大。
4. 考查热点是电场力做功和电势能变化之间的关系、带电粒子在电场中的运动尤其后者是近几年高考中长盛不衰的一个热点5. 考纲中新增了静电感应、示波器及其应用，对于这两部分知识，不要挖掘太深，掌握到了解程度即可注意在示波管中综合知识的考查6. 预测2009年高考电场部分的考查，还应集中在电场力的性质、电场能的性质、带电粒子在电场中的运动三. 知识网络四. 知识要点第一单元 电场力的性质1. 电荷 电荷守恒定律 点电荷（1）自然界中只存在正、负两中电荷，电荷在它的同围空间形成电场，电荷间的相互作用力就是通过电场发生的电荷的多少叫电量基本电荷2）使物体带电也叫起电使物体带电的方法有三种：① 摩擦起电 ② 接触带电 ③感应起电 （3）电荷既不能创造，也不能被消灭，它只能从一个物体转移到另一个物体，或从的体的这一部分转移到另一个部分，这叫做电荷守恒定律带电体的形状、大小及电荷分布状况对它们之间相互作用力的影响可以忽略不计时，这样的带电体就可以看做带电的点，叫做点电荷2. 库仑定律在真空中两个点电荷间的作用力跟它们的电量的乘积成正比，跟它们间的距离的平方成反比，作用力的方向在它们的连线上，数学表达式为，其中比例常数叫静电力常量，。
库仑定律的适用条件是（a）真空，（b）点电荷点电荷是物理中的理想模型当带电体间的距离远远大于带电体的线度时，可以使用库仑定律，否则不能使用3. 电场 电场线为了直观形象地描述电场中各点的强弱及方向，在电场中画出一系列曲线，曲线上各点的切线方向表示该点的场强方向，曲线的疏密表示电场的弱度 电场线的特点：（a）始于正电荷 （或无穷远），终止负电荷（或无穷远）；（b）任意两条电场线都不相交 电场线只能描述电场的方向及定性地描述电场的强弱，并不是带电粒子在电场中的运动轨迹带电粒子的运动轨迹是由带电粒子受到的合外力情况和初速度共同决定4. 电场强度 点电荷的电场 （1）电场的最基本的性质之一，是对放入其中的电荷有电场力的作用电场的这种性质用电场强度来描述在电场中放入一个检验电荷，它所受到的电场力跟它所带电量的比值叫做这个位置上的电场强度，定义式是，场强是矢量，规定正电荷受电场力的方向为该点的场强方向，负电荷受电场力的方向与该点的场强方向相反 电场强度的大小，方向是由电场本身决定的，是客观存在的，与放不放检验电荷，以及放入检验电荷的正、负电量的多少均无关，既不能认为与成正比，也不能认为与成反比。
点电荷场强的计算式 要区别场强的定义式与点电荷场强的计算式，前者适用于任何电场，后者只适用于真空（或空气）中点电荷形成的电场第二单元 电场能的性质1. 电势能 电势 等势面电势能由电荷在电场中的相对位置决定的能量叫电势能 电势能具有相对性，通常取无穷远处或大地为电势能和零点 由于电势能具有相对性，所以实际的应用意义并不大而经常应用的是电势能的变化电场力对电荷做功，电荷的电势能减速少，电荷克服电场力做功，电荷的电势能增加，电势能变化的数值等于电场力对电荷做功的数值，这常是判断电荷电势能如何变化的依据电场力对电荷做功的计算公式：，此公式适用于任何电场电场力做功与路径无关，由起始和终了位置的电势差决定电势是描述电场的能的性质的物理量 在电场中某位置放一个检验电荷，若它具有的电势能为，则比值叫做该位置的电势 电势也具有相对性，通常取离电场无穷远处或大地的电势为零电势（对同一电场，电势能及电势的零点选取是一致的）这样选取零电势点之后，可以得出正电荷形成的电场中各点的电势均为正值，负电荷形成的电场中各点的电势均为负值 电势相等的点组成的面叫等势面等势面的特点： （a）等势面上各点的电势相等，在等势面上移动电荷电场力不做功。
（b）等势面一定跟电场线垂直，而且电场线总是由电势较高的等势面指向电势较低的等势面 （c）规定：画等势面（或线）时，相邻的两等势面（或线）间的电势差相等这样，在等势面（线）密处场强较大，等势面（线）疏处场强小2. 电势差电场中两点的电势之差叫电势差，依教材要求，电势差都取绝对值，知道了电势差的绝对值，要比较哪个点的电势高，需根据电场力对电荷做功的正负判断，或者是由这两点在电场线上的位置判断3. 匀强电场中电势差和电场强度的关系场强方向处处相同，场强大小处处相等的区域称为匀强电场，匀强电场中的电场线是等距的平行线，平行正对的两金属板带等量异种电荷后，在两极之间除边缘外就是匀强电场在匀强电场中电势差与场强之间的关系是，公式中的是沿场强方向上的距离在匀强电场中平行线段上的电势差与线段长度成正比注意：电场强度E和电势U仅仅由场本身决定，与是否在场中放入电荷 ，以及放入什么样的检验电荷无关而电场力F和电势能两个量，不仅与电场有关，还与放入场中的检验电荷有关所以E和U属于电场，而和属于场和场中的电荷五. 重点、难点解析1. 库仑定律成立的条件及应用内容：在真空中两个点电荷的相互作用力跟它们的电荷量的乘积成正比，跟它们间的距离的平方成反比，作用力的方向在它们的连线上。
表达式：说明：（1）库仑定律适用在真空中、点电荷间的相互作用，点电荷在空气中的相互作用也可以应用该定律① 对于两个均匀带电绝缘球体，可以将其视为电荷集中于球心的点电荷，r为两球心之间的距离② 对于两个带电金属球，要考虑金属表面电荷的重新分布③ 库仑力是短程力，在r =10-15～10-9 m的范围均有效.所以不能根据公式错误地推论：当r →0时，F→∞，其实，在这样的条件下，两个带电体也已经不能再看做点电荷2）在计算时，知物理量应采用国际单位制单位.此时静电力常量k =9×109N·m2/C23），可采用两种方法计算：① 采用绝对值计算.库仑力的方向由题意判断得出② Q1、Q2带符号计算.此时库仑力F的正、负符号不表示方向，只表示吸引力和排斥力4）库仑力具有力的共性① 两个点电荷之间相互作用的库仑力遵守牛顿第三定律② 库仑力可使带电体产生加速度例如原子的核外电子绕核运动时，库仑力使核外电子产生向心加速度③ 库仑力可以和其他力平衡④ 某个点电荷同时受几个点电荷的作用时，要用平行四边形定则求合力2. 电场强度的计算（1）定义式：适用于任何电场，E与F、q无关，E的方向规定为正电荷受到电场力的方向。
2）点电荷电场的场强：说明：① 电场中某点的电场强度的大小与形成电场的电荷电量有关，而与场电荷的电性无关，而电场中各点场强方向由场电荷电性决定② 由定义式知：电场力F = qE，即电荷在电场中所受的电场力的大小由电场和电荷共同决定；电场力的方向由场强方向和电荷电性决定：正电荷在电场中所受电场力的方向与场强方向一致，负电荷在电场中所受电场力的方向与场强方向相反③ 如果空间几个电场叠加，则空间某点的电场强度为知电场在该点电场强度的矢量和，应据矢量合成法则——平行四边形定则合成；当各场强方向在同一直线上时，选定正方向后作代数运算合成3. 电荷守恒定律电荷既不能被创造，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.在转移过程中，电荷总量不变说明：（1）电荷量的实质：物体得到或失去电子便带上了电荷，得到电子带负电，失去电子带正电，讨论物体带何种电性，是指物体的净电荷是正还是负，也就是说物体所具有的总电荷中是正电荷多于负电荷，还是负电荷多于正电荷，净电荷的多少叫做电荷量2）摩擦起电：两个不同种的物体相互摩擦，其中一个物体失去电子而带正电，另一物体获得电子而带等量的负电。
3）接触起电：用一个不带电的物体去接触另一个带电的物体，带电物体的净电荷的一部分就会转移到原来不带电的物体上，使原来不带电的物体带电4）电荷的中和：两个有等量异种电荷的导体，相互接触后净电荷为零的现象叫电荷的中和5）不能将起电现象看成是电荷的创造，也不能将电荷中和现象看成是电荷的消灭，从而否定电荷守恒定律.事实上，不论是起电现象还是电荷中和的现象，其过程只是电荷的转移，电荷本身并没有被创造或消灭在任何物理过程中，各个物体的电荷量可以改变，但所有物体电荷量的代数和是守恒的4. 电势能大小的比较（1）场电荷判断法① 离场正电荷越近，检验正电荷的电势能越大；检验负电荷的电势能越小② 离场负电荷越近，检验正电荷的电势能越小；检验负电荷的电势能越大2）电场线法① 正电荷顺着电场线的方向移动时，电势能逐渐减小；逆着电场线的方向移动时，电势能逐渐增大② 负电荷顺着电场线的方向移动时，电势能逐渐增大；逆着电场线的方向移动时，电势能逐渐减小3）做功判断法无论正、负电荷，电场力做正功，电荷从电势能较大的地方移向电势能较小的地方，反之，如果电荷克服电场力做功，那么电荷将从电势能较小的地方移向电势能较大的地方。
5. 匀强电场中电势差和电场强度的关系电势差和电场强度都是描述电场性质的物理量，都由电场本身决定，但这两个物理量之间无直接关系，电场强度是从力的角度描述电场性质的物理量，是矢量；电势差则是从能量角度来描述电场性质的物理量，是标量.但是电场强度与电势差有一定的关系1）匀强电场中电势差和电场强度在方向上的关系：由图可知，由A点沿AB、AC、AD、AF路径电势均降落，且UAB=UAC=UAD=UAF其中AB路径电势降落最快（单位长度上的电势差最大）.由此可知：电势降落最快的方向是电场强度的方向2）匀强电场中电场强度和电势差在数值上的关系：说明：① 上式只适用于匀强电场；② 上式中U为电场中的两点间的电势差，d为两点沿场强方向间的距离（即两点所在等势面间的距离）；③ 电场强度的单位：N/C=V/m6. 电场力做功的计算（1）根据电势能的变化与电场力做功的关系计算电场力做了多少功，就有多少电势能和其他形式的能发生相互转化 （2）应用W=qUAB计算① 正负号运算法：按照符号规定把电。