高中物理竞赛静电场讲义
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一、电场
1.电场的概念
19世纪30年代,法拉第提出一种观点,认为电荷间的作用不是超距的,而是通过场来传递。
电场是存在于电荷周围,传递电荷之间相互作用的特殊媒介物质。电荷间的作用总是通过电场进行的。虽然看不见摸不着也无法称量,但电场是客观存在的,只要电荷存在它周围就存在电场。
2.电场具有能量和动量。
3.电场力
电场对放入其中的电荷(不管是运动的还是静止的)有力的作用,称为电场力。
4.静电场
静止的电荷周围存在的电场称为静电场(运动的电荷或变化的磁场产生的电场称为涡旋电场)。
二、电场强度
1.定义:放入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,简称场强。单位:N/C或V/m
2.公式:E=Fq,这是电场强度的定义式,适用于一切电场
3.方向:规定正电荷所受电场力的方向为该点的场强方向,负电荷所受电场力的方向与该点的场强方向相反。 第三部分 电场强度 4.物理意义:描述该处电场的强弱和方向,是描述电场力的性质的物理量,场强是矢量。
★特别提示:电场强度是电场本身的属性,与放在电场中的电荷无关,不能根据定义式就说E与F成正比、与q成反比。
三、常见电场的电场强度
1.点电荷电场
E=Fq,F=2kQqr,故E=2kQr,与场源点电荷距离越大,电场强度越小,正点电荷形成的电场方向从场源点电荷指向外,负点电荷形成的电场方向指向场源点电荷。
2.匀强电场
电场强度处处大小相等、方向相同
四、电场线
1.概念:为了直观形象地描述电场中各点的强弱及方向,在电场中画出一系列曲线,曲线上各点的切线方向表示该点的场强方向,曲线的疏密表示电场的强弱。
2.电场线特点
(1)电场线是人们为了研究电场而假想出来的,实际电场中并不存在。
(2)静电场的电场线总是从正电荷(或无穷远处)出发,到负电荷(或无穷远处)终止,不是闭合曲线。这一点要与涡旋电场的电场线以及磁感线区别。
(3)电场中的电场线永不相交。
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目录
最新高中物理竞赛讲义(完整版) ........................................................ 1
第0部分 绪言 ..................................................................................... 5
一、高中物理奥赛概况 .................................................................... 5
二、知识体系 ................................................................................... 5
第一部分 力&物体的平衡 .................................................................. 6
第一讲 力的处理 .............................................................................. 6
第二讲 物体的平衡 .......................................................................... 8
第三讲 习题课 ................................................................................. 9
第四讲 摩擦角及其它 .................................................................... 13
1 高二物理竞赛(6) 静电场、稳恒电流和物质的导电性
班级:_____________ 姓名:_________________ 座号:_____________
一、如图1所示,电阻R1=R2=1kΩ,电动势E=6V,两个相同的二极管D串联在电路中,二极管D的ID-UD特性曲线如图2所示。试求:
(1)通过二极管D的电流;
(2)电阻R1消耗的功率。
二、某些非电磁量的测量是可以通过一些相应的装置转化为电磁量来测量的。一平板电容器的两个极扳竖直放置在光滑的水平平台上,极板的面积为S,极板间的距离为d。极板1固定不动,与周围绝缘;极板2接地,且可在水平平台上滑动并始终与极板1保持平行。极板2的两个侧边与劲度系数为k、自然长度为L的两个完全相同的弹簧相连,两弹簧的另一端固定。图1是这一装置的俯视图。先将电容器充电至电压U后即与电源断开,再在极板2的右侧的整个表面上施以均匀的向左的待测压强P;使两极板之间的距离发生微小的变化,如图2所示。测得此时电容器的电压改变量为ΔU。设作用在电容器极板2上的静电作用力不致引起弹簧的可测量到的形变,试求待测压强P。 图1 图2
图1 图2 2 三、两块竖直放置的平行金属大平板A、B,相距d,两极间的电压为U。一带正电的质点从两板间的M点开始以竖直向上的初速度v0运动,当它到达电场中某点N点时,速度变为水平方向,大小仍为v0,如图所示。求M、N两点问的电势差。(忽略带电质点对金属板上电荷均匀分布的影响)
四、测定电子荷质比(电荷q与质量m之比q/m)的实验装置如图所示。真空玻璃管内,阴极K发出的电子,经阳极A与阴极K之间的高电压加速后,形成一束很细的电子流,电子流以平行于平板电容器极板的速度进入两极板C、D间的区域。若两极板C、D间无电压,则离开极板区域的电子将打在荧光屏上的O点;若在两极板间加上电压U,则离开极板区域的电子将打在荧光屏上的P点;若再在极板间加一方向垂直于纸面向外、磁感应强度为B的匀强磁场,则打到荧光屏上的电子产生的光点又回到O点。现已知极板的长度l=5.00cm,C、D间的距离d=1.50cm,极板区的中点M到荧光屏中点O的距离为L=12.50cm,U=200V,P点到O点的距离cm0.3OPy,B=6.3×10-4T。试求电子的荷质比。(不计重力影响)
高中物理静电场知识点
高中物理静电场知识点
【要点解读】
1.库仑定律适用条件的三点理解
(1)对于两个均匀带电绝缘球体,可以将其视为电荷集中于球心的点电荷,r为两球心之间的距离。
(2)对于两个带电金属球,要考虑金属球表面电荷的重新分布。
(3)不能根据公式错误地推论:当r→0时,F→∞。其实,在这样的条件下,两个带电体已经不能再看成点电荷了。
2.应用库仑定律的四条提醒
(1)在用库仑定律公式时,无论是正电荷还是负电荷,均代入电荷量的绝对值。
(2)作用力的方向判断根据:同性相斥,异性相吸,作用力的方向沿两电荷连线方向。
(3)两个点电荷间相互作用的库仑力满足牛顿第三定律,大小相等、方向相反。
(4)库仑力存在极大值,由公式可以看出,在两带电体的间距及电荷量之和一定的条件下,当q1=q2时,F最大。
重点2 电场强度电场线
【要点解读】
1.电场强度三个表达式的比较
表达式比较
E=
E=k
E=
公式意义
电场强度定义式
真空中点电荷的电场强度决定式
匀强电场中E与U的关系式
适用条件 一切电场
①真空
匀强电场
②点电荷
决定因素
由电场本身决定,与检验电荷q无关
由场源电荷Q和场源电荷到该点的距离r共同决定
由电场本身决定,d为两点沿电场方向的距离
2.电场的叠加
(1)叠加原理:多个电荷在空间某处产生的电场为各电荷在该处所产生的电场强度的矢量和。
(2)运算法则:平行四边形定则。
3.计算电场强度常用的五种方法
(1)电场叠加合成法。(2)平衡条件求解法。(3)对称法。(4)补偿法。(5)等效法。
4.电场线的三个特点
(1)电场线从正电荷或无限远处出发,终止于无限远或负电荷处;
(2)电场线在电场中不相交;
(3)在同一幅图中,电场强度较大的地方电场线较密,电场强度较小的地方电场线较疏。
5.六种典型电场的电场线
【规律总结】电场线与带电粒子在电场中运动轨迹的关系