高中物理知识精讲7_专题八-电场

２４５年高考３年模拟Ｂ版高考物理专题八电场?三、电场线?考点1电场力的性质?１．电场线的特征（１）电场线是假想的，实际电场中不存在。?一、库仑定律（２）电场线起始于正电荷（或无穷远），终止于负电荷（或无?１．库仑定律穷远）。静电场的电场线不闭合。?（１）真空中两个点电荷之间的相互作用力，跟它们电荷量的（３）电场线不相交，也不相切。?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（４）电场线的疏密情况反映电场的强弱。?们的连线上。（５）电场线不表示电荷在电场中运动的轨迹。?ｑ１ｑ２９２２２．几种典型电场的电场线分布（２）公式：Ｆ＝ｋ，ｋ＝９．０×１０Ｎ·ｍ／Ｃ，叫静电力常量。?２ｒ?（３）库仑定律适用于真空中、点电荷间的相互作用。?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，要考虑金属球表面电荷的重新分布。?③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，两个带电体已经不能看作点电荷了。?２．三个自由点电荷的平衡问题?（１）条件：两个点电荷在第三个点电荷处的合场强为零，或?每个点电荷受到的两个库仑力必须大小相等，方向相反。?（２）规律四、静电平衡?“三点共线”———三个点电荷分布在同一条直线上；１．导体中（包括表面）没有电荷定向移动的状态叫作静电平?“两同夹异”———正负电荷相互间隔；衡状态。?“两大夹小”———中间电荷的电荷量最小；２．处于静电平衡状态的导体的特点?“近小远大”———中间电荷靠近电荷量较小的电荷。（１）内部场强Ｅ＝０，表面场强Ｅ的方向与表面垂直。?（２）表面和内部各点电势相等，即整个导体是一个等势体，二、电场强度?导体表面是一个等势面。１．电场强度的性质?（３）导体内部没有电荷，电荷只分布在导体的外表面。电场强度Ｅ是表示电场力的性质的一个物理量。规定正?（４）在导体外表面越尖锐的位置，电荷的密度越大，凹陷处矢量性?电荷受力方向为该点场强的方向几乎没有电荷。?电场中某一点的电场强度Ｅ是唯一的，它的大小和方向唯一性与放入该点的电荷ｑ无关，它决定于形成电场的电荷（场?源电荷）及空间位置?考点2电场能的性质?如果有几个静止电荷在空间同时产生电场，那么空间某叠加性点的场强是各场源电荷单独存在时在该点所产生的场强?一、电势、电势能、电场力做功的矢量和?１．电场强度、电势、电势差、电势能的比较２．电场强度的计算公式?电场强度电势电势差电势能?描述电荷在公式适用条件特点?描述电场力描述电场能描述电场的意义电场中的能某点的场强为确定值，?的性质的性质做功的本领量大小Ｆ定义式Ｅ＝任何电场大小及方向与Ｆ及ｑ?Ｅｑｐ无关φ＝（Ｅｐ为?ＦｑＷＡＢ定义式Ｅ＝ＵＡＢ＝Ｅｐ＝φｑ某点的场强Ｅ由场源电?ｑ电荷的电势ｑＱ真空中的点决定式Ｅ＝ｋ荷Ｑ和该点到场源电荷能）ｒ２?电荷的电场的距离ｒ决定?Ｕ?关系式Ｅ＝匀强电场ｄ是沿电场方向的距离ｄ 专题八电场２５?续表?等量异种电荷等量同种电荷电场强度电势电势差电势能?标量，但有正?负，正电荷在正矢量，方向标量，但有正?等势面标量，但有正电势位置有正为放在电场负，正负只表?电场线矢标性负，正负只表电势能，简化中的正电荷示电势相对?分布图示大小为：正正得正，的受力方向的高低?同理负正得负，负负得正?以同种正点电荷为例由电场本身由电场本身由电荷量和?方向：正→负方向：中点两侧方向相反决定，与试探的两点间差该点电势二?连场强强弱：强→弱→强，中点强弱：强→弱→强，中点Ｅ＝０由电场本身?线最小决定电荷无关，其异决定，与试者决定，与参决定，与试特因素大小与参考探电荷无关，考点的选取?点若为正电荷，中点最低探电荷无关电势正电荷→负电荷，高→低点的选取有与参考点选有关，有相?若为负电荷，中点最高关，有相对性取无关对性?中点两侧方向相反，两侧均①场强为零的地方电势不一定为零?各点方向一致中场强有最大值，中点向两侧均为②电势为零的地方场强不一定为零?垂中点最强两侧渐弱弱→强→弱线关系③零场强区域两点间电势差一定为零，电势差为零的两点间?电势电势为０的等势面不是等势面场强不一定为零?④场强为零，电势能不一定为零，电势为零，电势能一定为零相同点场强的大小、电势均关于中点对称分布?匀强电场中Ｕ＝Ｅｄ（ｄ为Ａ、Ｂ间沿场强方向上的距离）；电ＡＢ?２．电场线与带电粒子在电场中运动轨迹的比较ＥＷ联系势沿着场强方向降低最快；Ｕ＝φ－φ；φ＝ｐ；Ｕ＝ＡＢ；?（１）电场线与带电粒子在电场中的运动轨迹的比较ＡＢＡＢＡＢｑｑＷ＝Ｅ－Ｅ?电场线运动轨迹ＡＢｐＡｐＢ?①电场中并不存在，是为研究电①粒子在电场中的运动轨迹是客２．两个热点问题?场方便而人为引入的观存在的（１）电势高低的三种判断方法?②曲线上各点的切线方向即该②轨迹上每一点的切线方向即粒判断角度判断方法?点的场强方向，同时也是正电荷子在该点的速度方向，但加速度依据电场线方向沿电场线方向电势逐渐降低?在该点所受电场力的方向的方向与速度的方向不一定相同ＷＡＢ?（２）带电粒子运动轨迹与电场线重合的条件根据Ｕ＝，将Ｗ、ｑ的正负号代入，由ＡＢＡＢ依据电场力做功ｑ?①电场线是直线。Ｕ的正负判断φ、φ的高低ＡＢＡＢ?②带电粒子受电场力作用，若受其他力，则其他力的合力为取无穷远处电势为零，正电荷周围电势为正?零或合力方向沿电场线所在直线。依据场源电荷值，负电荷周围电势为负值；靠近正电荷处电?③带电粒子初速度为零或初速度方向沿电场线所在的的正负势高，靠近负电荷处电势低?直线。（２）电势能高低的四种判断方法?以上三个条件必须同时满足。?３．带电粒子在电场中做曲线运动时正、负功的判断判断角度判断方法?（１）粒子的速度方向一定沿轨迹的切线方向，粒子所受合力电场力做正功，电势能减小；电场力做负功，电势做功判断法?方向一定指向轨迹弯曲的凹侧。能增大正电荷在电势高的地方电势能大，负电荷在电势?（２）电场力方向与速度方向夹角小于９０°，电场力做正功；电荷电势法低的地方电势能大?夹角大于９０°，电场力做负功。由Ｅｐ＝ｑφ，将ｑ、φ的大小和正负号一起代入公式，?公式法三、静电场中的图像问题Ｅｐ的值越大电势能越大?在电场中，若只有电场力做功时，电荷的动能和电?根据ｖ－ｔ图像中速度变化、斜率确定电荷所受合力的方向ｖ－ｔ能量守恒法势能相互转化，动能增大，电势能减小；反之，动能?图像与合力大小变化，从而确定电场的方向、电势高低及电势减小，电势能增大?能变化３．电场力做功的计算方法?①电场强度的大小等于φ－ｘ图线的斜率大小，电场强度?为零处，φ－ｘ图线存在极值，其切线的斜率为零；②在φ－ｘ（１）ＷＡＢ＝ｑＵＡＢ（普遍适用）；?φ－ｘ图像中可以直接判断各点电势的高低，并可根据电势高（２）Ｗ＝ｑＥｌｃｏｓθ（适用于匀强电场）；图像低关系确定电场强度的方向；③在φ－ｘ图像中分析电荷（３）ＷＡＢ＝－ΔＥｐ＝ＥｐＡ－ＥｐＢ（从能量角度求解）；?移动时电势能的变化，先用Ｗ＝ｑＵ分析Ｗ的正负，然?ＡＢＡＢＡＢ（４）Ｗ电＋Ｗ非电＝ΔＥｋ（由动能定理求解）。后做出判断?二、电场线、等势面与粒子运动轨迹问题?Ｅ－ｔ根据题中给出的Ｅ－ｔ图像，确定Ｅ的方向，在草纸上画出１．两等量点电荷的电场分布规律图像对应电场线的方向 ２６５年高考３年模拟Ｂ版高考物理?续表ｑＥ?加速度ａ＝①反映了电场强度随位移变化的规律；②图线与ｘ轴围?ｍＥ－ｘ成的“面积”表示电势差，“面积”大小表示电势差大小，ｌ图像?运动时间ｔ＝两点的电势高低根据电场方向判定ｖ０?２１ｑＥｌ２＝?侧移量ｙ＝ａｔ()２２ｍｖ０考点3电容器、带电粒子在电场中的运动?ｖｙａｔｑＥｌ速度偏转角正切值ｔａｎφ＝＝＝?ｖｖ２ｘ０ｍｖ０?一、电容器２＋ｖ２＝ｖ＝ａｔ）。?出射速度ｖ＝ｖｘｙ（ｖｘ０，ｖｙ１．电容器的电容（２）两个有用的结论?（１）两个彼此绝缘又相互靠近的导体就可以构成电容器，电①从垂直于电场方向射入（即沿ｘ轴射入）的带电粒子在射?容器所带电荷量与两板间电势差之比叫电容。出电场时速度的反向延长线交于ｘ轴上的一点，该点与射入点?ＱΔＱ间的距离为带电粒子在ｘ轴方向上位移的一半（带电粒子就好（２）电容的定义式为Ｃ＝。可由Ｃ＝计算电容Ｃ。在国?ＵΔＵ像是从“中点”射出似的）。际单位制中，电容的单位是法拉（Ｆ），常用单位有微法（μＦ）和皮?②静止的带电粒子经同一电场加速（加速电压为Ｕ１），再垂法（ｐＦ）。它们的换算关系是１Ｆ＝１０６μＦ＝１０１２ｐＦ。?直射入同一偏转电场（偏转电压为Ｕ２，偏转电场常由两平行金（３）平行板电容器的电容，跟电介质的相对介电常数εｒ成?属板提供，沿电场线方向，板间距离为ｄ），射出粒子的偏转角和正比，跟正对面积Ｓ成正比，跟极板间距离ｄ成反比，用公式表?ＵｌＵｌ２２２εＳ?侧移量与粒子的ｑ、ｍ无关：ｔａｎφ＝，ｙ＝。示为Ｃ＝ｒ。２ｄＵ１４Ｕ１ｄ４πｋｄ?三、带电粒子在复合场和交变电场中的运动２．平行板电容器的动态分析方法?１．复合场中的运动问题（等效法）（１）确定不变量，分析是电压不变还是所带电荷量不变。?带电粒子在匀强电场和重力场组成的复合场中做圆周运动电容器的两极板与电源连接时，电容器两极板间电压保持不?的问题，是高中物理教学中一类重要而典型的问题。对于这类变；电容器先充电后与电源断开，电容器所带电荷量保持?问题，若采用常规方法求解，过程复杂，运算量大。若采用“等效不变。?法”求解，则能避开复杂的运算，过程比较简捷。先求出重力与εｒＳ?Ｆ（２）用决定式Ｃ＝分析平行板电容器电容的变化。电场力的合力，将这个合力视为一个“等效重力”，将ａ＝合视为４πｋｄ?ｍ（３）用定义式Ｃ＝Ｑ分析电容器所带电荷量或两极板间电?“等效重力加速度”，再将物体在重力场中的运动规律迁移到等Ｕ?效重力场中分析求解即可。压的变化。?２．交变电场中的运动问题Ｕ?解答这类问题，通常从受力分析（力的大小、方向的变化特（４）用Ｅ＝分析电容器极板间场强的变化。ｄ?点）和运动分析（运动状态及形式）入手，应用力学的基本规律定二、带电粒子在电场中的运动?性、定量讨论，注意思维方法和技巧的灵活运用。１．平衡（静止或做匀速直线运动）?（１）借助图像，展示物理过程条件：Ｆ＝０。?物理图像是表达物理过程、规律的基本工具之一，用图像反合２．加速?映物理过程、规律，具有直观、形象、简洁明了的特点，带电粒子以初速度ｖ０射入电场中的带电粒子，经电场力做功加速至?在交变电场中运动时，受电场力作用，其加速度、速度等均做周１１２ｑＵ?期性变化，借助图像来描述它在电场中的运动情况，可直观展示２－２２＋ｖ，由ｑＵ＝２ｍｖ２ｍｖ０得ｖ＝ｖ０ｍ。?物理过程，从而获得启迪，快捷地分析求解。?（２）巧取分运动，化繁为简２ｑＵ当ｖ０很小或ｖ０＝０时，上式简化为ｖ＝。?对一个复杂的运动，为研究方便可以把它看成是由几个比ｍ即粒子被加速后速度的大小跟粒子的质量ｍ、电荷量ｑ、加?较简单的运动组合而成的，前者叫作合运动，后者叫作分运动。速过程始末位置的电势差Ｕ有关，跟电场是否均匀、粒子运动的?某个方向的分运动不会因其他分运动的存在而受到影响，这就路径无关。?是运动的独立性原理，应用这一原理可以简捷分析某些带电粒３．偏转?子在交变电场中运动的问题。（１）不计重力，以初速度ｖ０垂直场强方向射入匀强电场中?（３）建立理想模型，化难为易解决物理问题时一般都和一定的理想模型相联系。建立正的带电粒子，受恒定电场力作用，做类似平抛运动的匀变速运动?确反映事物特征的理想模型是运用基本概念、规律求解问题的（如图）。??必要前提，对于某些实际的物理过程，可根据题设条件，运用近?似处理方法，通过简化描述来反映事物基本的物理特征，这有助?于迅速、准确确定出解题方向和策略，使问题得到迅速解决。