四川省资阳市高考物理专题复习《静电场》知识点梳理（通用）

四川省资阳市高考物理专题复习静电场知识点梳理 一、 回顾旧知 电场基本规律、电场中相关物理量的回顾。二、 新课讲解 1、考 点：电荷基本规律、库伦定律、电场力和能的性质、电容器等等。2、重难点：库伦定律的理解与应用、电势和电势差、运动轨迹电场线相关问题的判定、电容器的动态平衡问题、 带电粒子在场中的运动。3、易混点：电势、电势差、电势能的理解与应用，复合场的运动，电场线等问题的判定三、知识点精讲（一）电场基本规律1、电荷 电荷守恒定律自然界中只存在正、负电荷自然界中两种电荷的总量是守恒的，使物质带电的过程，就是使电荷从一个物体转移到另一物体（如摩擦起电和接触带电）；或者是从物体的一部分转移到另一部分（静电感应），不管何种方式，电荷既不能创造，也不能消失，这就是电荷守恒定律（1）三种带电方式：摩擦起电-掠夺式、接触起电-均分式、感应起电-本能式（2）元电荷：最小的带电单元，自然界任何物体的带电荷量都是元电荷（e=1.6×10-19c）的整数倍，电子、质子的电荷量都等于元电荷，但电性不同，前者为负，后者为正。2、库伦定律：（1）定律内容：真空中两个静止点电荷之间的相互作用力，与它们的电荷量的乘积成正比，与它们的距离的平方成反比，作用力的方向在它们的连线上。（2）表达式： k=9.0×109N·m2/C2静电力常量（3）适用条件：真空中静止的点电荷。（二）电场 力的性质：1、电场的基本性质：电场对放入其中的电荷有力的作用。2、电场强度E：（1）定义：电荷在电场中某点受到的电场力F与电荷的带电量q的比值，就叫做该点的电场强度。（2）定义式： E与F、q无关，只由电场本身决定。（3）电场强度是矢量：大小：在数值上为单位电荷受到的电场力。 方向：规定正电荷受力方向，负电荷受力与E的方向相反。（4）单位：N/C,V/m 1N/C=1V/m（5）其他的电场强度公式 点电荷的场强公式：Q场源电荷匀强电场场强公式：d沿电场方向等势面间距离（6）场强的叠加：遵循平行四边形法则3、电场线：（1）意义：形象直观描述电场强弱和方向的理想模型，实际上是不存在的（2）电场线的特点： 电场线起于正电荷（无穷远），止于（无穷远）负电荷不封闭，不相交，不相切。沿电场线电势降低，且电势降低最快。一条电场线无法判断场强大小，可以判断电势高低。电场线垂直于等势面，静电平衡导体，电场线垂直于导体表面（3）几种特殊电场的电场线：各点的切线方向反映场强的方向，疏密程度反映场强的大小。特点：假想的（不存在）、不相交、不闭合，从正电荷出发，终止于负电荷。E（三）电场 能的性质1、电场 能的基本性质：电荷在电场中移动，电场力要对电荷做功。2、电势能Ep：（1）定义：电荷在电场中，由于电场和电荷间的相互作用，由位置决定的能量。电荷在某点的电势能等于电场力把电荷从该点移动到零势能位置时所做的功。（2）定义式：带正负号计算（3）特点： 电势能具有相对性，相对零势能面而言，通常选大地或无穷远处为零势能面。电势能的变化量Ep与零势能面的选择无关。3、电势：（1）定义：电荷在电场中某一点的电势能Ep与电荷量的比值。（2）定义式：单位：伏（V）带正负号计算（3）特点： 电势具有相对性，相对参考点而言。但电势之差与参考点的选择无关。电势是一个标量，但是它有正负，正负只表示该点电势比参考点电势高，还是低。电势的大小由电场本身决定，与Ep和q无关。电势在数值上等于单位正电荷由该点移动到零势点时电场力所做的功。（4）电势高低的判断方法 AB根据电场线判断：沿着电场线方向电势降低。A>B根据电势能判断：正电荷：电势能大，电势高；电势能小，电势低。负电荷：电势能大，电势低；电势能小，电势高。结论：只在电场力作用下，静止的电荷从电势能高的地方向电势能低的地方运动。4、电势差UAB（1）定义：电场中两点间的电势之差。也叫电压。（2）定义式：UAB=A-B （3）特点： 电势差是标量，却有正负，只表示起点和终点的电势谁高谁低。单位：伏（V）电场中两点的电势差是确定的，与零势面的选择无关U=Ed匀强电场中两点间的电势差计算公式。电势差与电场强度之间的关系。5、电场力做功WAB ：（1）电场力做功的特点：电场力做功与路径无关，只与初末位置有关，即与初末位置的电势差有关。（2）表达式：WAB=UABq带正负号计算（适用于任何电场） WAB=Eqdd沿电场方向的距离。匀强电场（3）电场力做功与电势能的关系 WAB=-Ep=EpA-EPB无条件结论结论：电场力做正功，电势能减少 电场力做负功，电势能增加6、等势面：（1）定义：电势相等的点构成的面。（2）特点：等势面上各点电势相等，在等势面上移动电荷，电场力不做功。等势面与电场线垂直两等势面不相交等势面的密集程度表示场强的大小：疏弱密强。画等势面时，相邻等势面间的电势差相等。（3）判断非匀强电场线上两点间的电势差的大小：靠近场源（场强大）的两点间的电势差大于远离场源（场强小）相等距离两点间的电势差。ABC若AB=BC，则UAB>UBC7、静电平衡状态：（1）定义：导体内不再有电荷定向移动的稳定状态（2）特点：处于静电平衡状态的导体，内部场强处处为零。感应电荷在导体内任何位置产生的电场都等于外电场在该处场强大小相等，方向相反。处于静电平衡状态的整个导体是个等势体，导体表面是个等势面。SABLC电荷只分布在导体的外表面，与导体表面的弯曲程度有关，越弯曲，电荷分布越多。（四）电容器及其应用：1、电容器充放电过程：（电源给电容器充电）充电过程S-A：电源的电能转化为电容器的电场能放电过程S-B：电容器的电场能转化为其他形式的能2、电容：（1）物理意义：表示电容器容纳电荷本领的物理量。（2）定义：电容器所带电量Q与电容器两极板间电压U的比值就叫做电容器的电容。（3）定义式：是定义式不是决定式是电容的决定式（平行板电容器）（4）单位：法拉F，微法F，皮法pF 1pF=10-6F=10-12F（5）特点：电容器的电容C与Q和U无关，只由电容器本身决定。电容器的带电量Q是指一个极板带电量的绝对值。电容器始终与电源相连，则电容器的电压不变。 电容器充电完毕，再与电源断开，则电容器的带电量不变。在有关电容器问题的讨论中，经常要用到以下三个公式和的结论联合使用进行判断 （五）应用带电粒子在电场中的运动（平衡问题，加速问题，偏转问题）Eqmgv01、基本粒子不计重力，但不是不计质量，如质子（），电子，粒子（）,氕（），氘（），氚（）带电微粒、带电油滴、带电小球一般情况下都要计算重力。2、平衡问题：电场力与重力的平衡问题。mg=EqUv3、加速问题（1）由牛顿第二定律解释，带电粒子在电场中加速运动（不计重力），只受电场力Eq，粒子的加速度为a=Eq/m，若两板间距离为d，则（2）由动能定理解释，可见加速的末速度与两板间的距离d无关，只与两板间的电压有关，但是粒子在电场中运动的时间不一样，d越大，飞行时间越长。4、偏转问题类平抛运动（由两极板间中点射入） 在垂直电场线的方向：粒子做速度为v0匀速直线运动。在平行电场线的方向：粒子做初速度为0、加速度为a的匀加速直线运动。带电粒子若不计重力，则在竖直方向粒子的加速度带电粒子做类平抛的水平距离，若能飞出电场水平距离为L，若不能飞出电场则水平距离为xLv0yvv0vy带电粒子飞行的时间：t=x/v0=L/v0粒子要能飞出电场则：yd/2粒子在竖直方向做匀加速运动：粒子在竖直方向的分速度:粒子出电场的速度偏角：由可得：飞 行 时间：t=L/vO 竖直分速度：U1Lv0yvv0vyLy侧向偏移量： 偏向角：飞 行 时间：t=L/vO 偏向角：侧向偏移量： 在这种情况下，一束粒子中各种不同的粒子的运动轨迹相同。即不同粒子的侧移量，偏向角都相同，但它们飞越偏转电场的时间不同，此时间与加速电压、粒子电量、质量有关。如果在上述例子中粒子的重力不能忽略时，只要将加速度a重新求出即可，具体计算过程相同。5、 示波器的原理同书上结构图。四、 课堂小结，布置作业。 练 习 1、如图1-1所示，有两个带电小球，电量分别为+Q和+9Q，在真空中相距0.4m。如果引进第三个带电小球，正好使三个小球都处于平衡状态，第三个小球带的是哪种电荷？应放在什么地方？电量是Q的几倍？ Q q 9Q A C B （图1-1） 2、如图1-2所示，初速度为的带电粒子，从A点射入电场，沿虚线运动到B点，判断：（1）粒子带什么电？（2）粒子加速度如何变化？（3）画出A、B两点的加速度方向。 3、如图1-3所示，A、B两点放有电荷量+Q和+2Q的点电荷，A、B、C、D四点在同一直线上，且AC=CD=DB，将一正电荷从C点沿直线移到D点，则（ ）A、电场力一直做正功+2Q+QB、电场力先做正功再做负功A C D BC、电场力一直做负功 图1-3D、电场力先做负功再做正功4、真空中有两个相同的金属小球A和B，相距为r，带电量分别是q和2q，但带何种电荷未知，它们之间的相互作用力大小为F，有一个跟A、B相同的不带电的金属球C，当C跟A、B依次各接触一次后移开，再将A、B间距离变为2r，那么A、B间的作用力大小可能是（ ）A、5F/64 B、5F/32 C、3F/64 D、3F/165、如图1-4所示，绝缘的细线上端固定，下端悬挂一个轻质小球a，a的表面镀有铝膜，在a的近旁有一绝缘金属球b，开始时，a、b都不带电，如图所示，现使b带电则（ ）A、a、b间不发生相互作用B、b将吸引a，吸住后不放开C、b立即把a排斥开D、b先吸引a，接触后又把a排斥开6、有关电场强度的理解，下述正确的是（ ）A、由可知，电场强度E跟放入的电荷q所受的电场力成正比。B、当电场中存在试探电荷时，电荷周围才出现电场这种特殊的物质，才存在电场强度C、由E=Kq/r2可知，在离点电荷很近，r接近于零，电场强度达无穷大D、电场强度是反映电场本身特性的物理量，与是否存在试探电荷无关。7、一半径为R的绝缘球壳上均匀地带有电荷量为Q的正电荷，另一电荷量为q的带正电的点电荷放在球心O上，由于对称性，点电荷的受力为零，现在球壳上挖去半径为r 的小圆孔，则此时置于球心的点电荷所受力的大小为 （已知静电力常量为k），方向 8、如图1-5所示为电场中的一根电场线，在该电场线上有a、b两点，用Ea、Eb分别表示两处场强的大小，则（ ）a bA、a、b两点的场强方向相同B、因为电场线由a指向b，所以EaEbC、因为电场线是直线，所以Ea=Eb 图1-5D、因为不知道a、b附近的电场线分布情况，所以不能确定Ea、Eb的大小关系。9、在x轴上有两个点电荷，一个带正电Q1，另一个带负电-Q2，且Q1=2Q2，用E1和E2分别表示两个点电荷所产生的场强大小，则在x轴上（ ）A、E1=E2之点只有一个，该处的合场强为零B、E1=E2之点共有两处，一处合场强为零，另一处合场强为2E2C、E1=E2之点共有三处，其中两处合场强为零，另一处合场强为2E2D、E1=E2之点共有三处，其中一处合场强为零，另两处合场强为2E210、如图1-6所示，用两根细绳把两个带同种电荷的小球悬挂在一点，A球质量大于B球的质量，A球所带的电荷量大于B球所带的电荷量。两球静止时，A、B两球处在同一水平面上，悬线与竖直线的偏角分别为和，则（ ）A、 B、 C、= D、无法确定A P B11、如图1-7所示，直线A、B是一条电场线，在其上某点P处由静止开始释放一负试探电荷时，它沿直线向B处运动，对此现象，下列判断正确的是（不计电荷重力）A、电荷一定向B做匀加速运动B、电荷一定向B做加速度越来越小的运动C、电荷一定向B做加速度越来越大的运动 图1-7A c d BD、电荷向B做加速运动，加速度的变化情况不能确定。 12、如图所示，A、B为带电量分别是Q和-Q的两个等量异种点电荷，c、d为A、图1-8B连线上的两个点，且Ac=Bd，则c、d两点电场强度 13、 已经证实，质子、中子都是由称为上夸克和下夸克的两种夸克组成的，上夸克带电为，下夸克带电为，e为电子所带电荷量的大小，如果质子是由三个夸克组成的，且各个夸克之间的距离为L，L=1.5×10-15m。试计算质子内相邻两个夸克之间的静电力14、 两个质量都为m的小球可视为质量，用长度都是L的绝缘细线悬挂在同一点，使它们带上等量同种电荷，平衡时两悬线的夹角为2，求每个小球所带的电量。15、 一粒子质量为m，带电量为+q，以初速度V，跟水平方向成45°角斜向上进入匀强电场区域，粒子恰沿直线运动，求这匀强电场场强的最小值，并说明其方向。