高中电场部分基础知识汇总

1高中电场部分基础知识总结1.摩擦起电、接触起电、感应起电，它们都是带负电的电子的转移。任何一个带电体的带电量都是电子电量的整数倍，电子的带电量为-1.6×10-19C,质子的带电量为+1.6×10-19C，粒子的带电量为+2×1.6×10-19C，……所以物理学中把1.6×10-19C这个常数用“e”表示，故1e=1.6×10-19C，可见e、C都是电量的单位，其中“C”为电量的国际单位。2.比荷（也叫“荷质比”）mq：带电体的带电量与质量的比值叫比荷（也叫“荷质比”）。质子(11H)即氢原子核的比荷mq=11e，解选择题时可将q取着1，m取着1，这样使计算更简便；粒子(24He)即氦核的比荷mq=42e，解选择题时可将q取着2，m取着4，这样使计算更简便；钠离子Na+的比荷mq=231e，解选择题时可将q取着1，m取着23，这样使计算更简便。3.两个完全相同的金属体接触后分开电量平分；三个完全相同的金属体中的一个与另两个反复接触后电量也平分。4.库仑定律（1）公式F=rQQK221（Q、r的单位分别用C、m）（2）适用条件:真空中的点电荷.5.电场强度、电场线（1）电场:带电体周围存在的一种物质，是电荷间相互作用的媒体.电场是客观存在的，电场具有力的特性和能的特性.（2）电场强度:放入电场中某一点的电荷受到的电场力跟它的电荷量的比值，叫做这一点的电场强度，简称场强。定义式:E=F/q【E与F、q无正比反比关系，与F、q无关，是电场本身的一种（力的）性质】方向:正电荷在某点所受电场力的方向为该点的电场强度的方向【负电荷在某点所受电场力的方向与该点的电场强度的方向相反】.电场强度是矢量，电场中两点的场强大小方向都相同时才能说这两点的场强相同。（3）电场线:在电场中画出一系列的从正电荷出发到负电荷终止的曲线，使曲线上每一点的切线方2向都跟该点的场强方向一致，这些曲线叫做电场线.电场线的性质:①电场线是起始于正电荷（或无穷远处），终止于负电荷（或无穷远处）;②电场线的疏密反映电场的强弱即E的大小;③沿着电场线方向电势φ逐渐降低【场强E与电势φ没有关系】；④电场线不相交，但电场线垂直等势线;⑤电场线不是真实存在的，是假想的。⑥电场线不一定是电荷运动轨迹.⑦电场线与轨迹相同的条件有三个：初速度为0、匀强电场、只受电场力。负电荷周围的电场线和等差等势线正电荷周围的电场线和等差等势线等量正电荷周围的电场线等量异种电荷周围的电场线和等势线3（4）匀强电场:在电场中，如果各点的场强的大小和方向都相同，这样的电场叫匀强电场.匀强电场中的电场线是间距相等且互相平行的直线.（5）电场强度的叠加:电场强度是矢量，当空间的电场是由几个点电荷共同激发的时候，空间某点的电场强度等于每个点电荷单独存在时在该点所激发的电场的场强的矢量和.6.电势差UAB：电荷q从电场中的一点A移动到另一点B的过程中，电场力所做的功WAB与该电荷量q的比值WAB/q叫做A、B两点间的电势差UAB.公式:UAB=WAB/q【UAB与WAB、q无正反比关系，即与WAB、q无关，是电场本身的一种（能的）性质】电势差有正负:UAB=-UBA，对电势差取绝对值叫电压，电压用U表示.注意：U表示电压，UAB表示A、B两点间的电势差，U等于UAB的绝对值。电势差、电压、电势三者的单位都是“伏特”，符号是“V”。7.电势φ（是标量）:电场中某点的电势等于该点相对零电势点的电势差.（1）电势是个相对的量，某点的电势与零电势点的选取有关（通常取离电场无穷远处或大地或与大地相连的导体的电势为零）.因此电势有正负，电势的正负表示该点电势比零电势点高还是低.（2）沿着电场线的方向，电势逐渐降低.电势降落最快的方向就是场强的方向。（3)UAB=φA-φB，电势差UAB是绝对的，而A、B两点的电势φA、φB是相对的。电势差与高度差相似，电势与高度相似。8.电势能Ep:电荷q在电场中A点具有的电势能Ep=qφA。（任何电荷在电势为零处电势能都为零），【凡涉及到功与能的公式中，电量q和其它各个物理量都要带实际符号运算，比如Ep=qφA、UAB=WAB/q、WAB=UAB。q这三个公式中各个量均带实际符号运算，其它公式中电量q均取正值运算】（1）电势和电势能都是标量，为负值时表示比0还小。（2）“正电荷在电势高的地方电势能大，负电荷在电势高的地方电势能反而小”：“电场力做正功，电势能减小，电场力做负功，电势能增加”。这是判断电荷在电场中两点电势能多少的两种方法。9.等势面:电场中电势相等的点构成的面叫做等势面.（1）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.（2）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.4（3）画等势面（线）时，一般相邻两等势面（或等势线）间的电势差相等.这样，在等势线密的地方则场强就大，等等势线疏的地方则场强就小.可见，等势线的疏密、电场线的疏密都可表示场强大小。（4）匀强电场中等势线一定相互平行，与等势线平行的另一条直线一定是等势线。（5）匀强电场中任意一条直线上的两点间电势差与两点间距离成正比，即距离相等，电势差就相等。10.电场中的功能关系（1）电场力做功与路径无关，只与初、末位置有关.电场力做功的计算方法有:由计算公式W=q.E.S.cosθ（此公式只适合于匀强电场中），或由WAB=UAB.q或由动能定理计算.（2）电场力做多少正功，电势能就减少多少。相反，电场力做多少负功，电势能就增加多少.可见，电场力做的功与电势能的变化互为相反数，即W电=-△Ep。11.静电屏蔽:处于电场中的空腔导体或金属网罩，其空腔部分的场强处处为零（实质是外电场与感应电荷所产生的电场等大反向合场强为0的结果），即能把外电场遮住，使内部不受外电场的影响，这就是静电屏蔽.【球壳不接地时内部不受外电场的影响即屏蔽外电场，这时内部电荷的电场要影响外部；球壳接地时内部电场不影响外部，外部电场也不影响内部】一个金属导体处在电场中时是处于静电平衡的，一个孤立的带电体也是处于静电平衡的。处于静电平衡的导体是一个等势体，表面是一个等势面。【例】一绝缘金属棒AB的A端靠近带负电金属球，若用手摸一下B端或A端，然后将金属球移开，则金属棒AB带什么电？分析：由于静电感应金属棒AB的A端感应出正电荷，B端感应出负电荷，又由于大地的电势为0，带负电金属球周围空间各点电势为负，金属棒AB因处于静电平衡是一个等势体，金属棒AB因处于带负电金属球的周围空间中，所以金属棒AB的电势也为负而比0V还低，人是一个导体，当人将大地与金属棒AB连通时电流从高电势处（大地）流向低电势处（金属棒AB），这实际上是带负电的电子从金属棒AB流向大地，这样原来不带电的金属棒AB因失去电子而带正电。12.带电粒子在电场中的运动【带电小球、带电液滴、带电尘埃、质点，它们在电场中一般要考虑重力，其它带电粒子在电场中不考虑重力，但要考虑质量，】（1）带电粒子在加速电场中做加速直线运动时5带电粒子在电场中加速，若不计粒子的重力，根据动能定理得电场力对带电粒子做功等于带电粒子动能的增量.W=vvqumm202112121（2）带电粒子在电场中的偏转带电粒子以垂直匀强电场的场强方向进入电场后，做类平抛运动.垂直于场强方向做匀速直线运动:Vx=V0，L=V0t.平行于场强方向做初速为零的匀加速直线运动:因为ota=mFF=EqE=duatvy则偏移量y=21at2=vlmdqu2022离开电场时速度偏角的正切tanvvvmdquly200离开电场时速度的大小.......220vvvyt【特别注意：求离开偏转电场时的速度不能根据动能定理，因为WAB=UAB.q中的UAB是指进入和离开该偏转电场的两点间的电压，而不是已知条件中的两极板间的电压。】（3）【先加速后偏转的综合问题】若初速度为0的带电粒子（不计重力）先经加速电压u1加速再经偏转电压u2偏转最后离开偏转电场:由于在加速电压u1所产生的电场中有021211vqum…①然后以速度v1垂直于电场线进入偏转电压u2所产生的偏转电场中有y=21at2=vlumdq21222…………………………………②离开偏转电场时速度偏角的正切tanvuvvmdlqy2120……③由①③可得离开偏转电场时速度偏角的正切tanuudl122图116由①②可得带电粒子离开偏转电场时侧移距离y=ulud1224=tan2灵敏度(每单位偏转电压引起的偏转量)uludy1224【以上三个结论及先加速后偏转的前提条件必须记住】【例1】如图11所示是一个说明示波管工作管理的示意图，电子经电压U1加速后以速度v0垂直进入偏转电场，离开电场时的偏转量是h．两平行板间距离为d，电势差为U2，板长是l，为提高示波管的灵敏度(每单位电压引起的偏转量)可采用以下哪些方法()A．增大两板间电势差U2B．尽可能使板长L短一些C．尽可能使板距d小一些D．使加速电压U1升高一些（4）是否考虑带电粒子的重力要根据具体情况而定.一般说来:①基本粒子:如电子、质子、α粒子、离子,一般都不考虑重力（但任何时候都不能忽略质量）.②带电颗粒:如液滴、油滴、尘埃、小球、质点等，一般都不能忽略重力.（5）带电粒子在匀强电场与重力场的复合场中运动由于带电粒子在匀强电场中所受电场力与重力都是恒力，因此可以用两种方法处理:①带电粒子在匀强电场与重力场的复合场中做非圆周运动的曲线运动问题用两个分运动具有等时性求解;②带电粒子在匀强电场与重力场的复合场中做圆周运动的问题用等效“重力”法.【例1】质量为3.0×10-4kg、电量q=1.0×10-6C的带正电液滴以20m/s的速度竖直向上抛入足够大空间的水平向右的匀强电场E=4.0×103N/C中，取g=10m/s2,求液滴的最小速度的大小和方向。方法（1）将两个坐标轴建在两个力所在直线上用两个分运动具有等时性求解方法（2）将两个坐标轴建在合力和垂直于合力所在直线上用两个分运动具有等时性求解思考：如果求最小速度及达最小速度所经历的时间，用哪种方法较方便？如果求最大高度及所用时间和最大高度时的速度，用哪种方法较方便？最小速度时高度就最高吗？最高点和等效最高点有区别吗？图117【练习】如图所示，在匀强电场中，将一带电量为q，质量为m的小球以初速度υ0竖直向上抛出。小球由抛出到上升到最大高度的过程中，下列判断正确的是（）A、所用的时间是υ0/gB、小球的电势能增加C、小球的机械能守恒D、到达最高点时，速度为零，加速度大于g【例2】如图所示，一半径为R的绝缘圆形轨道竖直放置，圆轨道最低点与一条水平轨道相连，轨道都是光滑的，轨道所在空间存在水平向右的匀强电场，场强为E，从水平轨道上的A点由静止释放一质量为m带正电的小球，为使小球刚好在圆轨道内做圆周运动，求释放点A距圆轨道最低点B的距离s，已知小球受到的电场力大小等于小球重力的43倍【例3】一条长为L的细线上端固定在O点，下端系一个质量为m带电量为+q的小球，将它置于一个很大的水平向右的匀强电场中，电场强度为E,已知小球在B点时平衡，此时细线与竖直方向夹角为θ，求：（1）当细线与竖直方向夹角为多大时，才能使小球由静止释放后细线到竖直位置时，小球速度恰好为零？小球的周期为多大？（2）当细线与竖直方向夹角为θ时，至少要给小球一个多大的冲量才能使小球在竖直面内做圆周运动？【例4】一个质量为m、电量为+q的小球由静止从水平向右的场强为E的匀强电场中的“L型”υ0EqO·RBAs8光滑绝缘管顶端释放，管竖直部分长为1,管水平部分长为2，管水平部分距水平地面高位h，“L型”管的转角处无机械能损失，求;(1)小球落地时的位置。（2）小球落地时的速度大小。13.示波管的原理:示波管由电子枪，偏转电极和荧光屏组成，管内抽成真空.如果在偏转电极XX′上加扫描电压，同时加在偏转电极YY′上所要研究的信号电压，其周期与扫描电压的周期相同，在荧光屏上就显示出信号电压随时间变化的图线.14.电容（1）定义:电容器的带电荷量跟