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      高考物理知識(shí)點(diǎn):電場(chǎng)知識(shí)歸納及例題講解

      時(shí)間:2022-12-09 18:11:43 高考備考 我要投稿

      2016高考物理必備知識(shí)點(diǎn):電場(chǎng)知識(shí)歸納及例題講解

          電場(chǎng)是電荷及變化磁場(chǎng)周圍空間里存在的一種特殊物質(zhì)。電場(chǎng)這種物質(zhì)與通常的實(shí)物不同,它不是由分子原子所組成,但它是客觀存在的,電場(chǎng)具有通常物質(zhì)所具有的力和能量等客觀屬性。

      2016高考物理必備知識(shí)點(diǎn):電場(chǎng)知識(shí)歸納及例題講解

        電場(chǎng)的力的性質(zhì)表現(xiàn)為:

        電場(chǎng)對(duì)放入其中的電荷有作用力,這種力稱為電場(chǎng)力。

        電場(chǎng)的能的性質(zhì)表現(xiàn)為:

        當(dāng)電荷在電場(chǎng)中移動(dòng)時(shí),電場(chǎng)力對(duì)電荷作功(這說明電場(chǎng)具有能量)。

        [考點(diǎn)方向]

        1、有關(guān)場(chǎng)強(qiáng)E(電場(chǎng)線)、電勢(shì)(等勢(shì)面)、W=qU、動(dòng)能與電勢(shì)能的比較。

        2、帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)情況(加速、偏轉(zhuǎn)類平拋)的比較,運(yùn)動(dòng)軌跡和方向(一直向前?往返?)的分析判別。 [聯(lián)系實(shí)際與綜合] ①直線加速器②示波器原理③靜電除塵與選礦④滾筒式靜電分選器⑤復(fù)印機(jī)與噴墨打印 機(jī)⑥靜電屏蔽⑦帶電體的力學(xué)分析(綜合平衡、牛頓第二定律、功能、單擺等)⑧帶電體在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)⑨氫原子的核外電子運(yùn)行

        [電場(chǎng)知識(shí)點(diǎn)歸納]

        1.電荷 電荷守恒定律 點(diǎn)電荷

        ⑴自然界中只存在正、負(fù)兩中電荷,電荷在它的同圍空間形成電場(chǎng),電荷間的相互作用力就是通過電場(chǎng)發(fā)生的。電荷的多少叫電量;倦姾 。帶電體電荷量等于元電荷的整數(shù)倍(Q=ne)

        ⑵使物體帶電也叫起電。使物體帶電的方法有三種:①摩擦起電 ②接觸帶電 ③感應(yīng)起電。

        ⑶電荷既不能創(chuàng)造,也不能被消滅,它只能從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體,或從的體的這一部分轉(zhuǎn)移到另一個(gè)部分,這叫做電荷守恒定律。

        帶電體的形狀、大小及電荷分布狀況對(duì)它們之間相互作用力的影響可以忽略不計(jì)時(shí),這樣的帶電體就可以看做帶電的點(diǎn),叫做點(diǎn)電荷。

        2.庫侖定律

        在真空中兩個(gè)點(diǎn)電荷間的作用力跟它們的電量的乘積成正比,跟它們間的距離的平方成反比,作用力的方向在它們的連線上,數(shù)學(xué)表達(dá)式為 ,其中比例常數(shù) 叫靜電力常量, 。(F:點(diǎn)電荷間的作用力(N), Q1、Q2:兩點(diǎn)電荷的電量(C),r:兩點(diǎn)電荷間的距離(m),方向在它們的連線上,作用力與反作用力,同種電荷互相排斥,異種電荷互相吸引)

        庫侖定律的適用條件是(a)真空,(b)點(diǎn)電荷。點(diǎn)電荷是物理中的理想模型。當(dāng)帶電體間的距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于帶電體的線度時(shí),可以使用庫侖定律,否則不能使用。

        3.靜電場(chǎng) 電場(chǎng)線

        為了直觀形象地描述電場(chǎng)中各點(diǎn)的強(qiáng)弱及方向,在電場(chǎng)中畫出一系列曲線,曲線上各點(diǎn)的切線方向表示該點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)方向,曲線的疏密表示電場(chǎng)的弱度。

        電場(chǎng)線的特點(diǎn):

        (a)始于正電荷 (或無窮遠(yuǎn)),終止負(fù)電荷(或無窮遠(yuǎn));

        (b)任意兩條電場(chǎng)線都不相交。

        電場(chǎng)線只能描述電場(chǎng)的方向及定性地描述電場(chǎng)的強(qiáng)弱,并不是帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡。帶電粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡是由帶電粒子受到的合外力情況和初速度共同決定。

        4.電場(chǎng)強(qiáng)度 點(diǎn)電荷的電場(chǎng)

        ⑴電場(chǎng)的最基本的性質(zhì)之一,是對(duì)放入其中的電荷有電場(chǎng)力的作用。電場(chǎng)的這種性質(zhì)用電場(chǎng)強(qiáng)度來描述。在電場(chǎng)中放入一個(gè)檢驗(yàn)電荷 ,它所受到的電場(chǎng)力 跟它所帶電量的比值 叫做這個(gè)位置上的電場(chǎng)強(qiáng)度,定義式是 ,場(chǎng)強(qiáng)是矢量,規(guī)定正電荷受電場(chǎng)力的方向?yàn)樵擖c(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)方向,負(fù)電荷受電場(chǎng)力的方向與該點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)方向相反。(E:電場(chǎng)強(qiáng)度(N/C),是矢量,q:檢驗(yàn)電荷 的電量(C))

        電場(chǎng)強(qiáng)度 的大小,方向是由電場(chǎng)本身決定的,是客觀存在的,與放不放檢驗(yàn)電荷,以及放入檢驗(yàn)電荷的正、負(fù)電量的多少均無關(guān),既不能認(rèn)為 與 成正比,也不能認(rèn)為 與 成反比。

        點(diǎn)電荷場(chǎng)強(qiáng)的計(jì)算式 ( r:源電荷到該位置的距離(m),Q:源電荷的電量(C))

        5.電勢(shì)能 電勢(shì) 等勢(shì)面

        電勢(shì)能由電荷在電場(chǎng)中的相對(duì)位置決定的能量叫電勢(shì)能。

        電勢(shì)能具有相對(duì)性,通常取無窮遠(yuǎn)處或大地為電勢(shì)能和零點(diǎn)。

        由于電勢(shì)能具有相對(duì)性,所以實(shí)際的應(yīng)用意義并不大。而經(jīng)常應(yīng)用的是電勢(shì)能的變化。電場(chǎng)力對(duì)電荷做功,電荷的電勢(shì)能減速少,電荷克服 電場(chǎng)力做功,電荷的電勢(shì)能增加,電勢(shì)能變化的數(shù)值等于電場(chǎng)力對(duì)電荷做功的數(shù)值,這常是判斷電荷電勢(shì)能如何變化的依據(jù)。電場(chǎng)力對(duì)電荷做功的計(jì)算公式: ,此公式適用于任何電場(chǎng)。電場(chǎng)力做功與路徑無關(guān),由起始和終了位置的電勢(shì)差決定。

        電勢(shì)是描述電場(chǎng)的能的性質(zhì)的物理量

        在電場(chǎng)中某位置放一個(gè)檢驗(yàn)電荷 ,若它具有的電勢(shì)能為 ,則比值 叫做該位置的電勢(shì)。

        電勢(shì)也具有相對(duì)性,通常取離電場(chǎng)無窮遠(yuǎn)處或大地的電勢(shì)為零電勢(shì)(對(duì)同一電場(chǎng),電勢(shì)能及電勢(shì)的零點(diǎn)選取是一致的)這樣選取零電勢(shì)點(diǎn)之后,可以得出正電荷形成的電場(chǎng)中各點(diǎn)的電勢(shì)均為正值,負(fù)電荷形成的電場(chǎng)中各點(diǎn)的電勢(shì)均為負(fù)值。

        電勢(shì)相等的點(diǎn)組成的面叫等勢(shì)面。等勢(shì)面的特點(diǎn):

        (a)等勢(shì)面上各點(diǎn)的電勢(shì)相等,在等勢(shì)面上移動(dòng)電荷電場(chǎng)力不做功。

        (b)等勢(shì)面一定跟電場(chǎng)線垂直,而且電場(chǎng)線總是由電勢(shì)較高的等勢(shì)面指向電勢(shì)較低的等勢(shì)面。

        (c)規(guī)定:畫等勢(shì)面(或線)時(shí),相鄰的兩等勢(shì)面(或線)間的電勢(shì)差相等。這樣,在等勢(shì)面(線)密處場(chǎng)強(qiáng)較大,等勢(shì)面(線)疏處場(chǎng)強(qiáng)小。

        6.電勢(shì)差

        電場(chǎng)中兩點(diǎn)的電勢(shì)之差叫電勢(shì)差,依教材要求,電勢(shì)差都取絕對(duì)值,知道了電勢(shì)差的絕對(duì)值,要比較哪個(gè)點(diǎn)的電勢(shì)高,需根據(jù)電場(chǎng)力對(duì)電荷做功的正負(fù)判斷,或者是由這兩點(diǎn)在電場(chǎng)線上的位置判斷。

        7.勻強(qiáng)電場(chǎng)中電勢(shì)差和電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系

        場(chǎng)強(qiáng)方向處處相同,場(chǎng)強(qiáng)大小處處相等的區(qū)域稱為勻強(qiáng)電場(chǎng),勻強(qiáng)電場(chǎng)中的電場(chǎng)線是等距的平行線,平行正對(duì)的兩金屬板帶等量異種電荷后,在兩極之間除邊緣外就是勻強(qiáng)電場(chǎng)。

        在勻強(qiáng)電場(chǎng)中電勢(shì)差與場(chǎng)強(qiáng)之間的關(guān)系是 ,公式中的 是沿場(chǎng)強(qiáng)方向上的距離(m)。

        在勻強(qiáng)電場(chǎng)中平行線段上的電勢(shì)差與線段長(zhǎng)度成正比

        8.帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)

        1、電場(chǎng)強(qiáng)度E和電勢(shì)U僅僅由場(chǎng)本身決定,與是否在場(chǎng)中放入電荷 ,以及放入什么樣的檢驗(yàn)電荷無關(guān)。

        而電場(chǎng)力F和電勢(shì)能 兩個(gè)量,不僅與電場(chǎng)有關(guān),還與放入場(chǎng)中的檢驗(yàn)電荷有關(guān)。

        所以E和U屬于電場(chǎng),而 和 屬于場(chǎng)和場(chǎng)中的電荷。

        2、一般情況下,帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡和電場(chǎng)線并不重合,運(yùn)動(dòng)軌跡上的一點(diǎn)的切線方向表示速度方向,電場(chǎng)線上一點(diǎn)的切線方向反映正電荷的受力方向。物體的受力方向和運(yùn)動(dòng)方向是有區(qū)別的。

        只有在電場(chǎng)線為直線的電場(chǎng)中,且電荷由靜止開始或初速度方向和電場(chǎng)方向一致并只受電場(chǎng)力作用下運(yùn)動(dòng),在這種特殊情況下粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡才是沿電力線的。

        9.電容器 電容

        (1)兩個(gè)彼此絕緣,而又互相靠近的導(dǎo)體,就組成了一個(gè)電容器。

        (2)電容:表示電容器容納電荷的本領(lǐng)。

        a 定義式:

        即電容C等于Q與U的比值,不能理解為電容C與Q成正比,與U成反比。一個(gè)電容器電容的大小是由電容器本身的因素決定的,與電容器是否帶電及帶電多少關(guān)。

        b 決定因素式:

        如平行板電容器 (不要求應(yīng)用此式計(jì)算)

        (3)對(duì)于平行板電容器有關(guān)的Q、E、U、C的討論時(shí)要注意兩種情況:

        a 保持兩板與電源相連,則電容器兩極板間的電壓U不變;

        b 充電后斷開電源,則帶電量Q不變。

        (4)電容的定義式

        (5)C由電容器本身決定。對(duì)平行板電容器來說C取決于

        (6)電容器所帶電量和兩極板上電壓的變化常見的有兩種基本情況:

        第一種情況:若電容器充電后再將電源斷開,則表示電容器的電量Q為一定,此時(shí)電容器兩極的電勢(shì)差將隨電容的變化而變化。

        第二種情況:若電容器始終和電源接通,則表示電容器兩極板的電壓V為一定,此時(shí)電容器的電量將隨電容的變化而變化。

        10.電流 電動(dòng)勢(shì)

        (1)形成電流的條件:

        一是要有自由電荷,二是導(dǎo)體內(nèi)部存在電場(chǎng),即導(dǎo)體兩端存在電壓。

        (2)電流強(qiáng)度:

        通過導(dǎo)體橫截面的電量q跟通過這些電量所用時(shí)間t的比值,叫電流強(qiáng)度 。

        (3)電動(dòng)勢(shì):

        電動(dòng)勢(shì)是描述電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能本領(lǐng)的物理量。

        [學(xué)習(xí)方法--例題講解]

        例一:如圖所示,一導(dǎo)體球A帶有正電荷,當(dāng)只有它存在時(shí),它在空間P點(diǎn)產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度的大小為EA,在A球球心與P點(diǎn)連線上有一帶 負(fù)電的點(diǎn)電荷B,當(dāng)只有它存在時(shí),它在空間P點(diǎn)產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度的大小為EB,當(dāng)A、B同時(shí)存在時(shí),根據(jù)場(chǎng)強(qiáng)疊加原理,P點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小應(yīng)為 ( )

        A. EB

        B. EA+EB

        C. | EA-EB |

        D. 以上說法都不對(duì)

        分析與解:此題考查了求電場(chǎng)強(qiáng)度的幾個(gè)公式的適用條件,特別要注意公式F=kQq/r2只適用于點(diǎn)電荷,因?yàn)閷?dǎo)體球A不能視為點(diǎn)電荷,即引入電荷B后,導(dǎo)體球的電荷分布發(fā)生變化,所以P點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度無法確定。

        正確答案為:D

        例二:半徑為R的絕緣球殼上均勻地帶有電量為+Q的電荷,另一帶電量為+q的點(diǎn)電荷放在球心O上,由于對(duì)稱性,點(diǎn)電荷受力為零,現(xiàn)在球殼上挖去半徑為r (r<< R)的一個(gè)小圓孔,則此時(shí)置于球心的點(diǎn)電荷所受力的大小為 (已知靜電力恒量為k)

        解法一:利用“補(bǔ)償法”求解。在球殼上挖一小圓孔,相當(dāng)于圓孔處放一等量異種電荷,電量為 ,因?yàn)橥谌バ】浊笆芰ζ胶猓酝谌ズ笫芰礊閝′與q的庫侖力。即,方向由球心指向小孔中心。

        解法二:本題還可以等效為在挖去一小圓孔的關(guān)于球心對(duì)稱的另一側(cè)放一等量同種電荷q′,對(duì)球心處的q產(chǎn)生的電場(chǎng)力,因q′=r2Q/4R2,且它與q是同種電荷,所以,方向仍由球心指向小孔中心。

        點(diǎn)評(píng):在求解電場(chǎng)強(qiáng)度時(shí),可將研究對(duì)象進(jìn)行分割或補(bǔ)償,從而使非理想化模型、非對(duì)稱體轉(zhuǎn)化為對(duì)稱體,達(dá)到簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)的目的。

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