约30600字。
第十章 电场
大纲要求:
1.两种电荷、电荷守恒 Ⅰ
2.真空中的库仑定律、电荷量 Ⅱ
3.电场、电场强度,电场线、点电荷的场强,匀强电场,电场强度的叠加 Ⅱ
4.电势能,电势差,电势,等势面 Ⅱ
5.匀强电场中电势差跟电场强度的关系 Ⅱ
6.静电屏蔽 Ⅰ
7.带电粒子在匀强电场中的运动 Ⅱ
8.示波管,示波器及其应用 Ⅰ
9.电容器的电容,平行板电容器的电容 Ⅱ
10.常用的电容器 Ⅰ
按照考纲的要求,本章内容可以分成三部分,即:电场的力的性质;电场的能的性质;带电粒子在电场中的运动。其中重点是对电场基本性质的理解、熟练运用电场的基本概念和基本规律分析解决实际问题。难点是带电粒子在电场中的运动。
第一单元:电场力的性质
知识目标
一、电荷、电荷守恒定律
1、两种电荷:用毛皮摩擦过的橡胶棒带负电荷,用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电荷。
2、元电荷:一个元电荷的电量为1.6×10-19C,是一个电子所带的电量。
说明:任何带电体的带电量皆为元电荷电量的整数倍。
3、起电:使物体带电叫起电,使物体带电的方式有三种①摩擦起电,②接触起电,③感应起电。
4、电荷守恒定律:电荷既不能创造,也不能被消灭,它们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,系统的电荷总数是不变的.
注意:电荷的变化是电子的转移引起的;完全相同的带电金属球相接触,同种电荷总电荷量平均分配,异种电荷先中和后再平分。
二、库仑定律
1. 内容:真空中两个点电荷之间相互作用的电力,跟它们的电荷量的乘积成正比,跟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=kQ1Q2/r2 k=9.0×109N•m2/C2
3.适用条件:(1)真空中; (2)点电荷.
点电荷是一个理想化的模型,在实际中,当带电体的形状和大小对相互作用力的影响可以忽略不计时,就可以把带电体视为点电荷.(这一点与万有引力很相似,但又有不同:对质量均匀分布的球,无论两球相距多近,r都等于球心距;而对带电导体球,距离近了以后,电荷会重新分布,不能再用球心距代替r)。点电荷很相似于我们力学中的质点.
注意:①两电荷之间的作用力是相互的,遵守牛顿第三定律
②使用库仑定律计算时,电量用绝对值代入,作用力的方向根据“同种电荷互相排斥,异种电荷互相吸引”的规律定性判定。
【例1】在光滑水平面上,有两个带相同电性的点电荷,质量m1=2m2,电量q1=2q2,当它们从静止开始运动,m1的速度为v时,m2的速度为 ;m1的加速度为a时,m2的加速度为 ,当q1、q2相距为r时,m1的加速度为a,则当相距2r时,m1的加速度为多少?
解析:由动量守恒知,当m1的速度为v时,则m2的速度为2v,由牛顿第二定律与第三定律知:当m1的加速度为 a时,m2的加速度为2a.
由库仑定律知:a= /m,a/= /m,由以上两式得a/=a/4 答案:2v,2a,a/4
点评:库仑定律中的静电力(库仑力)是两个电荷之间的作用力,是作用力与反作用力,大小相同,方向相反,在同一直线上,作用在两个物体上,二力属同种性质的力,而且同时产主同时消失。
三、电场:
1、存在于带电体周围的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。
2、电场的基本性质是对放入其中的电荷有力的作用。
3、电场可以由存在的电荷产生,也可以由变化的磁场产生。
四、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跟它的电量q的比值叫做该点的电场强度,表示该处电场的强弱
2.表达式:E=F/q 单位是:N/;
E=kQ/r2(导出式,真空中的点电荷,其中Q是产生该电场的电荷)
E=U/d(导出式,仅适用于匀强电场,其中d是沿电场线方向上的距离)
3.方向:与该点正电荷受力方向相同,与负电荷的受力方向相反;电场线的切线方向是该点场强的方向;场强的方向与该处等势面的方向垂直.
4.在电场中某一点确定了,则该点场强的大小与方向就是一个定值,与放入的检验电荷无关,即使不放入检验电荷,该处的场强大小方向仍不变,这一点很相似于重力场中的重力加速度,点定则重力加速度定,与放入该处物体的质量无关,即使不放入物体,该处的重力加速度仍为一个定值.
5、电场强度是矢量,电场强度的合成按照矢量的合成法则.(平行四边形法则和三角形法则)
6、电场强度和电场力是两个概念,电场强度的大小与方向跟放入的检验电荷无关,而电场力的大小与方向则跟放入的检验电荷有关,
五、电场线:
是人们为了形象的描绘电场而想象出一些线,客观并不存在.
1.切线方向表示该点场强的方向,也是正电荷的受力方向.
2.从正电荷出发到负电荷终止,或从正电荷出发到无穷远处终止,或者从无穷远处出发到负电荷终止.
3.疏密表示该处电场的强弱,也表示该处场强的大小.
4.匀强电场的电场线平行且距离相等.
5.没有画出电场线的地方不一定没有电场.
6.顺着电场线方向,电势越来越低.
7.电场线的方向是电势降落陡度最大的方向,电场线跟等势面垂直.
8.电场线永不相交也不闭合,
9.电场线不是电荷运动的轨迹.
【例2】在匀强电场中,将质量为m,带电量为q的小球由静止释放,带电小球的运动轨迹为一直线,该直线与竖直方向的夹角为θ,如图所示,则电场强度的大小为( B )
A.有唯一值mgtanθ/q ; B.最小值是mgsinθ/q;
C•最大值mgtanθ/q; D•mg/q
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