高中物理电磁学-超完整-

1电磁学23电荷和电荷守恒定律电场电场力的性质场强E=F/q矢量电场线匀强电场E=U/d真空中点电荷的电场E=KQ/r2电场能的性质电势：φ=ε/q标量等势面电势差：UAB=UA—UB=Δε/q=wAB/q电场力F=E·q（任何电场）F=Kq1q2/r2(真空中点电荷)电势能：ε=QφΔεAB=qUAB电场力的功W=qUAB=ΔεAB做功与路径无关带电粒子在电场中运动平衡直线加速偏转电场中的导体静电感应静电平衡电容器电容：C=Q/U第一部分电场知识网络：单元切块：按照考纲的要求，本章内容可以分成三部分，即：电场的力的性质；电场的能的性质；带电粒子在电场中的运动。其中重点是对电场基本性质的理解、熟练运用电场的基本概念和基本规律分析解决实际问题。难点是带电粒子在电场中的运动。4一、库仑定律1.库仑定律内容F=___________,其中:k=_________。作用力的方向在它们的连线上，方向由同种电荷_______，异种电荷_______来判断.两带电体间的库仑力是一对____________________．适用条件：真空中的点电荷或者可等效为点电荷的带电体。点电荷：只有_______而没有_____的电荷.基本规律:当两电荷间的距离变为原来的2倍时,其库仑力变为原来的______倍,当两电荷间的距离变为原来的2/3倍时,其库仑力变为原来的______倍.当两电荷的电量同时扩大2倍，且两电荷间的距离变为原来的1/2倍时,其库仑力变为原来的______倍.2.电荷接触问题两带电能力相同的电荷接触后,同种电荷电量平分，异种电荷电量先中和再平分。例1:如图所示,两同种电荷的电量大小关系为QA=2QB,连线上某处C点到两点的距离关系为rAC=2rBC,则在C处放一电荷所受的电场力FAC____FBC(＜、＝、＞)例2:半径相同的两个金属球A、B带有相等的电荷量，相隔一定距离，两球之间相互吸引力的大小是F．今让第三个半径相同的不带电的金属小球先后与A、B两球接触后移开．这时，A、B两球之间的相互作用力的大小是A．8FB．4FC．83FD．43F3．与静力学接合问题将库仑力作为电荷(物体)所受的一个力,利用力的平衡关系解决问题.例1:如图所示,两带同种电荷的小球悬挂着,当QA增大时,AB间绳的拉力将变______,OA间绳的拉力将_____,当QB增大时,AB间绳的拉力将变____,OA间绳的拉力将____例2:两点电荷的电量分别为q1=9×10-6C,q2=-1×10-6C,相距2米,则当q3受力为零时,所在的位置与q1相距_______米.与q2相距_______米.与q3的大小及正负______(有、无)关.例3:如图所示,两电荷被悬绳悬于同一点,q1与竖直方向成α角,质量为ml,q2与竖直方向成β角.质量为m2且两电荷刚好处于同一水平面,则两夹角的关系tanα:tanβ=________。54.与动力学接合问题:主要的是加速度的求解例1:两个小球A和B带有同种电荷，放在光滑的水平面上且相距较近，3BAmm，BAqq3，把两个小球从静止开始释放，ls末它们的加速度大小之比BAaa:=；动量大小之BAp:p=；速度大小之比BAv:v=____.动能大小之比KBKAE:E=；例2:氢原子核外电子的轨道半径为r，若电子质量为m，电荷量为e，则电子所受到的库仑力大小为___________,方向_________，电子做圆周运动的周期为___________.例3:在真空中的光滑水平绝缘面上有一带电小滑块。开始时滑块静止。若在滑块所在空间加一水平匀强电场E1，持续一段时间后立即换成与E1相反方向的匀强电场E2。当电场E2与电场E1持续时间相同时，滑块恰好回到初始位置，且具有动能kE。在上述过程中，E1对滑块的电场力做功为W1，冲量大小为I1；E2对滑块的电场力做功为W2，冲量大小为I2。则（）A、I1=I2B、4I1=I2C、W1=0.25kEW2=0.75kED、W1=0.20kEW2=0.80kE6二、电场的性质1.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量的比值，叫做这一点的电场强度，定义式:E=_________________,方向：________________，是________．(矢量、标量)提示：(1)适用于任何电场，电场中某点的场强是确定值，其大小和方向与检验电荷q_____(有关、无关).(2)E=___________是真空中点电荷所形成的电场的决定式，E由场源电荷Q和场源电荷到某点的距离r决定．(3)E=___________是场强与电势差的关系式，只适用于匀强电场，注意式中d为两点间沿电场方向的距离．2.电场线电场线用来形象描述电场的大小和方向的一系列_______（闭合、不闭合）的_______(相交、不相交)曲线.用________表示电场的大小,用________________表示电场的方向。(1)电场线是起源于正电荷(或无穷远处)，终止于负电荷(或无穷远)的有源线．(2)电场线不表示电荷在电场中运动的轨迹，只有当电场线为直线、电荷初速度为零或初速度平行于电场线时，运动轨迹才与电场线重合．3.电势表示电场中某点的电位的高低.单位:__________规定：（1）______________处U=0；（2）沿着电场线方向,电势_______(升高,降低).电势差：Uab=_______________4.等势面电场中电势相等的点组成的面.(1)电场线总是与等势面_________，且从高等势面指向低等势面．(2)沿等势面移动电荷，电场力_________，沿电场线移动电荷，电场力一定________．(做功、不做功)(3)电场线和等势面都是人们虚拟出来形象描述电场的工具．5.匀强电场中电势差与电场强度的关系(1)公式dUE反映了电场强度与电势差之间的关系,由公式可知:电场强度的方向就是电势_______的方向.(2)αELUcos(α为线段与电场线的夹角，L为线段的长度),由公式可得结论：在匀强电场中，两长度相等且相互平行的线段的两端点间的__________相等．7(3)对于非匀强电场，此公式可以用来定性分析某些问题，如在非匀强电场中，各相邻等势面的电势差为一定值时，那么E越大处，d_________，即等势面_________．例1:下列关于电场强度的说法中，正确的是()A.根据公式qFE可知，场强E跟电荷所受的电场力F成正比，跟放入电荷的电荷量q成反比B.由公式2rQkE可知，在真空中由点电荷Q形成的电场中，某点的场强E跟Q成正比，跟该点到Q的距离r的平方成反比C．虽然正、负电荷在电场中的同一点所受的电场力方向相反，但该点的场强方向只有一个，即正电荷在该点的受力方向，也就是负电荷在该点受力的反方向D．由公式qFE及2rQkE均可以确定在真空中点电荷形成的电场中某点的场强，可见场强E与Q或q均有关例2:某静电场的电场线分布如图所示，图中P、Q两点的电场强度的大小分别为EP和EQ，电势分别为UP和UQ，则A．EP＞EQ，UP＞UQB．EP＞EQ，UP＜UQC．EP＜EQ，UP＞UQD．EP＜EQ，UP＜UQ例3:如图所示是一个点电荷电场中的等势面的一部分,下列说法中正确的是（）A．A点的场强一定大于B点的场强B．A点的场强可能等于B点的场强C．A点的电势一定高于B点的电势D．A点的电势一定低于B点的电势例4:如图所示的是在一个电场中的ａ、ｂ、ｃ、ｄ四个点分别引入试探电荷时，电荷所受到的电场力Ｆ跟引入的电荷量之间的函数关系，下列说法正确的是（）A.这电场是匀强电场B.ａ、ｂ、ｃ、ｄ四点的电场强度大小关系是Ｅｄ＞Ｅｂ＞Ｅａ＞ＥｃC.这四点的电场强度大小关系是Ｅｂ＞Ｅａ＞Ｅｃ＞ＥｄD.无法比较场强大小例5:画出下列电场线:①等量同种电荷之间的垂直平分面上②等量异种电荷之间的垂直平分面上8例6:如图所示，M、N为两个等量同种电荷，在其连线的中垂线上的P点放一个静止的点电荷q（负电荷），不计重力，下列说法中正确的是（）A、点电荷在从P到O的过程中，加速度越来越大，速度也越来越大B、点电荷在从P到O的过程中，加速度越来越小，速度也越来越大C、点电荷运动到O点时加速度为零，速度达最大值D、点电荷越过O点后，速度越来越小，加速度越来越大，直到粒子速度为零例7:如图所示，一电子沿等量异种电荷的中垂线由A→O→B匀速飞过，电子重力不计，则电子所受另一个力的大小和方向变化情况是()A．先变大后变小，方向水平向左B．先变大后变小，方向水平向右C．先变小后变大，方向水平向左D．先变小后变大，方向水平向右例8:如图所示，在一真空区域中，AB、CD是圆O的两条直径，在A、B两点上各放置电荷量为＋Q和－Q的点电荷，设C、D两点的电场强度分别为EC、ED，电势分别为C、D，下列说法正确的是()A．EC与ED相同，C与D相等B．EC与ED相同，C与D不相等C．EC与ED不相同，C与D相等D．EC与ED不相同，C与D不相等例9:如图所示，一匀强电场中的正方形上四点的电势Ua=15V,Ub=3V,Uc=-3V,则Ud=____V.该正方形的中心处的电势为______V.例10:如图所示，匀强电场中的三角形各顶点的电势Ua=7v,Ub=-5V，Uc=1V,请画出该电场的电场线方向和等势面。9三、电场力做功与电势能1.电场力做功W=_________,其中U为_________;单位：焦耳或电子伏.换算关系:1电子伏=_________焦.即1ev=________J.注意:（1）电场力做功只与始末位置的___________有关,跟电荷移动的路径无关.（2）在匀强电场中,也可根据W=F电Scosθ来求解,其中θ为____与___间的夹角。当θ_________时,电场力做正功,当θ_________时,电场力不做功,当θ__________时,电场力做负功.2.电势差电荷在电场中由一点A移到另一点B时，电场力做的功与电荷电量的比值叫做这两点的电势差即qWUABAB．3.电势电场中某点的电势是指这点与电势零点之间的电势差，它在数值上等于单位正电荷由该点移至零电势点时电场力所做的功．令BAABABU，0．4.电势能电荷在电场中所具有的势能叫电势能，它是相对的，与参考位置(势能零点)的选择有关．(1)电场力做功与电势能变化的关系：它们的关系如同重力做功与重力势能的关系一样，电场力做正功时，电荷的电势能_______，电场力做负功时，电荷的电势能__________；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．(2)电势能变化的判断方法：常见的电荷的电势能在正电荷Q形成的电场中,正电荷q所具有的电势能为_________(正、负);负电荷所具有电势能为_________(正、负)在负电荷Q形成的电场中,正电荷q所具有的电势能为_________(正、负);负电荷所具有电势能为_________(正、负)由电荷沿电场线移动方向判断正电荷顺电场线移动时，电场力是做______________，电势能______________;负电荷顺电场线移动时，电场力是做______________，电势能______________．105.电势与电场强度的关系(1)电势反映________的特性，而电场强度反映_________的特性．(2)电势是_________，而电场强度是_________，两者叠加时运算法则不同．电势的正负有大小的含义，而电场强度的正、负表示方向不同，并不表示大小．(3)电势与电场强度的大小没有必然的联系，某点的电势为零，电场强度可不为零，反之亦然．(4)同一检验电荷在E大处F大，但正电荷在φ高处，ε才大，而负电荷在φ高处ε反而小．例1:图是一匀强电场,已知场强E=2×102N/C,现让一个电量q=－4×10-8C的电荷沿电场方向从M点移到N,M、N间的距离s=30cm。试求：(1)M、N两点简的电势差(2)电荷从M点