广东省2021高考物理一轮复习 专题八 电场课件

考点一电场力的性质一、电荷与电荷守恒定律1.元电荷:最小的电荷量叫作元电荷,用e表示,e=①1.60×10-19C,最早由美国物理学家密立根测得。所有带电体的电荷量都是元电荷的整数倍。2.点电荷当带电体间的距离比它们自身的大小大得多,以至于带电体的形状、大小及电荷分布对它们之间相互作用力的影响可以忽略不计时,这样的带电体就可以看作是带电的点,叫作点电荷。类似于力学中的质点,也是一种理想化的模型。考点清单3.电荷守恒定律(1)表述: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,在转移的过程中,电荷的总量保持不变。(2)现在的表述:一个与外界没有电荷交换的系统,电荷的代数和保持不变。(3)当完全相同的带电金属球相接触时电荷的分配规律:同种电荷总量平均分配,异种电荷先中和后平分。二、静电现象1.三种起电方式的比较摩擦起电感应起电接触起电产生条件两种不同绝缘体摩擦导体靠近带电体导体与带电体接触现象两物体带上等量异种电荷导体两端出现等量异种电荷,且电性与原带电体“近异远同”导体带上与带电体相同电性的电荷原因不同物质的原子核对核外电子的束缚能力不同而发生电子得失导体中的自由电子受带正(负)电物体吸引(排斥)而靠近(远离)自由电荷在带电体与导体之间发生转移实质电荷在物体之间或物体内部的转移2.静电平衡(1)导体中(包括表面)没有电荷定向移动的状态叫作静电平衡状态。(2)处于静电平衡状态的导体的特点a.内部场强E=0,其实质是感应电荷的电场的场强E感等于外电场在导体内的场强E外。表面场强的方向与该表面垂直。b.表面和内部各点电势相等,即整个导体是一个等势体,导体表面是一个等势面。c.导体内部没有电荷,电荷只分布在导体的外表面。d.在导体外表面越尖锐的位置,电荷的密度越大,凹陷处几乎没有电荷。3.静电屏蔽(1)两种现象内屏蔽:由于静电感应,导体外表面感应电荷的电场与外电场在导体内部任一点的场强的叠加结果为零,从而外部电场影响不到导体内部,如图所示。 外屏蔽:由于静电感应,接地导体壳内表面感应电荷的电场与壳内电场在导体壳外表面以外空间叠加结果为零,从而使接地的封闭导体壳内部电场对壳外空间没有影响,如图所示。 (2)应用:有的电学仪器和电子设备外面套有金属罩,有的通信电缆的外面包有一层铅皮等都是用来起屏蔽作用的。三、库仑定律1.内容:真空中两个静止点电荷之间的相互作用力,与它们的电荷量的乘积成正比,与它们之间距离的二次方成反比,作用力的方向在它们的连线上。2.公式:F=②k ,式中的k=9×109N·m2/C2,叫静电力常量。3.适用条件:点电荷;真空中。四、电场、电场强度1.电场:电场是电荷周围存在的一种物质,电场对放入其中的电荷有力的作用。静止电荷产生的电场称为静电场。122QQr2.电场强度(1)定义:放入电场中某点的电荷所受的电场力F与它的电荷量q的比值。(2)公式:E=③ 。思考:根据表达式E= ,能说电场强度E与q成反比,与F成正比吗?为什么?提示:不能。因电场的电场强度大小决定于电场本身,而与试探电荷的受力和所带电荷量无关。E= 为电场强度的定义式,非决定式。(3)单位:N/C或V/m。(4)矢量性:规定正电荷在电场中某点所受电场力的方向为该点电场强度的方向。(5)叠加性:如果有几个静止电荷在空间同时产生电场,那么空间某点的场强是各场源电荷单独存在时在该点所产生的场强的矢量和。FqFqFq3.点电荷场强的计算式(1)设在场源点电荷Q形成的电场中,有一点P与Q相距r,则P点的场强E=④k 。(2)适用条件:真空中的点电荷形成的电场。五、电场线1.电场线及其特点2Qr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方向,电场线不是实际存在的线,而是为了描述电场而假想的线电场线的特点(1)电场线从正电荷出发,终止于负电荷(或无限远处);或从无限远处出发,终止于负电荷(2)电场线在电场中不相交,不相切(3)在同一电场里,电场线越密的地方场强越大(4)电场线不是电荷的运动轨迹,一般不与运动轨迹重合2.几种典型电场的电场线考点二电场能的性质一、静电力做功与电势能的变化1.静电力做功的特点(1)在电场中移动电荷时电场力做功与路径无关,只与初末位置有关,可见静电力做功与重力做功相似。(2)在匀强电场中,电场力做的功W=⑤Eqd,其中d为沿电场线方向的距离。2.静电力做功与电势能变化的关系静电力做的功等于电势能的减少量,即WAB=EpA-EpB。即静电力做多少正功,电势能就减少多少;静电力做多少负功,电势能就增加多少。二、等势面1.定义:电场中电势相等的各点组成的面。2.特点(1)等势面一定与场强的方向垂直。(2)在同一等势面上移动电荷时电场力不做功。(3)电场线总是从电势高的等势面指向电势低的等势面。(4)等差等势面越密的地方电场强度越大;反之越小。考点三电容器、带电粒子在电场中的运动一、电容器的电容1.两个彼此绝缘又相互靠近的导体就可以构成电容器,电容器所带电荷量与两板间电势差的比值,叫作电容器的电容。2.电容的定义式为C=⑥ 。可由C= 计算电容C。在国际单位制中,电容的单位是法拉(F),常用单位有微法(μF)和皮法(pF)。它们的换算关系是1F=106μF=1012pF。3.电容器的电容与自身的结构(正对面积、间距)和介质特性有关,与它是否带电、带电多少、板间电势差的大小等无关。4.电容器所带电荷量是电容器的一个极板上所带电荷量的绝对值。使电容器带电的过程称为充电;使充电后的电容器失去电荷的过程称为放电。QUΔΔQU5.平行板电容器的电容,跟电介质的相对介电常数εr成正比,跟正对面积S成正比,跟极板间距离d成反比,用公式表示为C=⑦ 。二、带电粒子在匀强电场中的运动1.带电粒子沿与电场线平行的方向进入匀强电场,受到的电场力与运动方向在同一条直线上,做匀加速或匀减速直线运动。2.只有电场力做功,若带电粒子的初速度为零,有 mv2=qU,则v=⑧ ,若带电粒子的初速度不为零,则由动能定理可得: mv2- m =qU。r4πεSkd122qUm121220v拓展一库仑定律的理解与应用一、库仑定律的理解1.库仑定律适用于真空中、点电荷间的相互作用。2.对于两个均匀带电绝缘球体,可将其视为电荷集中在球心的点电荷,r为两球心间的距离。3.对于两个带电金属球,要考虑表面电荷的重新分布:(1)同种电荷:Fk ;(2)异种电荷:Fk 。4.不能根据公式错误地认为r→0时,库仑力F→∞,因为当r→0时,两个带电体已不能看作点电荷了。122qqr122qqr知能拓展二、带电体在电场中力电综合问题的分析思路涉及带电体在电场中力电综合问题的分析思路与力学中的问题一样,只是在原来受力的基础上多了库仑力,具体步骤如下:注意库仑力的方向:同性相斥,异性相吸,沿两电荷连线方向。三、“三个自由点电荷平衡”的问题1.平衡的条件:每个点电荷受到另外两个点电荷的合力为零或每个点电荷处于另外两个点电荷产生的合电场强度为零的位置。2.三个孤立共线点电荷的平衡规律 “三点共线”——三个点电荷分布在同一条直线上;“两同夹异”——正、负电荷相互间隔;“两大夹小”——中间电荷的电荷量最小;“近小远大”——中间电荷靠近电荷量较小的电荷,且关系满足:q1∶q2∶q3= ∶ ∶ 。221r2121()rr211r例1如图所示,直角三角形ABC中∠B=30°,点电荷A、B所带电荷量分别为QA、QB,测得在C处的某正点电荷所受静电力方向平行于AB向左,则下列说法正确的是 () A.A带正电,QA∶QB=1∶8B.A带负电,QA∶QB=1∶8C.A带正电,QA∶QB=1∶4D.A带负电,QA∶QB=1∶4解析要使C处的正点电荷所受静电力方向平行于AB向左,该正点电荷所受力的情况应如图所示,所以A带负电,B带正电。设AC间的距离为L,则FBsin30°=FA,即k ·sin30°= ,解得 = ,故选项B正确。2(2)BCQQL2ACkQQLABQQ18答案B拓展二电场强度的理解与计算1.电场强度的三个计算公式的比较公式适用条件特点定义式E= 任何电场某点的场强为确定值,大小及方向与q无关决定式E=k 真空中点电荷E由场源电荷Q和场源电荷到某点的距离r决定关系式E= 匀强电场d是沿电场线方向的距离Fq2QrUd比较项目等量异种点电荷等量同种点电荷电场线的分布图  连线中点O处的场强连线上O点场强最小,指向负电荷一方为零连线上的场强大小(从左到右)沿连线先变小,再变大沿连线先变小,再变大沿连线的中垂线由O点向外场强大小O点最大,向外逐渐变小O点最小,向外先变大后变小2.等量同种和异种点电荷的电场强度的比较关于O点对称的A与A',B与B'的场强等大同向等大反向例2如图所示,四个点电荷所带电荷量的绝对值均为Q,分别固定在正方形的四个顶点上,正方形边长为a,则正方形两条对角线交点处的电场强度 ()A.大小为 ,方向竖直向上B.大小为 ,方向竖直向上C.大小为 ,方向竖直向下242kQa222kQa242kQaD.大小为 ,方向竖直向下222kQa解析一个点电荷在两条对角线交点O产生的电场强度大小为E= = ,对角线上的两异种点电荷在O处的合电场强度为E合=2E= ,故两等大的电场强度互相垂直,合电场强度为E0= = ,方向竖直向下,故选C。22()2kQa22kQa24kQa22EE合合242kQa答案C拓展三电场强度、电势、电势差、电势能的关系1.电场线、等势面问题(1)等势面总是和电场线垂直,已知电场线可以画出等势线,已知等势线也可以画出电场线。(2)几种典型电场的等势面比较电场等势面重要描述匀强电场 等势面为垂直于电场线的一簇平面点电荷的电场 等势面以点电荷为球心的一簇球面等量异种点电荷的电场 两电荷连线的中垂线上电势为零等量同种正点电荷的电场 在两电荷连线上,中点的电势最低;在两电荷中垂线上,中点的电势最高2.电场强度、电势、电势差、电势能的比较电场强度电势电势差电势能意义描述电场的力的性质描述电场的能的性质描述电场做功的本领描述电荷在电场中的能量,电荷做功的本领定义式E= φ= (Ep为电荷的电势能)UAB= Ep=φq矢标性矢量,方向为放在电场中的正电荷所受电场力的方向标量,但有正负,正负只表示大小标量,但有正负,正负只表示电势的高低正电荷在正电势位置有正电势能,简化为:正正得正;同理负正得负、负负得正FqEqpABWq 场强由电场本身决定,与试探电荷无关电势由电场本身决定,与试探电荷无关,其大小与参考点的选取有关,有相对性由电场本身的两点间差异决定,与试探电荷无关,与参考点选取无关由电荷量和该点电势二者决定,与参考点选取有关关系1.场强为零的地方电势不一定为零2.电势为零的地方场强不一定为零3.零场强区域两点间电势差一定为零,电势差为零的区域场强不一定为零4.场强为零,电势能不一定为零,电势为零,电势能一定为零联系匀强电场中UAB=Ed(d为A、B间沿场强方向上的距离);电势沿着场强方向降低最快;UAB=φA-φB;φ= ;UAB= ;WAB=ΔEpAB=EpA-EpBEqpABWq3.电场力做功与功能关系电场力做功的计算方法 电场中的功能关系(1)电场力做正功,电势能减少,电场力做负功,电势能增加,即:W=-ΔEp。(2)如果只有电场力做功,则动能和电势能之间相互转化,动能(Ek)和电势能(Ep)的总和不变,即:ΔEk=-Δep判断依据判断方法电场线方向沿电场线方向电势逐渐降低场源电荷的正负取无穷远处电势为零,正电荷周围电势为正值,负电荷周围电势为负值;靠近正电荷处电势高,靠近负电荷处电势低电势能的高低正电荷在电势较高处电势能大,负电荷在电势较低处电势能大电场力做功根据UAB= ,将WAB、q的正负号代入,由UAB的正负判断φA、φB的高低ABWq4.电势高低的四种判断方法5.电势能大小的四种判断方法判断方法方法解读公式法将电荷量、电势连同正负号一起代入公式Ep=qφ,正Ep的绝对值越大,电势