、库仑定律①元电荷:元电荷是指最小的电荷量,用e表示,大小为e=1.6>d0」9c。
②电荷守恒定律:电荷既不会创生,也不会消灭,它只会从一个物体转移到另一个物体,或者从物体的一个部分转移到另一个部分:在转移的过程中,电荷的总量保持不变。
③库仑定律: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,与它们的距离的二次方成反比,作用力的方向在它们的连线上。
表达式:F二辱,其r中静电力常量k =9.0 109N.m2/C2。
二、电场①电场的产生:电荷的周围存在着电场,产生电场的电荷叫做源电荷。
描述电场力的性质的物理量是电场强度,描述电场能的性质的物理量是电势,这两个物理量仅由电场本身决定,与试探电荷无关。
②电场强度:放入电场中某点的电荷所受的静电力与它的电荷量的比值,叫电场强度。
定义式:E =F,单位:N/C或V/m。
方向:规定与正电荷在该点所受的静电力方向相q同,贝U与负电荷在该点所受静电力的方向相反。
也是该点电场线的切线方向。
区别:E = F (定义式,适用于任何电场);E =学(点电荷产生电场的决定式);E = U q r d(电场强度与电势差间的关系,适用于匀强电场,d是两点间距离在场强方向上的投影)。
③电场线:在电场中画出的一系列有方向的曲线,曲线上每一点的切线方向表示该点的场强方向,曲线的疏密表示场强的大小。
电场线是为了形象的描述电场而假想的、实际不存在的曲线。
电场线从正电荷或无限远出发,终止于无限远或负电荷,是不闭合、不相交的曲线。
熟悉正、负点电荷、匀强电场、等量异种电荷、等量同种电荷的电场线分布图如下(教材13页)。
静电场专题点电荷的等势面两个等量异种电荷的等势面三、电势能、电势、电势差①电势能:由于移动电荷时静电力做的功与路径无关,所以电荷在电场中也具有势能,叫做电势能。
静电力做功与电势能变化的关系式为: W - JE p,即静电力所做的功等于电势能的变化。
所以,当静电力做多少正功,电势能就减小多少;当静电力做多少负功,电势能就增加多少。
静电力做功与电势差的关系式为:W AB =qU AB。
说明: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(通常选大地或无限远处电势能为零)。
电势能有正有负,但是标量。
试探电荷在电场中某点的电势能大小为:E p 。
②电势:电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值,叫做这一点的电势(由电场中这点的性质决定,与试探电荷的q、E P无关)。
定义式:二且。
沿着电场线方向电势q降低,或电势降低最快的方向就是电场强度的方向。
③电势差与电势的关系式为:U AB二「A -订;电势差与静电力做功的关系式为:U AB二焰;q 匀强电场中电势差与电场强度的关系为:U = Ed。
同一点的电势随零电势点的不同而不同(通常选大地或无限远处电势为零),而两点间的电势差与零电势点的选取无关。
④等势面:电场中电势相等的点构成的面。
性质:沿同一等势面移动电荷时静电力不做功;电场线与等势面垂直,且由电势高的等势面指向电势低的等势面;在相邻等势面间电势差相等的情况下,等势面的疏密表示电场的强弱(密强弱疏)。
会画点电荷电场和匀强电场的等势面(如下图)。
注: W AB、q、U AB、E P、「等都是标量,但都有正有负,计算时将正负号代入。
I<两个等屋同种电荷的等势面&勾强电场的等势面四、电容器和电容任何两个彼此绝缘又相距很近的导体就组成一个电容器(容纳电荷) 。
电容:电容器所带的电荷量 Q 与电容器两极板间的电势差 U 的比值,叫做电容器的电容, 表示电容器容纳电荷本领的物理量。
定义式:C = Q ,国际单位制中单位为法拉,6 121F =10 JF =10 PF 。
平行板电容器的决定式为:C - o4兀kd平行板电容器应用的两种情况:①电容器始终与电源相连(U 不变),d C. Q. E.;S C Q E 不变。
②电容器充电后与电源断开(Q 不变),d U E 不变; S C U E …(会熟练推导)五、带电粒子在电场中的运动①带电粒子是否考虑重力:微观粒子(如质子、 带电小球、质点、油滴等)考虑重力。
②带电粒子的加速:一平行金属板两板间电压为 从静止开始,从一板运动到另一板的速度大小?/ 1 2、(qU mV 0 )2电子、 「粒子等)不计重力;宏观微粒(如 带电粒子(q 、m )仅受静电力作用 直电场方向从左侧射入板间,且能从右侧飞出。
带电粒子在水平方向做匀速直线运动, 在竖直方向做初速度为零的匀加速直线运动, 如图轨迹水平方向:L 二v 0tV 0 m d V若是如图所示的运动,则 qU 11 丄2 qUL 2UL 2y r at=2mvT4U 万V y VL-!■ -竖直方向:vtan -^ = — = qU^ (电性相同的不同粒子经加速电场和偏转电场后射出时轨迹相同)v0mdv02U1d或y =(L L)tan2【典型例题】例1、关于静电场,下列说法正确的是( D )A. 电势等于零的物体一定不带电B. 电场强度为零的点,电势一定为零C. 同一电场线上的各点,电势一定相等D. 负电荷沿电场线方向移动时,电势能一定增加例2、三个相同的金属小球1、2、3分别置于绝缘支架上,各球之间的距离远大于小球的 直径.球1的带电量为q ,球2的带电量为nq ,球3不带电且离球1和球2很远,此时球1、2之间作用力的大小为F.现使球3先与球2接触,再与球1接触,然后将球3移至远 处,此时1、2之间作用力的大小仍为F ,方向不变.由此可知(D )A. n = 3B. n = 4 C . n = 5 D . n = 6例3、一粒子从A 点射入电场,从B 点射出,电场的等势面和粒子的运动轨迹如图所示, 图中左侧前三个等势面彼此平行,不计粒子的重力.下列说法正确的有 ( A. 粒子带负电荷 B .粒子的加速度先不变,后变小 C.粒子的速度不断增大 D .粒子的电势能先减小,后增大 例4、如图所示,在两等量异种点电荷的电场中,MN 为两电荷连线的 中垂线,a 、b 、c 三点所在直线平行于两电荷的连线,且 a 与c 关于 MN 对称,b 点位于MN 上,d 点位于两电荷的连线上.以下判断正确的 是( BC )A. b 点场强大于d 点场强B. b 点场强小于d 点场强C. a 、b 两点的电势差等于b 、c 两点间的电势差D. 试探电荷+ q 在a 点的电势能小于在c 点的电势能例5、通常一次闪电过程历时约 0.2〜0.3 s ,它由若干个相继发生 的闪击构成.每个闪击持续时间仅 40〜80卩s ,电荷转移主要发生 二:J [二在第一个闪击过程中.在某一次闪电前云地之间的电势差约为1.0 x 109V ,云地间距离约为1 km ;第一个闪击过程中云地间转移 、的电荷量约为6 C ,闪击持续时间约为60卩s.假定闪电前云地间的电场是均匀的.根据 以上数据,下列判断正确的是(AC )A. 闪电电流的瞬时值可达到1X 105AB. 整个闪电过程的平均功率约为 1X 1014 W C •闪电前云地间的电场强度约为 1X 106 V/mD.整个闪电过程向外释放的能量约为 6X 106J 例&板间距为d 的平行板电容器所带电荷量为 Q 时,两极板间电势差为U ,板间场强为1E 1.现将电容器所带电荷量变为 2Q,板间距变为1d ,其他条件不变,这时两极板间电势差为U 2,板间场强为巳,下列说法正确的是(A. U 2= Ui ,巳=E 1 B C. U 2= Ui ,巳=2E DABC ).2Ui ,巳=4E .2U ,巳=2E例7、如图所示,两块平行金属板正对着水平放置,两板分别与电源正、负极相连•当开关闭合时,一带电液滴恰好静止在两板间的M点,则(BC )A.当开关闭合时,若减小两板间距,液滴仍静止_B.当开关闭合时,若增大两板间距,液滴将下降’’C.开关再断开后,若减小两板间距,液滴仍静止------------D.开关再断开后,若增大两板间距,液滴将下降例8、图中边长为a的正三角形ABC的三个顶点分别固定三个点电荷+q、+q、一q,求该三角形中心0点处的场强大小和方向。
AJk解析:每个点电荷在0点处的场强大小都是由E二凹图可得0点处的合场强为’『,方向由0指向Co 例9、如图所示,将一个电荷量为q = +3 X 10 10C的点电荷从电场中的A点移到B点的过程中,克服电场力做功6X1。
—J。
已知A点的电势为丁A=—4V,求B点的电势和电荷在B点的电势能。
--- 1 ---------- 1—A B解析:先由W=qU得AB间的电压为20V,再由已知分析:向右移动正电荷做负功, 说明电场力向左,因此电场线方向向左,得出B点电势高。
因此皆16匕电荷在B点的电势能「--J" J例10、如图所示,虚线a、b、c是电场中的三个等势面,相邻等势面间的电势差相同,实线为一个带正电的质点仅在电场力作用下,通过该区域的运动轨迹,P、Q是轨迹上的两点下列说法中正确的是(D )A.三个等势面中,等势面a的电势最高B.带电质点一定是从P点向Q点运动C.带电质点通过P点时的加速度比通过Q点时小D.带电质点通过P点时的动能比通过Q点时小例11、如图所示,在平行板电容器正中有一个带电微粒。
K 闭合时,该微粒恰好能保持 静止。
在① 保持K 闭合;② 充电后将K 断开;两种情况下,各用什么方法能使该带电微 粒向上运动打到上极板( C )A.上移上极板MB.上移下极板NC.左移上极板MD.把下极板N 接地N=f=解析:电容器和电源连接,改变板间距离、改变正对面积或 改变板间电解质材料,都会改变其电容,从而可能引起电容器两 —— 板间电场的变化。
这里一定要分清两种常见的变化:W(1)电键K 保持闭合,则电容器两端的电压恒定(等于电源电动势),这种情况下c [ c C 二 ------------------- * 0C —■~ | E — — CC —带电量■>而 丄 』 丄(2)充电后断开K ,保持电容器带电量Q 恒定,这种情况下C cc U co 卫一 E cc —?— d 睜 乍所以,由上面的分析可知①选 B ,②选Com 1,S 表示两金属片的正对面积,d 表示两金属片间的距离 当某一键被按下时,d 发生改变,引起电容器的电容发生改变,从而给电子线路发出相应 的信号。
已知两金属片的正对面积为50口市键未被按下时,两金属片间的距离为0.60mm 只要电容变化达0.25pF ,电子线路就能发出相应的信号。
那么为使按键得到反应,至少 需要按下多大距离?个按键下面都有一个电容传感器。
电容的计算公式是例12、计算机键盘上的每 其中常量& =9.0 X 10一 12F 解析:先求得未按下时的电容C=0.75pF ,再由 C 2=1.00pF ,得△ d=0.15mm例13、如图,E 发射的电子初速度为零,两电源的电压分别为 45V 30V, A 、B 两板上有 小孔Q 、O ,则电子经过 Q 、O 孔以及到达 C 板时的动能分别是: E K = ,E<B = , E K (=。