高中物理课堂笔记----选修3-1-笔记1

物理选修3-1第1页共24页第一章《静电场》一、电荷、电荷守恒定律1、两种电荷：“+”“-”用毛皮摩擦过的橡胶棒带负电荷，用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电荷。2、元电荷：所带电荷的最小基元，一个元电荷的电量为1．6×10－19C，是一个电子(或质子)所带的电量。说明：任何带电体的带电量皆为元电荷电量的整数倍。荷质比(比荷)：电荷量q与质量m之比，(q/m)叫电荷的比荷3、起电方式有三种①摩擦起电②接触起电注意：电荷的变化是电子的转移引起的；完全相同的带电金属球相接触，同种电荷总电荷量平均分配，异种电荷先中和后再平分。③感应起电——切割B，或磁通量发生变化。④光电效应——在光的照射下使物体发射出电子4、电荷守恒定律：电荷既不能创造，也不能被消灭，它们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，系统的电荷总数是不变的．二、库仑定律1．内容：真空中两个点电荷之间相互作用的电力，跟它们的电荷量的乘积成正比，跟它们的距离的二次方成反比，作用力的方向在它们的连线上。方向由电性决定(同性相斥、异性相吸)2．公式：221rQQkFk＝9．0×109N·m2／C2极大值问题：在r和两带电体电量和一定的情况下，当Q1=Q2时，有F最大值。3．适用条件：（1）真空中；（2）点电荷．点电荷是一个理想化的模型，在实际中，当带电体的形状和大小对相互作用力的影响可以忽略不计时，就可以把带电体视为点电荷．（这一点与万有引力很相似，但又有不同：对质量均匀分布的球，无论两球相距多近，r都等于球心距；而对带电导体球，距离近了以后，电荷会重新分布，不能再用球心距代替r）。点电荷很相似于我们力学中的质点．注意：①两电荷之间的作用力是相互的，遵守牛顿第三定律②使用库仑定律计算时，电量用绝对值代入，作用力的方向根据“同性相排斥，异性相吸引”的规律定性判定。计算方法：①带正负计算，为正表示斥力；为负表示引力。②一般电荷用绝对值计算，方向由电性异、同判断。三个自由点电荷平衡问题，静电场的典型问题，它们均处于平衡状态时的规律。①“三点共线，两同夹异，两大夹小”②中间电荷靠近另两个中电量较小的。③中间点电荷的平衡求间距，两边之一平衡求中间点电荷的电量，关系式为313221qqqqqq或右左中QQQ2④q1、q3固定时，q2的平衡位置具有唯一性，且与q2的电量多少，电性正负无关。三、电场：物理选修3-1第2页共24页1、存在于带电体周围的传递电荷之间相互作用的特殊媒介物质．电荷间的作用总是通过电场进行的。电场：只要．．电荷存在它周围就．存在电场，电场是客观存在的，它具有力和能的特性。力(电场强度)；能(磁通量)若电荷不动周围的是静电场，若电荷运动周围不单有电场而且产生磁场，2、电场的基本性质-------①是对放入其中的电荷有力的作用。②能使放入电场中的导体产生静电感应现象3、电场可以由存在的电荷产生，也可以由变化的磁场产生。四、电场强度(E)——描述电场力特性的物理量。（矢量）1．定义：放入电场中某一点的电荷受到的电场力F跟它的电量q的比值叫做该点的电场强度，表示该处电场的强弱2．求E的规律及方法(有如下5种)：①E＝qF(定义普遍适用)单位是：N/C或V/m；“描述自身的物理量”统统不能说××正此，××反比(下同)②2rQkE(导出式，真空中的点电荷，其中Q是产生该电场的电荷)③dUE(导出式，仅适用于匀强电场，其中d是沿电场线方向上的距离)④电场的矢量叠加：当存在几个场源时，某处的合场强=各个场源单独存在时在此处产生场强的矢量和⑤利用对称性求解。3．方向：①与该点正电荷受力方向相同，与负电荷的受力方向相反；②电场线的切线方向是该点场强的方向；③场强的方向与该处等势面的方向垂直．平行板电容器边缘除外。4．在电场中某一点确定了，则该点场强的大小与方向就是一个定值，与放入的检验电荷无关，即使不放入检验电荷，该处的场强大小方向仍不变。检验电荷q充当“测量工具”的作用．某点的E取决于电场本身,(即场源及这点的位置,)与q检的正负,电何量q检和受到的电场力F无关.这一点很相似于重力场中的重力加速度,点定则重力加速度定.与放入该处物体的质量无关,即使不放入物体,该处的重力加速度仍为一个定值．5、电场强度是矢量，电场强度的合成按照矢量的合成法则．（平行四边形法则和三角形法则）6、电场强度和电场力是两个概念，电场强度的大小与方向跟放入的检验电荷无关，而电场力的大小与方向则跟放入的检验电荷有关，五、电场线：定义：在电场中为了形象的描绘电场而人为想象出或假想的曲线[描述E的强弱(疏密)和方向]。电场线实际上并不存．但E又是客观存在的，电场线是人为引入的研究工具。电场线是人为引进的，实际上是不存在的；法拉第首先提出用电场线形象生动地描绘电场或磁场。①切线方向表示该点场强的方向，也是正电荷的受力方向．②静电场电场线有始有终：始于“+”，终止于“-”或无穷远，从正电荷出发到负电荷终止，或从正电荷出发到无穷远处终止，或者从无穷远处出发到负电荷终止．③疏密表示该处电场的强弱，也表示该处场强的大小．越密，则E越强④匀强电场的电场线平行且等间距直线表示．(平行板电容器间的电场，边缘除外)物理选修3-1第3页共24页匀强电场－－－－点电荷与带电平板+等量异种点电荷的电场等量同种点电荷的电场孤立点电荷周围的电场⑤没有画出电场线的地方不一定没有电场．⑥沿着电场线方向，电势越来越低．但E不一定减小；沿E方向电势降低最快的方向。⑦电场线⊥等势面．电场线由高等势面批向低等势面.⑧静电场的电场线不相交,不终断,不成闭合曲线。但变化的电场的电场线是闭合的。⑨电场线不是电荷运动的轨迹．也不能确定电荷的速度方向。除非三个条件同时满足：①电场线为直线，②v0=0或v0方向与E方向平行。③仅受电场力作用。熟记几种典型电场的电场线特点：（重点）①孤立点电荷周围的电场；②等量异种点电荷的电场(连线和中垂线上的电场特点)；③等量同种点电荷的电场(连线和中垂线上的电场特点)；④匀强电场；⑤点电荷与带电平板；⑥具有某种对称性的电场；⑦均匀辐射状的电场⑧周期性变化的电场。一、电势差U（是指两点间的．．．．）①定义：电场中两点间移动检验电荷q（从A→B），电场力做的功WAB跟其电量q的比值叫做这两．点间的．．．电势差．．．，UAB=WAB/q是标量．UAB的正负只表示两点电势谁高谁低。UAB为正表示A点的电势高于B点的电势。②数值上=单位正电荷从A→B过程中电场力所做的功。③等于A、B的电势之差,即UAB=φA－φB④在匀强电场中UAB=EdE(dE表示沿电场方向上的距离)意义：反映电场本身性质，取决于电场两点，与移动的电荷无关，与零电势的选取无关，电势差．．．对应静电力做功，电能其它形式的能。电动势．．．对应非静电力做功电能其它形式的能点评：电势差很类似于重力场中的高度差．物体从重力场中的一点移到另一点，重力做的功跟其重量的比值叫做这两点的高度差h＝W/G．二、电势（是指某点的．．．．）描述电场能性质的物理量。必须先选一个零势点，（具有相对性）相对零势点而言，常选无穷远或大地作为零电势。正点电荷产生的电场中各点的电势为正，负点电荷产生的电场中各点的电势为负。①定义：某点相对零电势的电势差叫做该点的电势，是标量．②在数值上=单位正电荷由该点移到零电势点时电场力所做的功.特点：⑴标量：有正负，无方向，只表示相对零势点比较的结果。⑵电场中某点的电势由电场本身因素决定，与检验电荷无关。与零势点的选取有关。⑶沿电场线方向电势降低，逆。。。。。。（但场强不一定减小）。沿E方向电势降得最快。⑷当存在几个场源时，某处合电场的电势等于各个场源在此处产生电势代数和的叠加。物理选修3-1第4页共24页电势高低的判断方法：1根据电场线的方向判断；2电场力做功判断；3电势能变化判断。点评：类似于重力场中的高度．某点相对参考面的高度差为该点的高度．注意：(1)高度是相对的．与参考面的选取有关，而高度差是绝对的与参考面的选取无关．同样电势是相对的与零电势的选取有关，而电势差是绝对的，与零电势的选取无关．(2)一般选取无限远处或大地的电势为零．当零电势选定以后，电场中各点的电势为定值．(3)电场中A、B两点的电势差等于A、B的电势之差,即UAB=φA－φB,沿电场线方向电势降低.三、电势能EP1概念：由电荷及电荷在电场中的相对位置决定的能量，叫电荷的电势能。电势能具有相对性，与零参考点的选取有关(通常选地面或∞远为电势能零点)特别指出：电势能实际应用不大，常实际应用的是电势能的变化。电荷在电场中某点的电势能=把电荷从此点移到电势能零处电场力所做的功。E=qφA→0四、电场力做功与电势能1．电势能：电场中电荷具有的势能称为该电荷的电势能．电势能是电荷与所在电所共有的。2．电势能的变化：电场力做正功电势能减少；电场力做负功电势能增加．重力势能变化：重力做正功重力势能减少；重力做负功重力势能增加．3.电场力做功：由电荷的正负和移动的方向去判断(4种情况)功的正负电势能的变化（重点和难点知识）正、负电荷沿电场方向和逆电场方向的4种情况。（上课时一定要搞清楚的，否则对以后的学习带来困难）电场力做功过程就是电势能与其它形式能转化的过程（电势差），做功的数值就是能量转化的多少。W=FSCOS(匀强电场)W=qEd(d为沿场强方向上的距离)W=qU=—△Ep，U为电势差，q为电量．重力做功：W＝Gh，h为高度差，G为重量．电场力做功跟路径无关，是由初末位置的电势差与电量决定重力做功跟路径无关，是由初末位置的高度差与重量决定．五、等势面1．电场中电势相等的点所组成的面为等势面．2．特点(1)各点电势相等，等势面上任意两点间的电势差为零，在特势面上移动电荷(不论方式如何,只要起终点在同一等势面上)电场力不做功电场力做功为零，路径不一定沿等势面运动，但起点、终点一定在同一等势面上。(2)画法规定：相领等势面间的电势差相等等差等势面的蔬密可表示电场的强弱．(3)处于静电平衡状态的导体：整个导体是一个等势体，其表面为等势面．E内=0，任两点间UAB=0越靠近导体表面等势面越密，形状越与导体形状相似，等势面越密电场强度越大，曲率半径越小(越尖)的地方，等势面(电场线)都越密,这就可解释尖端放电现象，如避雷针。(4)匀强电场，电势差相等的等势面间距离相等，点电荷形成的电场，电势差相等的等势面间距不相等，越向外距离越大．(5)等势面上各点的电势相等但电场强度不一定相等．物理选修3-1第5页共24页(6)电场线⊥等势面，且由电势高的面指向电势低的面，没电场线方向电势降低。(7)两个等势面永不相交．规律方法1、一组概念的理解与应用电势、电势能、电场强度都是用来描述电场性质的物理，，它们之间有十分密切的联系，但也有很大区别，解题中一定注意区分，现列表进行比较（1）电势与电势能比较：电势φ电势能ε1反映电场能的性质的物理量荷在电场中某点时所具有的电势能2电场中某一点的电势φ的大小，只跟电场本身有关，跟点电荷无关电势能的大小是由点电荷q和该点电势φ共同决定的3电势差却是指电场中两点间的电势之差，ΔU=φA－φB，取φB=0时，φA=ΔU电势能差Δε是指点电荷在电场中两点间的电势能之差Δε=εA－εB=W，取εB=0时，εA=Δε4电势沿电场线逐渐降低，取定零电势点后，某点的电势高于零者，为正值．某点的电势低于零者，为负值正点荷（十q）：电势能的正负跟电势的正负相同负电荷（一q）：电势能的正负限电势的正负相反5单位：伏特单位：焦耳6联系：ε=qφ，w=Δε=qΔU（2）电场强度与电势的对比电场强度E电势φ1描述电场的力的性质描述电场的能的性质2电场中某点的场强等于放在该点的正点电荷所受的电场力F跟正点电荷电荷量q的比值·E=F/q，E在数值上等于单位正电荷所受的电场力电场中某点的电势等于该点跟选定的标准位置（零电势点）间的电势差，φ=ε/q，φ在数值上等于单位正电荷所具有的电势能3矢量标量4单位：N/C;V/mV（1V=1J/C）5联系：①在匀强电场中UAB