ZXXK2005922154516252.doc

人教版物理選修3-1第一章 靜電場復(fù)習(xí)一、知識要點（一）電荷及守恒定律 1. 電荷守恒定律（1）兩種電荷：正電荷和負(fù)電荷，任何帶電體所帶電量是基本電荷的整數(shù)倍。（2）基元電荷，質(zhì)子和電子所帶電量等于一個基本電荷的電量。（3）電荷守恒定律：一個與外界無電荷交換的系統(tǒng)，電荷的代數(shù)和守恒。 2. 庫侖定律（1）內(nèi)容：在真空中兩個點電荷間的作用力跟它們的電量的乘積成正比，跟它們之間的距離的平方成反比，作用力的方向在它們的連線上。（2）公式：，F(xiàn)叫庫侖力或靜電力，也叫電場力。它可以是引力，也可以是斥力，K叫靜電力常量，。（3）適用條件：真空中的點電荷（帶電體的線度遠(yuǎn)小于電荷間的距離r時，帶電體的形狀和大小對相互作用力的影響可忽略不計時，可看作是點電荷）。（二）電場強度 1. 電場 帶電體周圍存在的一種物質(zhì)。電場是客觀存在的，不以人的意志為轉(zhuǎn)移的，只要電荷存在，在其周圍空間就存在電場，電場具有力的性質(zhì)和能的性質(zhì)。 2. 電場強度定義：放入電場中某一點的電荷受到的電場力跟它的電量的比值叫做這一點的電場強度。公式：，E與q、F無關(guān)，取決于電場本身，適用于一切電場。方向：是矢量，規(guī)定電場中某點的場強方向跟正電荷在該點所受電場力方向相同。 3. 點電荷Q在真空中產(chǎn)生的電場 ，K為靜電力常量。 4. 勻強電場在勻強電場中，場強在數(shù)值上等于沿電場方向每單位長度上的電勢差，即：。 5. 電場疊加 幾個電場疊加在同一區(qū)域形成的合電場，其場強可用矢量的合成定則（平行四邊形定則）進(jìn)行合成。 6. 電場線（1）概念：為了形象地描繪電場，人為地在電場中畫出的一系列從正電荷出發(fā)到負(fù)電荷終止的曲線，使曲線上每一點的切線方向都跟該點的場強方向一致，這些曲線叫電場線。（2）性質(zhì)： 電場線起始于正電荷（或來自無窮遠(yuǎn)）終止于負(fù)電荷（或伸向無窮遠(yuǎn)）但不會在沒有電荷的地方中斷； 電場線的疏密情況反映電場的強弱，電場線密的地方，場強大； 電場線上某點的切線方向就是該點的場強方向； 電場線空間中不相交； 靜電場中電場線不閉合（在變化的電磁場中可以閉合） 電場線是人為引入的，實際上不是客觀存在的。（三）電勢能和電勢、電勢差1靜電力做功的特點：只與電荷的始、末位置有關(guān)，與電荷經(jīng)過的路徑無關(guān)。 2 電勢能（1）定義：電荷在電場中所具有的勢能叫電勢能。（2）電場力做功與電勢能的關(guān)系：在電場中移動電荷時，電場力對電荷做正功，電勢能減少；電場力對電荷做負(fù)功，電勢能增加。電場力做的功等于電勢能的變化量，即：也就是說，電荷在電場中某點（A）的電勢能，等于靜電力（電場力）把它從該點移動到零勢能位置（B）時電場力所做的功。若取 則（對勻強電場）=（對所有電場）（3）特點： 與參考點（零勢能位置）選取有關(guān)；是電荷與所在電場所共有的3. 電勢電荷在電場中某點（A）的電勢能（）與它的電荷量（q）的比值，叫做這一點的電勢。用表示。即。電場中電勢的高低：順電場線的方向逐漸降低。電勢零位置的選取與零電勢能位置選取相似。4等勢面：電場中電勢相同的點構(gòu)成的面叫等勢面。它具有如下特點：（1）電荷在同一等勢面上移動，電場力不做功（而電場力做的功為零時，電荷不一定沿等勢面移動）；（2）等勢面一定跟電場線垂直；（3）等差等勢面密的地方場強大；（4）任意兩等勢面都不會相交；（5）電場線總是從電勢較高的等勢面指向電勢較低的等勢面。5 電勢差定義：電場中兩點間電勢的差值叫做電勢差，也叫電壓。用表示。即也可這樣說，電荷在電場中兩點間移動時，電場力所做的功跟電荷電量的比值，叫做這兩點間的電勢差，也叫電壓。即：，電場中A、B兩點間的電勢差只取決于A、B兩點在電場中的位置，與參考點的選取及被移動的電荷無關(guān)，U跟W、q無關(guān)。電場中的導(dǎo)體 1. 靜電感應(yīng)：電場中的導(dǎo)體內(nèi)部的自由電子受到電場力作用，將向電場反方向做定向移動，結(jié)果使導(dǎo)體兩端分別出現(xiàn)正負(fù)感應(yīng)電荷。 2. 處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體的特征：（1）內(nèi)部場強（合場強）處處為零；（2）整個導(dǎo)體是等勢體，表面是個等勢面；（3）表面上任何一點的場強方向都跟該點表面垂直；（4）凈電荷只能分布在導(dǎo)體的外表面上。 3. 靜電屏蔽：金屬網(wǎng)罩（或金屬包皮）能把外電場遮住，使內(nèi)部不受外電場的影響。（四）電容器和電容 1. 電容器：任何兩個彼此靠近又相互絕緣的導(dǎo)體組成一個電容器。使電容器帶電（或電量增加）的過程叫充電，充電過程是電源的電能轉(zhuǎn)化為電容器中的電場能的過程；使充電后的電容器失去電荷（或電量減少）的過程叫放電，放電過程是電容器中的電場能轉(zhuǎn)化為其它形式的能量的過程。 2. 電容（1）定義：電容器所帶的電量跟它兩極間的電勢差的比值叫電容器的電容。（2）公式：，電容在數(shù)值上等于使電容器的兩極板間的電勢差增加1V所需的電量，與Q、U無關(guān)，只取決于電容器本身。（3）單位：法拉（F）。（4）平行板電容器的電容：隨兩極板間正對面積的增大而增大，隨兩極板間距離的減小而增大，隨兩極板間電介質(zhì)的介電常數(shù)的增大而增大。即（真空中）（五）帶電粒子在電場中的運動帶電粒子在電場中要受電場力作用，因此要產(chǎn)生加速度。其速度、動能、電勢能等都發(fā)生變化。二. 重、難點突破： 1. 兩點電荷間的相互作用力大小總是相等，即遵守牛頓第三定律。點電荷是物理中的理想模型，當(dāng)帶電體間的距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于帶電體的線度時，可以使用庫侖定律，否則不能使用。例如：半徑均為r的金屬球如圖1所示放置，使兩球的邊緣相距為r，今使兩球帶上等量的異種電荷Q，設(shè)兩電荷Q間的庫侖力大小為F，比較F與的大小關(guān)系。顯然，如果電荷能全部集中在球心處，則二者相等。但依題設(shè)條件，兩球心間距離3r不是遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于r，故不能把兩帶電球當(dāng)作點電荷處理。實際上，由于異種電荷的相互吸引，使電荷分布在兩球較靠近的球面處，這樣兩部分電荷的距離小于3r，故，同理，若兩球帶現(xiàn)種電荷Q，則。 圖1 2. 正確理解用比值定義的物理量，如電場強度，電勢差，電容器的電容，用這些比值僅僅能測量出電場強度E、電勢差U、電容C，作為一個量度式，E跟F、q，U跟W、q，C跟Q、U無關(guān)。 電場線只能描述電場的方向及定性地描述電場的強弱，并不是帶電粒子在電場中的運動軌跡。帶電粒子在電場中的運動軌道是由帶電粒子受到的合外力情況和初速度情況來決定。 3. 注意電勢和電勢差的區(qū)別與聯(lián)系（1）區(qū)別：電場中某點的電勢與零電勢點的選取有關(guān)（一般取無限遠(yuǎn)處或地球為零電勢點）。而電場中兩點間的電勢差與零電勢點的選取無關(guān)。（2）聯(lián)系：電場中某點的電勢等于該點與零電勢點間的電勢差；而某兩點的電勢差等于這兩點的電勢的差值，即。 4. 應(yīng)用電場力做功的計算公式時，有兩種方法：（1）依照課本的要求，三個量都取絕對值，先計算出功的數(shù)值，然后再根據(jù)電場力的方向與電荷移動位移方向間的夾角確定是電場力做功，還是克服電場力做功。（2）代入符號使用，將公式寫成，特別是在比較A、B兩點電勢高低時更為方便：先計算，若，即，則；若，即，則。 例 如圖所示，a、b、c是一條電場線上的三個點，電場線方向由a到c，a、b間的距離等于b、c間的距離。用和分別表示a、b、c三點的電勢和電場強度，可以斷定（ ）A. B. C. D. 分析：根據(jù)電場線的方向可判定電勢的高低，確定場強的大小是根據(jù)電場線的密度，而題干中引用了“可以斷定”的字樣，對于“斷定”或“一定”的說法，只要舉一個反例，即可否定它；反之如果用的是“可能”的說法，只要能舉出一個正例，就是“可能”的。解答：根據(jù)沿電場線方向電勢逐漸降低可判定（A）正確。若此電場線是負(fù)點電荷產(chǎn)生的（點電荷在C的右邊），則可判定B、C、D錯誤。說明：（1） 只畫出一條電場線，不能比較各點的場強大??；（2） 對于題干含有“可以斷定”或“一定”或“可能”字樣的選擇題，采用特例法較好。 5. 帶電粒子在電場中的運動（1）帶電粒子在電場中的運動，綜合了靜電場和力學(xué)知識，分析方法和力學(xué)的分析方法基本相同：先分析受力情況，再根據(jù)初始狀態(tài)分析粒子的運動性質(zhì)（平衡、加速或減速，是直線還是曲線，是類平拋運動，還是圓周運動等），然后選用恰當(dāng)?shù)囊?guī)律解題。（2）在對帶電粒子進(jìn)行受力分析時，要注意兩點： 要掌握電場力的特點，如電場力的大小和方向不僅跟場強的大小和方向有關(guān)，還與帶電粒子的電量和電性有關(guān)；在勻強電場中，同一帶電粒子所受的電場力處處是恒力；在非勻強電場中，同一帶電粒子在不同位置所受的電場力不同。 是否考慮重力要依據(jù)具體情況而定：a. 基本粒子：如電子、質(zhì)子、氘核、氚核、粒子、離子等，一般都不考慮重力（但并不忽略質(zhì)量）。b. 帶電微粒：如液滴、塵埃、小球等，除有說明或明確的暗示以外，一般都不能忽略重力。（3）帶電粒子的速度大小發(fā)生變化的過程是其他形式的能與動能之間的轉(zhuǎn)化過程，解決這類問題，是恒力作用時，可用牛頓運動定律和運動學(xué)公式；而普通適用的是動能定理和能量守恒定律。如選用動能定理，則要分清有哪些力做功？做的正功還是負(fù)功？是恒力做功還是變力做功？若電場力是變力，則電場力的功必須寫成，找出初、末狀態(tài)的動能增量。如選用能量守恒定律，則要分清有哪種形式的能在變化？怎樣變化（是增加還減?。?？能量守恒的表達(dá)形式有： 初態(tài)和末態(tài)的總能量相等，即； 某些形式的能量減少一定等于其它形式的能量增加，即；各種形式的能量的增量（）的代數(shù)和為零，即（4）帶電粒子在勻強電場中的偏轉(zhuǎn)：如果帶電粒子以初速度垂直于場強方向射入勻強電場，不計重力，粒子做類似平拋運動，分析時，一般采用力學(xué)中分析平拋運動的方法：把運動分解為垂直于電場方向上的一個分運動勻速直線運動：；另一個是平行于場強方向上的分運動勻加速運動，粒子的偏轉(zhuǎn)角為，根據(jù)已知條件的不同，有時采用動能定理或能量轉(zhuǎn)化和守恒定律也很方便。例 如圖所示，在真空中傾斜放置有等量異種電荷的平行金屬板，一帶電、質(zhì)量的帶電體沿水平方向飛入電場，經(jīng)A點時速度，經(jīng)0.02s后回到A點，求：（1）板間的電場強度E；（2）金屬板與水平方向的夾角。分析：由于粒子能返回A點，故粒子做直線運動，且其合外力方向跟初速度方向相反，根據(jù)粒子的運動情況，可用運動學(xué)公式求出粒子的加速度，而粒子的受力情況是：重力G、電場力，利用力的合成和牛頓第二定律就可求得場強E，再根據(jù)力的圖示可求出。解答：粒子的運動軌跡應(yīng)為直線，其受力分析如圖所示，由于所受重力和電場力保持不變，故其合外力不變，粒子做類豎直上拋運動，由類豎直上拋運動的對稱性可得，即，得。利用牛頓第二定律得： 由圖可得： 解得代入數(shù)據(jù)解之得： ，即金屬板與水平方向的夾角為。說明： （1） 當(dāng)兩平行金屬板相互錯