靜電場基礎知識

2022-10-01 19:21:06 字數 4142 閱讀 2436

二、電場線

1.定義:為了直觀形象地描述電場中各點電場強度的強弱及方向,在電場中畫出一系列的曲線,使曲線上各點的切線方向表示該點的電場強度方向,曲線的疏密表示電場強度的大小.

2.特點:

(1)電場線從正電荷或無限遠處出發,終止於負電荷或無限遠處;

(2)電場線在電場中不相交;

(3)在同一電場裡,電場線越密的地方場強越大;

(4)電場線上某點的切線方向表示該點的場強方向;

(5)沿電場線方向電勢逐漸降低;

(6)電場線和等勢面在相交處互相垂直.

3.幾種典型電場的電場線(如圖2所示).

圖24. 點電荷運動軌跡與電場線重合的條件:①電場線為直線②只受電場力或合力與電場線重合③初速度為零或初速度與電場線重合

四、電場能的性質

(一)、電場力做功與電勢能

1.電場力做功的特點

(1)在電場中移動電荷時,電場力做功與路徑無關,只與初末位置有關,可見電場力做功與重力做功相似.

(2)在勻強電場中,電場力做的功w=eqd,其中d為沿電場線方向的位移.

2.電勢能

(1)定義:電荷在電場中具有的勢能.電荷在某點的電勢能,等於把它從該點移到零勢能位置時電場力所做的功.

(2)電場力做功與電勢能變化的關係

電場力做的功等於電勢能的減少量,即wab=epa-epb.

(3)電勢能的相對性:電勢能是相對的,通常把電荷在離場源電荷無限遠處的電勢能規定為零,或把電荷在大地表面上的電勢能規定為零.

(4) 電勢能的計算:ep =wao =qo為零勢能點

(二)、電勢

1.電勢

(1)定義:電荷在電場中某一點的電勢能與它的電荷量的比值.

(2)定義式:φ=.

(3)標矢性:電勢是標量,其大小有正負之分,其正(負)表示該點電勢比電勢零點高(低).

(4)相對性:電勢具有相對性,同一點的電勢因零電勢點的選取的不同而不同.

(5)沿著電場線方向電勢逐漸降低.

(6) 電勢的計算:φ==uao o為零電勢點

2.等勢面

(1)定義:電場中電勢相等的各點構成的面.

(2)特點

①電場線跟等勢面垂直,即場強的方向跟等勢面垂直.

②在等勢面上移動電荷時電場力不做功.

③電場線總是從電勢高的等勢面指向電勢低的等勢面.

④等差等勢面越密的地方電場強度越大;反之越小.

⑤任意兩等勢面不相交.

深化拓展 (1)電勢是描述電場本身的能的性質的物理量,由電場本身決定,而電勢能反映電荷在電場中某點所具有的電勢能,由電荷與電場共同決定.

(2).比較電勢高低的方法

①沿電場線方向,電勢越來越低.

②判斷出uab的正負,再由uab=φa-φb,比較φa、φb的大小,若uab>0,則φa>φb,若uab<0,則φa<φb.

③取無窮遠處電勢為零,正電荷周圍電勢為正值,負電荷周圍電勢為負值;靠近正電荷處電勢高,靠近負電荷處電勢低.

(3).電勢能大小的比較方法

①做功判斷法:電場力做正功時電勢能減小;電場力做負功時電勢能增大.(對正、負電荷都適用).

②依據電勢高低判斷:ep=φq正電荷在電勢高處具有的電勢能大,負電荷在電勢低處具有的電勢能大.

③能量守恆法:在電場中,若只有電場力做功時,電荷的動能和電勢能相互轉化,動能增加,電勢能減小,反之,電勢能增加.

(三)、電勢差

1.電勢差:電荷q在電場中a、b兩點間移動時,電場力所做的功wab跟它的電荷量q的比值,叫做a、b間的電勢差,也叫電壓.

公式:uab=.單位:伏(v).

2.電勢差與電勢的關係:uab=φa-φb,電勢差是標量,可以是正值,也可以是負值,而且有uab=-uba.

3.電勢差uab由電場中a、b兩點的位置決定,與移動的電荷q、電場力做的功wab無關,與零電勢點的選取也無關.

4.電勢差與電場強度的關係:勻強電場中兩點間的電勢差等於電場強度與這兩點沿電場線方向的距離的乘積.即u=ed,也可以寫作e=.

(1)d的三種表達:①沿電場線方向的距離②沿電場線方向的投影③初末所在等勢面之間的距離

(2) 適用條件: 勻強電場

5.甲、乙、丙分別是等量異種點電荷、等量正點電荷、正點電荷的電場線與等勢面的分布情況.

甲乙丙問:(1)在圖甲中,比較a、b、c三點的電勢大小?

(2)在圖乙中,o點、m點電勢一樣嗎?

(3)在圖丙中,a、b、c三點場強相等嗎?電勢相等嗎?

(四)1.功能關係

(1)若只有電場力做功,電勢能與動能之和保持不變;

(2)若只有電場力和重力做功,電勢能、重力勢能、動能之和保持不變;

(3)除重力之外,其他各力對物體做的功等於物體機械能的變化.

(4)所有力對物體所做的功,等於物體動能的變化.

2.電場力做功的計算方法

(1)由公式w=flcos θ計算,此公式只適合於勻強電場中,可變形為:w=qelcos θ.

(2)由w=qu來計算,此公式適用於任何形式的靜電場.

(3)由動能定理來計算:w電場力+w其他力=δek.

(4)由電勢能的變化計算:wab=epa-epb.

五、電容器的充、放電和電容的理解

1.電容器的充、放電

(1)充電:使電容器帶電的過程,充電後電容器兩極板帶上等量的異種電荷,電容器中儲存電場能.

(2)放電:使充電後的電容器失去電荷的過程,放電過程中電場能轉化為其他形式的能.

2.電容

(1)定義:電容器所帶的電荷量q與電容器兩極板間的電勢差u的比值.

(2)定義式:c=.

(3)物理意義:表示電容器容納電荷本領大小的物理量.

3.平行板電容器

(1)影響因素:平行板電容器的電容與正對面積成正比,與介質的介電常數成正比,與兩板間的距離成反比.

(2)決定式:c=,k為靜電力常量.

特別提醒 c=(或c=)適用於任何電容器,但c=僅適用於平行板電容器.

4.電容器的兩類動態分析

(1) 充電後斷開電源電荷量不變、充電後不斷開電源是電壓不變.

(2)利用公式c=、c=及e=進行相關動態分析.

(3) 靜電計測電容兩板間電壓

六、帶電粒子在電場中的運動(若不計粒子的重力)

1.帶電粒子在電場中加速

電場力對帶電粒子做的功等於帶電粒子動能的增量.

(1)在勻強電場中:w=qed=qu=mv2-mv或f=qe=q=ma.

(2)在非勻強電場中:w=qu=mv2-mv.

2.帶電粒子在電場中的偏轉

(1)條件分析:帶電粒子垂直於電場線方向進入勻強電場.

(2)運動性質:勻變速曲線運動(類平拋運動).

(3)處理方法:分解成相互垂直的兩個方向上的直線運動.

(4)運動規律: (兩平行金屬板間距離為d,金屬板長為l):

①.粒子的偏轉角

(1),以初速度v0進入偏轉電場:如圖6所示,設帶電粒子質量為m,帶電荷量為q,以速度v0垂直於電場線方向射入勻強偏轉電場,偏轉電壓為u1,若粒子飛出電場時偏轉角為θ,則tan θ=,式中vy=at=·,vx=v0,代入得tan θ= ①

結論:動能一定時tan θ與q成正比,電荷量相同時tan θ與動能成反比.

(2)經加速電場加速再進入偏轉電場

不同的帶電粒子是從靜止經過同一加速電壓u0加速後進入偏轉電場的,則由動能定理有:qu0=mv

由①②式得:tan

結論:粒子的偏轉角與粒子的q、m無關,僅取決於加速電場和偏轉電場.

②.粒子在勻強電場中偏轉時的兩個結論

(1)以初速度v0進入偏轉電場

y=at2=··()2

作粒子速度的反向延長線,設交於o點,o點與電場邊緣的距離為x,則x=y·cot θ=·=

結論:粒子從偏轉電場中射出時,就像是從極板間的處沿直線射出.

(2)經加速電場加速再進入偏轉電場:若不同的帶電粒子都是從靜止經同一加速電壓u0加速後進入偏轉電場的,則由②和④得:偏移量:y

上面③式偏轉角正切為:tan θ=

結論:無論帶電粒子的m、q如何,只要經過同一加速電場加速,再垂直進入同一偏轉電場,它們飛出的偏移量y和偏轉角θ都是相同的,也就是運動軌跡完全重合.

特別提醒帶電粒子在電場中的重力問題

(1)基本粒子:如電子、質子、α粒子、離子等除有說明或有明確的暗示以外,一般都不考慮重力(但並不忽略質量).

(2)帶電顆粒:如液滴、油滴、塵埃、小球等,除有說明或有明確的暗示以外,一般都不能忽略重力.

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靜電場基礎知識歸納複習答案

題目14 解 1 電勢能改變量為 21 ev.2聯立解得 ev 3 根據可得 ev 已知可得 根據 解得 ev 4 粒子只受電場力,所以粒子的動能和電勢能的總和保持不變,一直等於ev 所以當動能為5 ev時,電勢能為14 ev.說明 1.這種題目一般以選擇題的形式出現,只受電場力時,只有動能和電勢能...