高二复习【1】静电场基础知识

高一复习【21】静电场基础知识-----------------------------------------------------1静电场基础知识【1.1电荷及其守恒定律】1、自然界中的两种电荷正电荷和负电荷：用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电荷，用毛皮摩擦过的硬橡胶棒带负电荷．电荷及其相互作用：同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引．电荷的多少叫做电荷量．符号：Q或q单位：库仑符号：C元电荷:电子所带的电荷量，用e表示.电荷量e的值：e=1.60×10-19C注意：所有带电体的电荷量或者等于e，或者等于e的整数倍。比荷(荷质比)：电子的电荷量e和电子的质量me的比值,为111076.1emeC/㎏2、物体带电原子的核式结构及摩擦起电的微观解释摩擦起电的原因：不同物质的原子核束缚电子的能力不同．实质：电子的转移接触带电；感应带电实质：电子的转移3、电荷守恒定律电荷既不会创生，也不会消灭，它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，电荷总量保持不变【1.2库仑定律】1、库仑定律大小（公式）：221rqqkF静电力常量k=9.0×109N·m2/C2方向：同种电荷互相排斥；异种电荷互相吸引。适用条件：真空中，点电荷——理想化模型【1.3电场强度】1、电场：（1）电荷之间的相互作用是通过电场发生的，电荷的周围都存在电场.特殊性：不同于生活中常见的物质，看不见，摸不着，无法称量，可以叠加.物质性：是客观存在的，具有物质的基本属性——质量和能量.（2）基本性质：对放入（其）电场中的带电体都将产生电场力的作用。2、电场强度(E)：（1）关于试探电荷和场源电荷（2）电场强度定义：电场中某一点的电荷受到的电场力F跟它的电荷量q的比值，叫做该点的电场强度，简称场强．用E表示。①大小（公式）：E=F/q（适用于所有电场）②方向：（规定）电场中某点的场强方向跟正电荷在该点所受的电场力的方向相同．（负电荷在电场中某点所受的电场力的方向跟该点的场强方向相反．）③单位：V/m或N/C3、（真空中）点电荷周围的电场、电场强度的叠加（1）点电荷周围的电场①大小：E=kQ/r2（只适用于点电荷的电场）高一复习【21】静电场基础知识-----------------------------------------------------2②方向：如果是正电荷，E的方向就是沿着PQ的连线并背离Q；如果是负电荷：E的方向就是沿着PQ的连线并指向Q．（2）电场强度的叠加：某点的场强等于该点周围各个电荷单独存在时在该点产生的场强的矢量和．（电场强度是矢量，合成时遵循平行四边形法则）4、电场线（1）电场线：电场线是画在电场中的一条条有方向的曲线，曲线上每点的切线方向表示该点的电场强度的方向。（2）电场线的基本性质①电场线上每点的切线方向就是该点电场强度的方向.②电场线的疏密反映电场强度的大小(疏弱密强).③静电场中电场线始于正电荷或无穷远，止于负电荷或无穷远.它不封闭，也不在无电荷处中断.④任意两条电场线不会在无电荷处相交(包括相切)5、常见电场的电场线电场电场线图样简要描述正点电荷发散状负点电荷会聚状等量同号电荷相斥状等量异号电荷相吸状匀强电场平行的、等间距的、同向的直线【1.4静电感应、静电平衡】一、电场中的导体金属导体的特征：由做热振动的正离子和做无规则热运动的自由电子组成静电感应现象静电平衡状态：导体（包括表面）中没有电荷定向移动时的状态叫静电平衡状态高一复习【21】静电场基础知识-----------------------------------------------------3二、静电屏蔽1.空腔导体的特点：净电荷只分布在外表面，内表面不带电，空腔内没有电场2.静电屏蔽外部电场对内部仪器没有影响若将源电荷置于空腔内，则外对内没有影响，但内对外有影响若将球壳接地，则内外各不影响练习：长为L的金属棒原来不带电，现将一带电荷量为q的正电荷放在距棒左端R处且与棒在一条线上，则棒上感应电荷在棒内中点O处产生的场强的大小，方向。【1.5电势及电势能】一、基础知识：1．静电力做功的特点：不论q在电场中由什么路径从A点移动到B点，静电力做的功都是的．静电力做的功与电荷的位置和位置有关，与电荷经过的路径．2．电势能：电荷在中具有的势能叫做电势能，用字母表示，单位.电势能是相对的与重力势能相似，与参考位置的选取有关．3．静电力做功与电势能的关系(1)静电力做的功电势能改变量的多少，公式WAB＝．(2)电荷在某点的电势能，等于静电力把它从该点移动到位置时所做的功．4．电势：电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的，叫做这一点的电势，用φ表示，定义式：φ＝，在国际单位制中，电势的单位是伏特(V)，1V＝1J／C；电势是标量，只有大小，没有方向．5．电场线与电势：电场线指向电势的方向．6．等势面：电场中电势的各点构成的面叫做等势面．电场线跟等势面．++＿＿＿＋＋＋++高一复习【21】静电场基础知识-----------------------------------------------------4二、基础详解：1．电势能⑴由电荷在电场中的位置所决定的势能叫电势能．电荷在电场中受到电场力的作用，在电场中某两点间移动电荷时，电场力做功，电荷的电势能就会改变，若电场力做正功，电荷的电势能就减少；若电场力做负功(或电荷克服电场力做功)，电荷的电势能就增加．电场力对电荷做功的多少等于电荷电势能的变化量，所以电场力的功是电荷电势能变化的量度．跟重力对物体做功与物体重力势能变化的关系相似．⑵若规定电荷在B点的电势能为零，即EPB＝0，则EPA＝WAB．即电荷在某点的电势能，等于静电力把它从该点移动到零势能位置时所做的功．①上述关系既适用于匀强电场，也适用于非匀强电场．既适用于正电荷，也适用于负电荷．②电荷在电场中某点的电势能的大小与零电势能点的选取有关，但电荷在某两点之间的电势能之差与零电势能点的选取无关．③通常把电荷在离场源电荷无限远处的电势能规定为零，或把电荷在大地表面上的电势能规定为零．④静电力做的功只能决定电势能的变化量，而不能决定电荷的电势能数值．2．电势（1）电势的相对性．电势是相对的，根据公式，只有先确定了某点的电势为零以后，才能确定电场中其他点的电势．电场中某点的电势跟零电势位置的选择有关．在理论研究中，对不是无限大的带电体产生的电场，选择无限远处为零电势；在处理实际问题中，又常取大地为零电势．（2）电势的固有性．电势φ是表示电场能量属性的一个物理量，电场中某点处φ的大小是由电场本身的条件决定的，与在该点处是否放着试探电荷、电荷的电性、电荷量均无关，这和许多用比值定义的物理量相同，如前面学过的电场强E＝F/q．(3)电势是标量．电势是只有大小、没有方向的物理量，在规定了零电势后，电场中各点的电势可以是正值，也可以是负值．正值表示该点电势高于零电势；负值表示该点电势低于零电势．显然，电势的正、负符号只表示大小，不表示方向．当规定无限远处为零电势后，正电荷产生的电场中各点的电势为正值，负电荷产生的电场中各点的电势为负值．且越靠近正电荷的地方电势越高，越靠近负电荷的地方电势越低．3．等势面(1)等势面：电场中电势相等的点构成的面叫等势面．(2)几种典型电场的等势面如图1—4—1所示．①点电荷电场中的等势面：以点电荷为球心的一簇球面．②等量异种点电荷电场中的等势面：是两簇对称曲面．③等量同种点电荷电场中的等势面：是两簇对称曲面．④匀强电场中的等势面是垂直于电场线的一簇平面（图略）．⑤形状不规则的带电导体附近的电场线及等势面．提示：①带方向的线段表示电场线，无方向的线表示等势面．②图中的等势“面”画成了线，即以“线”代“面”．高一复习【21】静电场基础知识-----------------------------------------------------54．等势面的特点(1)等势面一定与电场线垂直，即跟场强的方向垂直．假设电场线与等势面不垂直，则场强E在等势面上就有一个分量存在，在同一等势面上的两点就会产生电势差，出现了一个矛盾的结论，故等势面一定与电场线垂直．(2)电场线总是由电势高的等势面指向电势低的等势面，两个不同的等势面永远不会相交．(3)两个等势面间的电势差是相等的，但在非匀强电场中．两个等势面间的距离并不恒定，场强大的地方．两等势面间的距离小，场强小的地方，两个等势面间的距离大，如图1—4—1所示．(4)在同一等势面上移动电荷时，电场力不做功．因为电场强度E与等势面垂直，即电场力总与运动方向垂直，故在同一等势面上移动电荷时，电场力不做功．若某一电荷q由等势面A点经过任意路径移动到同一等势面上B点，整个过程电场力做功为零，但分段来看，电场力可能先做正功，后做负功，也可能先做负功，后做正功．5．电势高低的判断方法：电场线指向电势降低的方向(1)电场线法：顺着电场线的方向电势越来越低．(2)由电势和电势能的关系来判断：先由电场力做功情况判断电势能的变化，再由电势和电势能之间的关系判断电势的升降情况．需记住的是：对正电荷，电势越高电势能越大，电势越低电势能越小；对负电荷，电势越高电势能越小，电势越低电势能越大．(3)根据电场的场源电荷来判断．在正电荷产生的电场中，离它越近电势越高；在负电荷产生的电场中，情况恰好相反．【1.6电势差】一、基础知识：1．选择不同位置作为电势零点，电场中某点电势的数值会________，但电场中某两点间电势的差值却________，电场中两点间电势的差值叫做________，也叫________，表达式________．2．静电力对电荷q做功与电势差的关系_______________．二、基础详解：1．电势差（1）电场中两点间电势的差值叫做电势差．设电场中A点电势为A，B点电势为B，则它们之间的电势差可以表示为UAB＝A-B，也可表示为UBA＝B-A，由此可知：UAB＝-UBA．在这里一定注意下标及下标顺序!(2)电场中两点的电势差，由电场本身的初、末位置决定，与在这两点间移动电荷的电荷量、电场力做功的多少无关．在确定的电场中，即便不放入电荷，任何两点间的电势差都有确定的值，不能认为UAB与WAB成正比，与q成反比．只是可以利用WAB、q来测量A、B两点电势差UAB．(3)从比值定义式UAB＝WAB/q可以看出，UAB在数值上等于单位正电荷由A点移到B点时电场力所做的功WAB．若单位正电荷做正功，UAB为正值；若单位正电荷做负功，则UAB为负值．(4)谈到电势差时，必须明确所指的是哪两点(两位置)的电势差．A、B间的电势差记为UAB，B、A间的电势差记为UBA,某一电荷q在电场中由A到B做的功WAB与从B到A做的功WBA存在关系为WAB＝-WBA，所以UAB＝-UBA．电势差有正、负，通过后面的学习，将知道，电势差的正、负仅表示电场中两点电势的高、低，如UAB＝6V，说明A点的电势比B点的电势高6V．(5)电场中两点间电势差可与高度差类比，两点间高度差越大，物体在重力作用下做功越多；高一复习【21】静电场基础知识-----------------------------------------------------6两点间电势差越大，电荷在电场力作用下做功也越多．【1.7电势差与电场强度的关系】一、基础知识：1．电势差与电场强度：在匀强电场中两点间的电势差等于_____________与这两点沿__________方向上距离的乘积．2．电场强度与电势差：在匀强电场中，电场强度的大小等于两点间的_____________与两点沿___________方向距离的比值，公式E＝___________，单位___________．二、基础详解：匀强电场中两点间的电势差等于电场强度与这两点沿电场方向的距离的乘积UAB＝Ed公式UAB＝Ed中的d必须是沿场强方向的距离，如果电场中两点不沿场强方向，d的取值应为在场强方向的投影，即为电场中该两点所在的等势面间的垂直距离．2．电场强度与电