电场力和电场能的性质
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高中物理专题——静电场考点归纳今日知识清单,静电场考点归纳中的第一节:电场力的性质、第二节:电场能的性质和第三节:电容器与电容带电粒子在电场中的运动同学们可以学习起来了!第一节电场力的性质【基本概念、规律】一、电荷和电荷守恒定律1.点电荷:形状和大小对研究问题的影响可忽略不计的带电体称为点电荷.2.电荷守恒定律(1)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;在转移过程中,电荷的总量保持不变.(2)起电方式:摩擦起电、接触起电、感应起电.二、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,与它们的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=k r2(q1q2),式中的k=9.0×109 N·m2/C2,叫做静电力常量.3.适用条件:(1)点电荷;(2)真空.三、电场强度1.意义:描述电场强弱和方向的物理量.2.公式(1)定义式:E=q(F),是矢量,单位:N/C或V/m.(2)点电荷的场强:E=k r2(Q),Q为场源电荷,r为某点到Q的距离.(3)匀强电场的场强:E=d(U).3.方向:规定为正电荷在电场中某点所受电场力的方向.四、电场线及特点1.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.2.电场线的特点(1)电场线从正电荷或无限远处出发,终止于负电荷或无限远处.(2)电场线不相交.(3)在同一电场里,电场线越密的地方场强越大.(4)沿电场线方向电势降低.(5)电场线和等势面在相交处互相垂直.3.几种典型电场的电场线(如图所示)【重要考点归纳】考点一对库仑定律的理解和应用1.对库仑定律的理解(1)F=k r2(q1q2),r指两点电荷间的距离.对可视为点电荷的两个均匀带电球,r为两球心间距.(2)当两个电荷间的距离r→0时,电荷不能视为点电荷,它们之间的静电力不能认为趋于无限大.2.电荷的分配规律(1)两个带同种电荷的相同金属球接触,则其电荷量平分.(2)两个带异种电荷的相同金属球接触,则其电荷量先中和再平分.考点二电场线与带电粒子的运动轨迹分析1.电荷运动的轨迹与电场线一般不重合.若电荷只受电场力的作用,在以下条件均满足的情况下两者重合:(1)电场线是直线.(2)电荷由静止释放或有初速度,且初速度方向与电场线方向平行.2.由粒子运动轨迹判断粒子运动情况:(1)粒子受力方向指向曲线的内侧,且与电场线相切.(2)由电场线的疏密判断加速度大小.(3)由电场力做功的正负判断粒子动能的变化.3.求解这类问题的方法:(1)“运动与力两线法”——画出“速度线”(运动轨迹在初始位置的切线)与“力线”(在初始位置电场线的切线方向),从二者的夹角情况来分析曲线运动的情景.(2)“三不知时要假设”——电荷的正负、场强的方向(或等势面电势的高低)、电荷运动的方向,是题意中相互制约的三个方面.若已知其中的任一个,可顺次向下分析判定各待求量;若三个都不知(三不知),则要用“假设法”分别讨论各种情况.考点三静电力作用下的平衡问题1.解决这类问题与解决力学中的平衡问题的方法步骤相同,只不过是多了静电力而已.2.(1)解决静电力作用下的平衡问题,首先应确定研究对象,如果有几个物体相互作用时,要依据题意,适当选取“整体法”或“隔离法”.(2)电荷在匀强电场中所受电场力与位置无关;库仑力大小随距离变化而变化.考点四带电体的力电综合问题解决该类问题的一般思路【思想方法与技巧】用对称法处理场强叠加问题对称现象普遍存在于各种物理现象和物理规律中,应用对称性不仅能帮助我们认识和探索某些基本规律,而且也能帮助我们去求解某些具体的物理问题.利用对称法分析解决物理问题,可以避免复杂的数学演算和推导,直接抓住问题的特点,出奇制胜,快速简便地求解问题.第二节电场能的性质【基本概念、规律】一、电场力做功和电势能1.电场力做功(1)特点:静电力做功与实际路径无关,只与初末位置有关.(2)计算方法①W=qEd,只适用于匀强电场,其中d为沿电场方向的距离.②WAB=qUAB,适用于任何电场.2.电势能(1)定义:电荷在电场中具有的势能,数值上等于将电荷从该点移到零势能位置时静电力所做的功.(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=E p A-E p B=-ΔE p.(3)电势能具有相对性.二、电势、等势面1.电势(1)定义:电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值.(3)相对性:电势具有相对性,同一点的电势因零电势点的选取不同而不同.2.等势面(1)定义:电场中电势相同的各点构成的面.(2)特点①在等势面上移动电荷,电场力不做功.②等势面一定与电场线垂直,即与场强方向垂直.③电场线总是由电势高的等势面指向电势低的等势面.④等差等势面的疏密表示电场的强弱(等差等势面越密的地方,电场线越密).三、电势差1.定义:电荷在电场中,由一点A移到另一点B时,电场力所做的功WAB与移动的电荷的电量q的比值.3.电势差与电势的关系:UAB=φA-φB,UAB=-UBA.4.电势差与电场强度的关系匀强电场中两点间的电势差等于电场强度与这两点沿电场方向的距离的乘积,即UAB=Ed.特别提示:电势和电势差都是由电场本身决定的,与检验电荷无关,但电场中各点的电势与零电势点的选取有关,而电势差与零电势点的选取无关.【重要考点归纳】考点一电势高低及电势能大小的比较1.比较电势高低的方法(1)根据电场线方向:沿电场线方向电势越来越低.(2)根据UAB=φA-φB:若UAB>0,则φA>φB,若UAB<0,则φA<φB.(3)根据场源电荷:取无穷远处电势为零,则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.2.电势能大小的比较方法(1)做功判断法电场力做正功,电势能减小;电场力做负功,电势能增加(与其他力做功无关).(2)电荷电势法正电荷在电势高处电势能大,负电荷在电势低处电势能大.考点二等势面与粒子运动轨迹的分析1.几种常见的典型电场的等势面比较2.带电粒子在电场中运动轨迹问题的分析方法(1)从轨迹的弯曲方向判断受力方向(轨迹向合外力方向弯曲),从而分析电场方向或电荷的正负;(2)结合轨迹、速度方向与静电力的方向,确定静电力做功的正负,从而确定电势能、电势和电势差的变化等;(3)根据动能定理或能量守恒定律判断动能的变化情况.考点三公式U=Ed的拓展应用考点四电场中的功能关系1.求电场力做功的几种方法(1)由公式W=Fl cos α计算,此公式只适用于匀强电场,可变形为W=Eql cos α.(2)由WAB=qUAB计算,此公式适用于任何电场.(3)由电势能的变化计算:WAB=E p A-E p B.(4)由动能定理计算:W电场力+W其他力=ΔE k.注意:电荷沿等势面移动电场力不做功.2.电场中的功能关系(1)若只有电场力做功,电势能与动能之和保持不变.(2)若只有电场力和重力做功,电势能、重力势能、动能之和保持不变.(3)除重力、弹簧弹力之外,其他各力对物体做的功等于物体机械能的变化.(4)所有外力对物体所做的功等于物体动能的变化.3.在解决电场中的能量问题时常用到的基本规律有动能定理、能量守恒定律和功能关系.(1)应用动能定理解决问题需研究合外力的功(或总功).(2)应用能量守恒定律解决问题需注意电势能和其他形式能之间的转化.(3)应用功能关系解决该类问题需明确电场力做功与电势能改变之间的对应关系.(4)有电场力做功的过程机械能不守恒,但机械能与电势能的总和可以守恒.【思想方法与技巧】E-x和φ-x图象的处理方法1.E-x图象(1)反映了电场强度随位移变化的规律.(2)E>0表示场强沿x轴正方向;E<0表示场强沿x轴负方向.(3)图线与x轴围成的“面积”表示电势差,“面积”大小表示电势差大小,两点的电势高低根据电场方向判定.2.φ-x图象(1)描述了电势随位移变化的规律.(2)根据电势的高低可以判断电场强度的方向是沿x轴正方向还是负方向.(3)斜率的大小表示场强的大小,斜率为零处场强为零.3.看懂图象是解题的前提,解答此题的关键是明确图象的斜率、面积的物理意义.第三节电容器与电容带电粒子在电场中的运动【基本概念、规律】一、电容器、电容1.电容器(1)组成:由两个彼此绝缘又相互靠近的导体组成.(2)带电量:一个极板所带电量的绝对值.(3)电容器的充、放电充电:使电容器带电的过程,充电后电容器两板带上等量的异种电荷,电容器中储存电场能.放电:使充电后的电容器失去电荷的过程,放电过程中电场能转化为其他形式的能.2.电容3.平行板电容器(1)影响因素:平行板电容器的电容与正对面积成正比,与介质的介电常数成正比,与两极板间距离成反比.二、带电粒子在电场中的运动1.加速问题2.偏转问题(1)条件分析:不计重力的带电粒子以速度v0垂直于电场线方向飞入匀强电场.(2)运动性质:匀变速曲线运动.(3)处理方法:利用运动的合成与分解.①沿初速度方向:做匀速运动.②沿电场方向:做初速度为零的匀加速运动.特别提示:带电粒子在电场中的重力问题(1)基本粒子:如电子、质子、α粒子、离子等除有说明或有明确的暗示以外,一般都不考虑重力(但并不忽略质量).(2)带电颗粒:如液滴、油滴、尘埃、小球等,除有说明或有明确的暗示以外,一般都不能忽略重力.【重要考点归纳】考点一平行板电容器的动态分析运用电容的定义式和决定式分析电容器相关量变化的思路1.确定不变量,分析是电压不变还是所带电荷量不变.(1)保持两极板与电源相连,则电容器两极板间电压不变.(2)充电后断开电源,则电容器所带的电荷量不变.5.在分析平行板电容器的动态变化问题时,必须抓住两个关键点:(1)确定不变量:首先要明确动态变化过程中的哪些量不变,一般情况下是保持电量不变或板间电压不变.(2)恰当选择公式:要灵活选取电容的两个公式分析电容的变化,还要应用E=d(U),分析板间电场强度的变化情况.考点二带电粒子在电场中的直线运动1.运动类型(1)带电粒子在匀强电场中做匀变速直线运动.(2)带电粒子在不同的匀强电场或交变电场中做匀加速、匀减速的往返运动.2.分析思路(1)根据带电粒子受到的电场力,用牛顿第二定律求出加速度,结合运动学公式确定带电粒子的运动情况.(2)根据电场力对带电粒子所做的功等于带电粒子动能的变化求解.此方法既适用于匀强电场,也适用于非匀强电场.(3)对带电粒子的往返运动,可采取分段处理.考点三带电粒子在电场中的偏转1.基本规律设粒子带电荷量为q,质量为m,两平行金属板间的电压为U,板长为l,板间距离为d(忽略重力影响),则有【思想方法与技巧】带电粒子在交变电场中的偏转1.注重全面分析(分析受力特点和运动特点),找到满足题目要求所需要的条件.2.比较通过电场的时间t与交变电场的周期T的关系:(1)若t≪T,可认为粒子通过电场的时间内电场强度不变,等于刚进入电场时刻的场强.(2)若不满足上述关系,应注意分析粒子在电场方向上运动的周期性.对称思想、等效思想在电场问题中的应用一、割补法求解电场强度由于带电体不规则,直接求解产生的电场强度较困难,若采取割或补的方法,使之具有某种对称性,从而使问题得到简化.二、等效法求解电场中的圆周运动1.带电粒子在匀强电场和重力场组成的复合场中做圆周运动的问题是一类重要而典型的题型.对于这类问题,若采用常规方法求解,过程复杂,运算量大.若采用“等效法”求解,则过程往往比较简捷.2.等效法求解电场中圆周运动问题的解题思路:(1)求出重力与电场力的合力F合,将这个合力视为一个“等效重力”.(2)将a=m(F合)视为“等效重力加速度”.(3)将物体在重力场中做圆周运动的规律迁移到等效重力场中分析求解.。
电场力的性质,电场能的性质,恒定电流知识梳理静电场:1.库仑定律:________________适用条件真空、静止、_________特别强调:适用于点电荷:当两个带电体之间的距离________自身的大小才能看成点电荷。
当两个带电球体之间的距离没有远大于球体自身大小时,不能看成点电荷。
2.场强E:______量,如果题目中说两个场强相同,必须要_______和_______都相同,才能称为场强相同。
1.定义式:_______,方向的定义______________________;_____________________.场强由________来决定与试探电荷无关,某个点的场强与试探电荷的种类______.与放不放试探电荷________。
2.电场线如何描述场强:_________________表示场强的大小;_____________表示_____________的方向。
(电场线不_____、不______.)3.点电荷的场强公式:____________,此公式中的Q指的是_______电荷。
正点电荷产生的电场场强方向:__________;负点电荷产生的电场场强方向:__________4.匀强电场场强的公式:______________注意:公式中的d指的是______________5.等差等势面越密集的地方__________越大。
________________叫做等差等势面,等差等势面越密集说明d越小,则场强_______电场中能的性质:1.电势:_______量,无方向,有正负。
.电势和电势能________表示大小1.电势的定义式:__________ ,此公式的注意事项:_________.电势由_________来决定,与试探电荷无关。
2.电场线如何描述电势:________________________。
3.电势差:U AB=_____________,电势差有正负,如果___________电势差为正;_________电势差为负电场中某个点的电势_______________,此点可以用在电容器中,判某个点的电势升高还是降低。
一、概念:1.静电力做功:(1)特点:静电力做功与路径无关,只与初、末位置有关。
(2)计算方法:①W=qEd,只适用于匀强电场,其中d为沿电场方向的距离,计算时q不带正负号。
②W AB=qU AB,适用于任何电场,计算时q要带正负号。
2.电势能:(1)定义:电荷在电场中由于受到电场力的作用而具有的与其相对位置有关的能量叫做电势能,用符号E p表示。
(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W AB=E p A-E p B。
(3)大小:电荷在某点的电势能,等于将电荷从该点移到零势能位置时静电力做的功。
注意事项:(1)电势能由电场和电荷共同决定,属于电场和电荷系统所共有的,我们习惯说成电场中的电荷所具有的。
(2)电势能是相对的,与零势能位置的选取有关,但电势能的变化是绝对的,与零势能位置的选取无关。
(3)电势能是标量,有正负,无方向。
电势能为正值表示电势能大于在参考点时的电势能,电势能为负值表示电势能小于在参考点时的电势能。
(4)零势能位置的选取是任意的,但通常选取大地或无穷远处为零势能位置。
二、电势(1)定义:电荷在电场中某一点的电势能E p与它的电荷量q的比值。
(2)定义式:φ=E p q。
(3)矢标性:电势是标量,有正负之分,其正(负)表示该点电势比零电势高(低)。
(4)相对性:电势具有相对性,同一点的电势与选取零电势点的位置有关。
一般选取无穷远处为零电势点,在实际应用中常取大地的电势为零。
三、等势面:(1)定义:电场中电势相同的各点构成的面。
(2)四个特点:①在同一等势面上移动电荷时电场力不做功。
②等势面一定与电场线垂直。
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。
(3)注意事项:电场中某点的电势大小是由电场本身的性质决定的,与在该点是否放有电荷和所放电荷的电性、电荷量及电势能均无关。
四、电势差:(1)定义:电场中两点间电势的差值。
电场巩固总结基本知识:1.电场强度E的计算方法:2.电势差U的计算方法:3.电势 的计算方法:4.电势能Ep的计算方法:5.电场力做功的计算方法:①匀强电场中W=②由功能关系W=③与电势差关系W=④多个力做功(变力)W=6.高中阶段的几个功能关系①重力做功与重力势能:②弹力做功与弹性势能:③电场力做功与电势能:④合外力做功与动能:⑤其他力做功与机械能:7.能量守恒定律的应用类型一:电场线与轨迹问题1.如图所示,虚线a、b、c表示电场中的三个等势面与纸平面的交线,且相邻等势面之间的电势差相等。
实线为一带正电荷粒子仅在电场力作用下通过该区域时的运动轨迹,M、N是这条轨迹上的两点,则下列说法中正确的是()A.三个等势面中,a的电势最高B.对于M、N两点,带电粒子通过M点时电势能较大C.对于M、N两点,带电粒子通过M点时动能较大D.带电粒子由M运动到N时,加速度增大2.一粒子从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3.如图中虚线为匀强电场中的等势线,两粒子M、N质量相等,所带电荷的绝对值也相等。
现将M、N从虚线上的O点以相同速率射出,两粒子在电场中运动的轨迹分别如图中两条实线所示。
点a、b、c为实线与虚线的交点,已知O点电势高于c点。
若不计重力,则( ) 带负电荷,N带正电荷带正电荷,N带负电荷在从O点运动至a点的过程中电势降低在O点和b点电势能相同类型二:几种功能关系的应用1. 带电小球在从A点运动到B点的过程中,重力做功为3 J,电场力做功1 J,克服空气阻力做功为J,则在A点的()A.重力势能比B点大3 J B.电势能比B点小1 JC.动能比B点小J D.机械能比B点小J2.质量为m的带电小球射入匀强电场后,以方向竖直向上、大小为2g的加速度向下运动,在小球下落h的过程中( )A.小球的重力势能减少了2mghB.小球的动能减少了2mghC.电场力做负功2mghD.小球的电势能增加了3mgh3.如图所示,在O点放置一个正电荷,在过O点的竖直平面内的A点,自由释放一个带正电的小球,小球的质量为m、电荷量为q。
电场的两个重要性质 1电场的力的性质例1有三个完全相同的金属球A 、B 、C ,A 带电量7Q ,B 带电量-Q ,C 不带电.将A 、B 固定,且A 、B 间距离远大于其半径.然后让C 反复与A 、B 接 触,最后移走C 球.试问A 、B 间的相互作用力变为原来的多少倍? 解答 C 球反复与A 、B 接触,最后三个球带相同的电量,其电量7()'23+-==Q Q Q Q . 设A 、B 球间距离为r ,其原先的相互作用力大小 21222277===q q Q Q Q F k kk r r r . A 、B 球碰后的相互作用力大小 212222''22'4===q q Q Q Q F k k k r r r,4'7=F F . 故A 、B 间的相互作用力变为原来的47倍. 点评:本题涉及中和、接触起电等现象及电荷守恒定律、库仑定律等知识,在审题时,能从“C 反复与A 、B 接触”这句话中挖掘出最终三球带电量相同这一隐含条件是至关重要。
例2 有一个点电荷Q 的电场中,Ox 坐标轴与它的一条电场线重合,坐标轴上A 、B 两点的坐标分别为2.0m 和5.0m.已知放在A 、B 两点的试探电荷受到的电场力方向都跟x 轴的正方向相同,电场力的大小跟试探电荷所带电荷量大小的关系如图中直线A 、B 所示,放在A 点的电荷带正电,放在B 点的电荷带负电.求: (1)B 点的电场强度的大小和方向;(2)试判断点电荷Q 的电性,并确定点电荷Q 的位置坐标.解析:(1)由图可得B 点电场强度的大小5.2==qF E B N/C . 因B 点的试探电荷带负电,而受力指向x 轴的正方向,故B 点场强的方向沿x 轴的负方向. (2)因A 点的正电荷受力和B 点的负电荷受力均指向x 轴的正方向, 故点电荷Q 位于A 、B 两点之间,带负电.设点电荷Q 的坐标为x ,则2)2(-=x Q kE A ,2)5(x Q kE B -=由图可得40=A E N/C ,解得x=2.6m.2 电场的能的性质例3.两个带等量正电的点电荷,固定在图中P 、Q 两点,MN 为PQ 连线的中垂线,交PQ 于O 点,A 点为MN 上的一点。
电场能的知识点总结电场能是指物体因在电场中而具有的能量。
电场能是电荷在电场中储存的能量。
在电场中,正电荷和负电荷之间会产生相互作用,这种相互作用会使得电荷具有电场能。
电场能的存在对于电场的存在和作用有着重要的影响。
本文将对电场能的相关知识进行总结,包括电场能的定义、性质、计算和应用等方面。
1. 电场能的定义电场是由电荷所产生的一种物理场,它是一个具有能量的场。
当一个电荷放置在电场中时,其位置和状态都会受到电场的影响,这就是电场能。
电场能是电荷在电场中所具有的能量,它能够影响电荷的运动和相互作用。
2. 电场能的性质(1)电场能与电荷之间的相互作用:电场能是电荷在电场中所具有的能量,它能够影响电荷的位置和状态。
当一个电荷置于电场中时,它会受到电场的作用力,这种作用力会使电荷具有电场能。
(2)电场能的正负:电场能是一个标量量,其正负取决于电荷在电场中的位置和状态。
当电荷在电场的正方向移动时,其电场能为正;当电荷在电场的负方向移动时,其电场能为负。
(3)电场能与电势能的关系:电场能与电势能密切相关,它们都是描述电荷在电场中具有的能量。
电场能是由电势能所导出的,当电荷在电场中发生移动时,电势能会转化为电场能。
电场能还可以转化为动能或其他形式的能量,这种相互转化是由电场力所引起的。
3. 电场能的计算电场能的计算可以通过电场能的定义和电场力的计算来实现。
电场能的计算涉及到电场的场强和电荷所受到的作用力。
根据电场能的定义,其计算公式为:E = qV其中E表示电场能,q表示电荷量,V表示电场的电势能。
根据这个计算公式,我们可以通过电荷量和电场的电势能来计算电场能的大小。
在实际应用中,我们还可以通过电场力和电荷的位移来计算电场能的大小。
4. 电场能的应用电场能在许多领域中都有着重要的应用,它可以影响电荷的运动和相互作用,从而对电场的存在和作用产生影响。
电场能的应用包括以下几个方面:(1)电动机和发电机:电场能可以转化为动能和电能,这种能量转化在电动机和发电机中有着重要的应用。
电场的力与电场的能的性质(一)电荷守恒与库仑定律1、自然界中只存在两种电荷,即正电荷和负电荷。
电荷间相互作用的规律是同种电荷相斥,异种电荷相吸。
电量为e=1.6×10-19C称为元电荷,任何物体所带电荷量都是元电荷的整数倍。
2、摩擦起电、感应起电和电荷中和等现象的本质都只是电荷的转移。
3、电荷既不能被创造,也不能被消灭,它们只能是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,系统的电荷代数和不变,这就是电荷守恒定律。
4、库仑定律:,静电力常量k=9×109N·m2/C2。
该定律适用于真空中两点电荷之间。
Q1、Q2只需用绝对值代入即可求得作用力大小,方向由两电荷的电性判断,两电荷之间的库仑力是一对作用力与反作用力。
有时可将物体等效为点电荷,但“点”的位置与电荷分布有关。
5、点电荷:物理模型,即如果满足相互之间距离远大于带电体大小则带电体便可看做点电荷。
(二)电场电场强度1、电场是存在于电荷周围的特殊物质,静止电荷之间的相互作用是通过电场来实现的。
2、电场强度是描述电场强弱的物理量。
电场强度的定义式为,适用于一切电场。
(1)E是矢量,规定E的方向就是正电荷在该点受电场力的方向。
国际单位制中,E的单位为V/m。
电场中某一点的场强大小和方向与试探电荷(电量和大小都很小)的正负、电荷多少和有无等因素都无关,只由产生电场的因素决定。
多种电荷在空间某点同时产生电场时,该处场强为各种电荷独立产生场强的矢量叠加。
(2)E矢量处处相等的电场称作为匀强电场。
它是一种基本而又重要的电场。
(3)真空中点电荷Q在某点处产生的场强的计算式;匀强电场中场强与电势差的关系式为:,式中d为沿场强方向上两点间距离。
(三)电场线1、电场线,是为了形象地描述电场而人为画出的假想的曲线。
电场线上各点的切线方向与该点场强方向相同。
电场线的疏密能大致表示电场中各处场强的大小。
2、静电场中,电场线起始于正电荷(或无穷远处),终止于负电荷(或无穷无处)。
三一文库()/高三〔高三物理知识点归纳:高中物理电学总结大全〕以下是为大家整理的关于《高三物理知识点归纳:高中物理电学总结大全》,供大家学习参考!一、电场基本规律2、库仑定律(1)定律内容: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,与它们的距离的平方成反比,作用力的方向在它们的连线上。
(2)表达式:k=9.0×109N?m2/C2——静电力常量(3)适用条件:真空中静止的点电荷。
1、电荷守恒定律: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,在转移过程中,电荷的总量保持不变。
(1)三种带电方式:摩擦起电,感应起电,接触起电。
(2)元电荷:最小的带电单元,任何带电体的带电量都是元电荷的整数倍,e=1.6×10-19C——密立根测得e的值。
二、电场能的性质1、电场能的基本性质:电荷在电场中移动,电场力要对电荷做功。
2、电势φ(1)定义:电荷在电场中某一点的电势能Ep与电荷量的比值。
(2)定义式:φ——单位:伏(V)——带正负号计算(3)特点:○1电势具有相对性,相对参考点而言。
但电势之差与参考点的选择无关。
○2电势一个标量,但是它有正负,正负只表示该点电势比参考点电势高,还是低。
○3电势的大小由电场本身决定,与Ep和q无关。
○4电势在数值上等于单位正电荷由该点移动到零势点时电场力所做的功。
(4)电势高低的判断方法○1根据电场线判断:沿着电场线电势降低。
φA>φB ○2根据电势能判断:正电荷:电势能大,电势高;电势能小,电势低。
负电荷:电势能大,电势低;电势能小,电势高。
结论:只在电场力作用下,静止的电荷从电势能高的地方向电势能低的地方运动。
3、电势能Ep(1)定义:电荷在电场中,由于电场和电荷间的相互作用,由位置决定的能量。
电荷在某点的电势能等于电场力把电荷从该点移动到零势能位置时所做的功。
(2)定义式:——带正负号计算(3)特点:○1电势能具有相对性,相对零势能面而言,通常选大地或无穷远处为零势能面。
第2节 电场能的性质一、电势能和电势1.电势能 (1)电场力做功的特点:电场力做功与路径无关,只与初、末位置有关。
(2)电势能①定义:电荷在电场中具有的势能,数值上等于将电荷从该点移到零势能位置时电场力所做的功。
②电场力做功与电势能变化的关系:电场力做的功等于电势能的减少量,即W AB =E p A -E p B =-ΔE p 。
2.电势(1)定义:试探电荷在电场中某点具有的电势能与它的电荷量的比值。
(2)定义式:φ=E p q 。
(3)矢标性:电势是标量,有正、负之分,其正(负)表示该点电势比零电势高(低)。
(4)相对性:电势具有相对性,同一点的电势因选取零电势点的不同而不同。
3.等势面(1)定义:电场中电势相等的各点组成的面。
(2)四个特点①等势面一定与电场线垂直。
②在同一等势面上移动电荷时电场力不做功。
③电场线方向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。
二、电势差1.定义:电荷在电场中由一点A 移到另一点B 时,电场力做功与移动电荷的电荷量的比值。
2.定义式:U AB =W AB q。
3.电势差与电势的关系:U AB =φA -φB ,U AB =-U BA 。
三、匀强电场中电势差与电场强度的关系1.电势差与电场强度的关系:匀强电场中两点间的电势差等于电场强度与这两点沿电场线方向的距离的乘积。
即U =Ed ,也可以写作E =U d。
2.公式U =Ed 的适用X 围:匀强电场。
1.思考辨析(正确的画“√”,错误的画“×”)(1)电场中电场强度为零的地方电势一定为零。
(×) (2)沿电场线方向电场强度越来越小,电势逐渐降低。
(×)(3)A 、B 两点间的电势差等于将正电荷从A 点移到B 点时静电力所做的功。
(×)(4)A 、B 两点的电势差是恒定的,所以U AB =U BA 。
(×)(5)等差等势线越密的地方,电场线越密,电场强度越大。
电场的基本性质电场是电荷周围的一种物理场,它对电荷具有吸引或排斥的作用。
电场的基本性质包括电场力、电场强度和电势三个方面。
本文将依次介绍这些基本性质。
一、电场力电场力是电场作用在电荷上的力,它的大小与电荷量及其所处位置有关。
根据库仑定律,两个电荷之间的电场力与它们之间的距离成反比,与电荷量的乘积成正比。
具体而言,当两个电荷同性时,电场力为排斥力;当两个电荷异性时,电场力为吸引力。
电场力的方向始终指向电场中心,即指向电荷所在位置。
二、电场强度电场强度是描述电场的物理量,表示单位正电荷所受的电场力。
它的计算公式为电场强度等于电场力除以正电荷所带电量。
电场强度与电荷量成正比,与距离的平方成反比。
电场强度的方向与电场力的方向一致,即与电荷的性质有关。
在均匀电场中,电场强度大小始终保持不变。
三、电势电势是描述电场能量分布的物理量,表示单位正电荷在电场中的电势能。
它的计算公式为电势等于电场力所做的功除以正电荷所带电量。
电势与电荷量成正比,与距离成反比。
与电场强度不同的是,电势是标量,没有方向性。
在均匀电场中,电势强度在空间中是均匀分布的。
不同位置的电势可以通过电势差来衡量,电势差等于电势高减去电势低。
电势差大于零表示从电势低的位置移动到电势高的位置需要做功,反之则表示从电势高的位置移动到电势低的位置可以释放能量。
总结:电场的基本性质包括电场力、电场强度和电势。
电场力是电场作用在电荷上的力,它具有排斥或吸引的作用,且方向指向电荷所在位置。
电场强度是描述电场的物理量,表示单位正电荷所受的电场力,它与电荷量成正比,与距离的平方成反比。
电势是描述电场能量分布的物理量,它表示单位正电荷在电场中的电势能,与电荷量成正比,与距离成反比。
电势差表示不同位置的电势之差,其正负表示从一位置到另一位置所需的能量变化情况。
这些基本性质在电场研究和实际应用中起着重要的作用。
参考文献:1. Griffiths, D.J. (1989). Introduction to Electrodynamics (2nd ed.). Prentice Hall.2. Tipler, P.A., & Mosca, G. (2007). Physics for Scientists and Engineers (6th ed.). W.H. Freeman and Company.。
电场的概念和性质电场是电荷在空间中产生的一种力场,是由带电粒子或物体引起的电荷间相互作用的结果。
电场包括场强和场线两个方面的内容。
本文将详细介绍电场的概念和性质,以加深对电场的理解。
一、电场的概念1.1 电场的定义电场是指在空间中某一点处,由于周围带电粒子或物体所带电荷产生的力的作用,即力场。
电场是矢量场,用E表示,其方向与电场力作用的力的方向相同。
1.2 电场的特征电场力是不接触力,可以作用在距离带电粒子或物体很远的其他粒子或物体上。
电场可以通过场线的形式来描绘,场线表示了电场力的方向和强度。
二、电场的性质2.1 电场的叠加性如果在某一点处有多个电荷同时存在,则由于电场力是矢量叠加,各个电荷产生的电场力矢量可以按照几何矢量相加法则求和,从而得到该点处的合成电场力。
2.2 电场的超位置原理在电荷位置不变的情况下,只需知道各个电荷的电量分布,就可以根据超位置原理求出电场的分布情况。
即电荷在空间中的分布对电场有决定性作用。
2.3 电场的运动规律电场中的带电粒子在电场力的作用下具有加速度,加速度的大小与带电粒子所受电场力的大小成正比。
带电粒子受力时,会沿着电场力的方向运动。
2.4 电场的独立性在电场中放入一个带电粒子,该带电粒子所受的电场力不会受到其他带电粒子的影响,即电场的特性是相互独立的。
三、电场的应用3.1 电场对电荷的作用电场力是通过电场对电荷的作用来实现的。
电场力使得带电粒子受到的电场力加速度不断增加。
3.2 电场的能量电场中存在电场能量,带电粒子在电场力作用下运动时,会产生动能和势能,其能量源于电场。
3.3 电场的屏蔽效应电场在不同介质中传播时,会产生屏蔽效应。
高介电常数的介质可以屏蔽电场。
结论:电场是电荷间相互作用的结果,是一种力场。
电场具有叠加性、超位置原理、运动规律和独立性等性质。
电场对电荷的作用产生力,同时存在电场能量和电场屏蔽效应。
通过深入理解电场的概念和性质,可以更好地应用于实际生活和科学研究中。
【物理】电场的⼒和能的性质前⾔本⽂主要讲解处理⾼考物理中电场相关问题的⽅法,并给出例题⽰范。
可能讲的⽐较简单,希望能起到抛砖引⽟的作⽤。
本⽂会对静电场的概念和公式进⾏梳理,并给出在考题中的应⽤。
概念和公式电场强度和电场⼒概念电场是存在于电荷周围能传递电荷与电荷之间相互作⽤的物理场。
在电荷周围总有电场存在;同时电场对场中其他电荷发⽣⼒的作⽤。
观察者相对于电荷静⽌时所观察到的场称为静电场。
(维基百科)电场⼒是当电荷置于电场中所受到的作⽤⼒。
或是在电场中为移动⾃由电荷所施加的作⽤⼒。
其⼤⼩可由库仑定律得出。
当有多个电荷同时作⽤时,其⼤⼩及⽅向遵循⽮量运算规则。
(维基百科)从上述维基百科的解释,我们可以粗略的得出以下结论:电场是客观存在的物质;电场⼒是⼀种以电场为施⼒物体的作⽤⼒;电场⼒⼤⼩由得出库仑定律;既然是⼒,那么⾃然遵从⼒的⽮量合成法则。
公式公式 I (库仑定律)F=k q1q2 r2其中q1,q2表⽰两个点电荷的电量,r表⽰距离,k是静电⼒常数,约等于 9×109N⋅m2⋅C−2。
公式 IIE=F q这便是电场强度E的⽐值定义式,与电场⼒和试探电荷电量均⽆关。
联⽴ I,II 可以解得E=k q r2。
公式 III (电场叠加原理)E=∑i E i=E1+E2+E3+⋯电场强度和电场⼒⼀样,都是⽮量,故满⾜⽮量合成法则。
⾼考中虽然说的是只限于勾股定理的⽮量合成,但是,余弦定理也是能强⾏导出来的嘛(逃)。
电势和电势能概念假设检验电荷从⽆穷远位置,经过任意路径,克服电场⼒,缓慢地移动到某位置,则在这位置的电势,等于因迁移所做的机械功与检验电荷量的⽐值。
(维基百科)在静电学⾥,电势能是处于电场的电荷分布所具有的势能,与电荷分布在系统内部的组态有关。
(维基百科)不难发现,由于电场的存在,电荷在某⼀电势中,对外表现出电势能。
电势能与引⼒势能相同,是⼀个相对的量,⼈为设定零势能。
电势与电势能均为标量,满⾜代数运算法则。
电场力与电场能的性质【学习目标】1.理解电场强度、电势、电势差、电势能等概念2.掌握“轨迹问题”和“空间中电势变化”两类常见考题1.如图所示,小球A、B带电量相等,质量均为m,都用长L的绝缘细线挂在绝缘的竖直墙上0点,A球靠墙且其悬线刚好竖直,B球悬线偏离竖直方向θ角而静止,此时A、B两球之间的库仑力为F.由于外部原因小球B的电量减小,使两球再次静止时它们之间的库仑力变为原来的一半,则小球B的电量减小为原来的()A.B.C.D.2.如图所示,在矩形ABCD的AD边和BC边的中点M和N各放一个点电荷,它们分别带等量的异种电荷.E、F分别是AB边和CD边的中点,P、Q两点在MN的连线上,且MP=QN.在图中,电场强度相同、电势相等的两点是()A.E和F B.P和Q C.A和C D.C和D3.如图所示,虚线a、b、c是电场中三个等势面,相邻等势面间的电势差相等,一个带正电的质点仅受电场力作用下通过该区域,图中实线为其运动轨迹,P、O、Q是轨迹上的三点.下列说法中正确的是()A.带电质点可能是从P点向Q点运动,v P一定大于v QB.三个等势面中,等势面c的电势最高C.带电质点通过PO时电场力做功比通过OQ时做功大D.带电质点通过P点时的加速度比通过Q点时小4.如图所示,A、B、C、D是匀强电场中一正方形的四个顶点,该正方形的边长为2cm,且电场方向与正方形所在平面平行,已知A、B、C三点的电势分别为φA=15V,φB=3V,φC=﹣3V,则()A.D点的电势φD=9V B.D点的电势φD=12VC.电场的场强大小E=200V/m D.电场的场强大小E=400V/m5.如图,光滑斜面倾角为37°,一质量m=1×10﹣2Kg 、电荷量q=+1×10﹣6C 的小物块置于斜面上,当加上水平向右的匀强电场时,该物体恰能静止在斜面上,G=10m/s 2,求: (1)该电场的电场强度大小(2)若电场强度变为原来的,小物块运动的加速度大小(3)在(2)前提下,当小物块沿斜面下滑L=m 时,机械能的改变量.第一部分 电场力与电场能基本概念学习目标:掌握电场力与电场能相关基本概念 点电荷及库仑定律 1.点电荷(1)是一种理想化的物理模型;(2)当带电体本身的大小和形状对研究的问题影响很小时,可以将带电体视为点电荷. 2.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,与它们的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 =k q 1q 2r2,其中比例系数k 叫做静电力常量,k =9.0×109 N·m 2/C 2.(3)适用条件:①真空中;②点电荷. 电场强度 1.静电场(1)电场是存在于电荷周围的一种物质,静电荷产生的电场叫静电场.(2)电荷间的相互作用是通过电场实现的.电场的基本性质是对放入其中的电荷有力的作用. 2.电场强度(1)物理意义:表示电场的强弱和方向.(2)定义:电场中某一点的电荷受到的电场力F 跟它的电荷量q 的比值叫做该点的电场强度.(3)定义式:E =Fq.(4)标矢性:电场强度是矢量,正电荷在电场中某点受力的方向为该点电场强度的方向,电场强度的叠加遵从平行四边形定则. 电场力做功与电势能 1.电场力做功的特点(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,可见电场力做功与重力做功相似.(2)在匀强电场中,电场力做的功W =Eqd ,其中d 为沿电场线方向的位移. 2.电势能(1)定义:电荷在电场中具有的势能.电荷在某点的电势能,等于把它从该点移到零势能位置时电场力所做的功.(2)电场力做功与电势能变化的关系电场力做的功等于电势能的减少量,即W AB =E p A -E p B .(3)电势能的相对性:电势能是相对的,通常把电荷在离场源电荷无限远处的电势能规定为零,或把电荷在大地表面上的电势能规定为零. 电势 1.电势(1)定义:电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值.(2)定义式:φ=E pq.(3)标矢性:电势是标量,其大小有正负之分,其正(负)表示该点电势比电势零点高(低). (4)相对性:电势具有相对性,同一点的电势因零电势点的选取的不同而不同. (5)沿着电场线方向电势逐渐降低. 2.等势面(1)定义:电场中电势相等的各点构成的面. (2)特点①电场线跟等势面垂直,即场强的方向跟等势面垂直. ②在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. ⑤任意两等势面不相交.深化拓展 (1)电势是描述电场本身的能的性质的物理量,由电场本身决定,而电势能反映电荷在电场中某点所具有的电势能,由电荷与电场共同决定.(2)φ=E pq或E p =φq .电势差1.电势差:电荷q 在电场中A 、B 两点间移动时,电场力所做的功W AB 跟它的电荷量q 的比值,叫做A 、B 间的电势差,也叫电压.公式:U AB =W ABq.单位:伏(V).2.电势差与电势的关系:U AB =φA -φB ,电势差是标量,可以是正值,也可以是负值,而且有U AB =-U BA .3.电势差U AB 由电场中A 、B 两点的位置决定,与移动的电荷q 、电场力做的功W AB 无关,与零电势点的选取也无关.4.电势差与电场强度的关系:匀强电场中两点间的电势差等于电场强度与这两点沿电场线方向的距离的乘积.即U =Ed ,也可以写作E =Ud.第二部分 “轨迹问题”“轨迹问题”是高考常考题型之一,其基本模型为匀强电磁或非匀强电场中已知某带电粒子的轨迹,求带电性、电场线方向、电势电势能动能变化等问题。
§2 电场的能的性质一、电势1.电势:电场中某点的电势,等于单位正电荷由该点移动到参考点(零电势点)时电场力所做的功。
电势用字母φ表示。
①表达式:qW AOA =ϕ 单位:伏特(V ),且有1V=1J/C 。
②意义:电场中某一点的电势在数值等于单位电荷在那一点所具有的电势能。
③相对性:电势是相对的,只有选择零电势的位置才能确定电势的值,通常取无限远或地球的电势为零。
④标量:只有大小,没有方向,但有正、负之分,这里正负只表示比零电势高还是低。
⑤高低判断:顺着电场线方向电势越来越低。
二、等势面:电场中电势相等的点构成的面。
①意义:等势面来表示电势的高低。
②典型电场的等势面:ⅰ匀强电场; ⅱ点电荷电场; ⅲ等量的异种点电荷电场; ⅳ等量的同种点电荷电场。
③等势面的特点: ⅰ同一等势面上的任意两点间移动电荷电场力不做功;ⅱ等势面一定跟电场线垂直; ⅲ电场线总是从电势较高的等势面指向电势较低的等势面。
三、电势差1.电势差:电荷q 在电场中由一点A 移动到另一点B 时,电场力所做的功W AB 与电荷量的q 的比值。
U AB =qW AB注意:电势差这个物理量与场中的试探电荷无关,它是一个只属于电场的量。
电势差是从能量角度表征电场的一个重要物理量。
电势差也等于电场中两点电势之差①BA AB A B BA B A AB U U U U -=⎭⎬⎫-=-=ϕϕϕϕ②电势差由电场的性质决定,与零电势点选择无关。
2.电场力做功:在电场中AB 两点间移动电荷时,电场力做功等于电量与两点间电势差的乘积。
W AB = q •U AB 注意: ①该式适用于一切电场; ②电场力做功与路径无关③利用上述结论计算时,均用绝对值代入,而功的正负,借助于力与移动方向间关系确定。
四、电势能1.定义:因电场对电荷有作用力而产生的由电荷相对位置决定的能量叫电势能。
2.电势能具有相对性,通常取无穷远处或大地为电势能的零点。