高二物理總復習學案-選修3-1電場

物理選修3-1第一章電場第一節(jié)電荷電荷間的相互作用一、電荷守恒定律在初中的學習中，我們已經(jīng)知道，自然界存在兩種電荷，叫做正電荷與負電荷。用毛皮摩擦橡膠棒，用絲綢摩擦有機玻璃棒后，橡膠棒帶負電，毛皮帶正電，有機玻璃棒帶正電，絲綢帶負電。物體帶電后，能吸引輕小物體，而且?guī)щ娫蕉?，吸引力就越大。在實踐中使物體帶電有三種方式：1、起電的方法（1）、摩擦起電：實質(zhì)是；（2）、接觸起電：實質(zhì)是；（3）、感應起電：實質(zhì)是。2、電荷守恒定律：電荷既不能被創(chuàng)造，也不能被消滅，它們只能從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，或者從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分；在轉(zhuǎn)移的過程中，電荷的總量不變。二、元電荷：電荷的多少叫電量，電量的單位是庫侖。電子帶有最小的負電荷，質(zhì)子帶有最小的正電荷，它們電量的絕對值相等，一個電子電量e=1.6×10-19C。任何帶電物體所帶電量要么等于電子（或質(zhì)子）電量，要么是它們的整數(shù)倍，因此，把1.6×10－19C三、庫侖定律1、實驗：如圖2，先把表面光滑潔凈的絕緣導體放在A處，然后把鋁箔包好的草球系在絲線下，分別用絲綢摩擦過的玻璃棒給導體和草球帶上正電，把草球先后掛在P1、P2、P3的位置，帶電小球受到A的作用力的大小可以通過絲線對豎直方向的偏角大小顯示出來。觀察實驗發(fā)現(xiàn)帶電小球在P1、P2、P3各點受到的A的作用力依次減小；再增大絲線下端帶電小球的電量，觀察實驗發(fā)現(xiàn)，在同一位置小球受到的A的作用力增大了?？偨Y(jié)：電荷之間存在著相互作用力，力的大小與電量的大小、電荷間距離的大小有關，電量越大，距離越近，作用力就越大；反之電量越小，距離越遠，作用力就越小。作用力的方向，可用同種電荷相斥，異種電荷相吸的規(guī)律確定。2、庫侖定律法國物理學家?guī)靵?，他用精確實驗研究了電荷間的相互作用力，于1785年發(fā)現(xiàn)了后來用他的名字命名的庫侖定律。真空中兩個靜止電荷間的相互作用力，跟它們的電量的乘積成正比，跟它們間的距離的平方成反比，作用力的方向在它們的連線上，這就是庫侖定律。··rQ1Q2若兩個點電荷Q1，Q2靜止于真空中，距離為r，如圖所示，則Q1受到Q2的作用力F為式中F、Q1、Q2、r諸量單位都已確定，分別為牛（N）、庫（C）、庫（C）、米（m），由實驗可測得k=9．0×109··rQ1Q2Q1對Q2的作用力F12與Q2對Q1的作用力與F21互為作用力與反作用力，它們大小相等，方向相反，統(tǒng)稱靜電力，又叫庫侖力。什么是點電荷？簡而言之，帶電的質(zhì)點就是點電荷。點電荷的電量、位置可以準確地確定下來。點電荷也是理想化模型。真正的點電荷是不存在的，但是，如果帶電體間的距離比它們的大小大得多，以致帶電體的形狀和大小對相互作用力的影響可以忽略不計時，這樣的帶電體就可以看成點電荷。均勻帶電球體或均勻帶電球殼也可看成一個處于該球球心，帶電量與該球相同的點電荷。3、庫侖定律的應用例2．兩個正電荷q1與q2電量都是3C，靜止于真空中，相距r=2m。（1）在它們的連線AB的中點O放入正電荷Q，求Q受的靜電力。（2）在O點放入負電荷Q，求Q受的靜電力。（3）在連線上A點的左側(cè)C點放上負點電荷q3，q3=1C且AC=1m，求q3所受靜電力。例3．

兩個完全相同的均勻帶電小球，分別帶電量q1=2C正電荷，q2=4C負電荷，在真空中相距為r且靜止，相互作用的靜電力為F。（1）今將q1、q2、r都加倍，相互作用力如何變？（2）只改變兩電荷電性，相互作用力如何變？（3）只將r增大4倍，相互作用力如何變？（4）將兩個小球接觸一下后，仍放回原處，相互作用力如何變？（5）接上題，為使接觸后，靜電力大小不變應如何放置兩球？四、課堂小結(jié)：（1）電荷間相互作用規(guī)律：同性相斥，異性相吸，大小用庫侖定（2）電荷間作用力為一對相互作用力，遵循牛頓第三定律。（3）庫侖定律適用條件：真空中靜止點電荷間的相互作用力（均勻帶電球體間、均勻帶電球殼間也可）。第二節(jié)電場

電場強度一、電場（1）電荷之間的相互作用是通過特殊形式的物質(zhì)——電場發(fā)生的，電荷的周圍都存在電場.特殊性：不同于生活中常見的物質(zhì)，看不見，摸不著，無法稱量，可以疊加.物質(zhì)性：是客觀存在的，具有物質(zhì)的基本屬性——質(zhì)量和能量.（2）基本性質(zhì)：主要表現(xiàn)在以下幾方面①引入電場中的任何帶電體都將受到電場力的作用，且同一點電荷在電場中不同點處受到的電場力的大小或方向都可能不一樣；②電場能使引入其中的導體產(chǎn)生靜電感應現(xiàn)象；③當帶電體在電場中移動時，電場力將對帶電體做功，這表示電場具有能量?？梢姡妶鼍哂辛湍艿奶卣鞫?、電場強度（1）將同一個檢驗電荷q，分別放在電場中的不同點，它所受的電場力的大小和方向一般說來是不同的。（2）電場強度的定義：電場強度（簡稱場強）是描寫電場有關力的性質(zhì)的物理量，它是矢量。檢驗電荷在電場中某點所受電場力的大小F與檢驗電荷的電量q的比值F/q，叫做電場中該點的電場強度的大小，即：E=F/q方向：規(guī)定以正電荷所受的電場力的方向為該點的電場強度的方向。在國際單位制中，電場強度的單位是牛/庫。例1根據(jù)庫侖定律和電場強度的定義，推導場電荷為點電荷的電場強度的表達式。場強的唯一性和固定性電場中某一點處的電場強度E是唯一的，它的大小和方向與放入該點電荷q無關，它決定于電場的源電荷及空間位置，電場中每一點對應著的電場強度與是否放入電荷無關.二、電場的疊加電場強度的疊加原理：某點的場強等于該點周圍各個電荷單獨存在時在該點產(chǎn)生的場強的矢量和。例1在真空中有兩個點電荷Q1=＋3.0×10-8C和Q2=－3.0×10-8C，它們相距0.1m，求電場中A點的場強．A點與兩個點電荷的距離相等，r=0.1m第三節(jié)電場線一、電場線電場線是畫在電場中的一條條有方向的曲線，曲線上每點的切線方向表示該點的電場強度的方向。a、點電荷電場的電場線b、等量異號點電荷的電場線c、等量同號點電荷電場的電場線二、電場線的基本性質(zhì)a、電場線是假想的，不是真實的。b、電場線起于正電荷止于負電荷，電場線不閉合。對于單個點電荷，正電荷假想無窮遠處有負電荷，電場線終止于那里；負電荷同理。c、電場線的疏密表示電場的強弱。d、電場線不能相交。e、電場線不能相切。鞏固練習1．下列說法中正確的是：[]A．只要有電荷存在，電荷周圍就一定存在著電場B．電場是一種物質(zhì)，它與其他物質(zhì)一樣，是不依賴我們的感覺而客觀存在的東西C．電荷間的相互作用是通過電場而產(chǎn)生的，電場最基本的性質(zhì)是對處在它里面的電荷有力的作用2．下列說法中正確的是：[]A．電場強度反映了電場的力的性質(zhì)，因此場中某點的場強與檢驗電荷在該點所受的電場力成正比B．電場中某點的場強等于F/q，但與檢驗電荷的受力大小及帶電量無關C．電場中某點的場強方向即檢驗電荷在該點的受力方向D．公式E=F/q和E=kQ/r2對于任何靜電場都是適用的3．下列說法中正確的是：[]A．場強的定義式E=F/q中，F(xiàn)是放入電場中的電荷所受的力，q是放入電場中的電荷的電量B．場強的定義式E=F/q中，F(xiàn)是放入電場中的電荷所受的力，q是產(chǎn)生電場的電荷的電量C．在庫侖定律的表達式F=kq1q2/r2中kq2/r2是電荷q2產(chǎn)生的電場在點電荷q1處的場強大小，此場對q1作用的電場力F=q1×kq2/r2，同樣kq1/r2是電荷q1產(chǎn)生的電場在點電荷q2處的場強的大小，此場對q2作用的電場力F=q2×kq1/r2D．無論定義式E=F/q中的q值(不為零)如何變化，在電場中的同一點，F(xiàn)與q的比值始終不變4．在電場中某一點，當放入正電荷時受到的電場力向右，當放入負電荷時受到電場力向左，下列說法正確的是：[]A．當放入正電荷時，該點的場強向右，當放入負電荷時，該點的場強向左B．只有在該點放入電荷時，該點才有場強C．該點的場強方向一定向右D．以上說法均不正確5．真空中，兩個等量異種點電荷電量數(shù)值均為q，相距r．兩點電荷連線中點處的電場強度的大小為：[]A．kq/2r2B．2kq/r2C．4k/r2 D．8kq/r6．真空中，A，B兩點上分別設置異種點電荷Q1、Q2，已知兩點電荷間引力為10N，Q1=1.0×10-2C，Q2=2.0×10-2C．則Q2在A處產(chǎn)生的場強大小是________N/C，方向是_______；若移開Q2，則Q1在B處產(chǎn)生的場強的大小是________N/C，方向是第四節(jié)電勢能、電勢一、靜電力做功的特點結(jié)合課本圖1。4-1（右圖）分析試探電荷q在場強為E的均強電場中沿不同路徑從A運動到B電場力做功的情況。q沿直線從A到Bq沿折線從A到M、再從M到Bq沿任意曲線線A到B結(jié)果都一樣即：W=qELAM=qELABcos在任何電場中，靜電力移動電荷所做的功，與始末兩點的位置有關，與電荷的運動路徑無關。二、電勢能電勢能：由于移動電荷時靜電力做功與移動的路徑無關，電荷在電場中也具有勢能，這種勢能叫做電勢能。靜電力做功與電勢能變化的關系：靜電力做的功等于電勢能的變化量。寫成式子為：注意：①．電場力做正功，電荷的電勢能減??；電場力做負功，電荷的電勢能增加②．電場力力做多少功，電勢能就變化多少，在只受電場力作用下，電勢能與動能相互轉(zhuǎn)化，而它們的總量保持不變。③．在正電荷產(chǎn)生的電場中正電荷在任意一點具有的電勢能都為正，負電荷在任一點具有的電勢能都為負。在負電荷產(chǎn)生的電場中正電荷在任意一點具有的電勢能都為負，負電荷在任意一點具有的電勢能都為正。④．求電荷在電場中某點具有的電勢能電荷在電場中某一點A具有的電勢能EP等于將該點電荷由A點移到電勢零點電場力所做的功W的。即EP=W⑤．求電荷在電場中A、B兩點具有的電勢能高低將電荷由A點移到B點根據(jù)電場力做功情況判斷，電場力做正功，電勢能減小，電荷在A點電勢能大于在B點的電勢能，反之電場力做負功，電勢能增加，電荷在B點的電勢能小于在B點的電勢能。⑥．電勢能零點的規(guī)定 若要確定電荷在電場中的電勢能，應先規(guī)定電場中電勢能的零位置。關于電勢能零點的規(guī)定：P19（大地或無窮遠默認為零）所以：電荷在電場中某點的電勢能，等于靜電力把它從該點移動到零電勢能位置時電場力所有做的功。如上式若取B為電勢能零點，則A點的電勢能為：三．電勢---表征電場性質(zhì)的重要物理量度通過研究電荷在電場中電勢能與它的電荷量的比值得出。（1）定義：電荷在電場中某一點的電勢能與它的電荷量的比值，叫做這一點的電勢。用表示。標量，只有大小，沒有方向，但有正負。（2）公式：（與試探電荷無關）（3）單位：伏特（V）（4）電勢與電場線的關系：電勢順線降低。（電場線指向電勢降低的方向）（5）零電勢位置的規(guī)定：電場中某一點的電勢的數(shù)值與零電勢的選擇有關，即電勢的數(shù)值決定于零電勢的選擇．（大地或無窮遠默認為零）四．等勢面（1）定義：電場中電勢相等的點構成的面（2）等勢面的性質(zhì)：①．在同一等勢面上各點電勢相等，所以在同一等勢面上移動電荷，電場力不做功②．電場線跟等勢面一定垂直，并且由電勢高的等勢面指向電勢低的等勢面。③．等勢面越密，電場強度越大④．等勢面不相交，不相切（3）等勢面的用途：由等勢面描繪電場線。（4）幾種電場的電場線及等勢面注意：①等量同種電荷連線和中線上連線上：中點電勢最小中線上：由中點到無窮遠電勢逐漸減小，無窮遠電勢為零。②等量異種電荷連線上和中線上連線上：由正電荷到負電荷電勢逐漸減小。中線上：各點電勢相等且都等于零。鞏固練習：1.在電場中（）A.某點的電場強度大，該點的電勢一定高B.某點的電勢高，檢驗電荷在該點的電勢能一定大C.某點的場強為零，檢驗電荷在該點的電勢能一定為零D.某點的電勢為零，檢驗電荷在該點的電勢能一定為零2.下列幾種說法中正確的是（）A.從電場外移動一個單位正電荷到電場中某一點，電場對此電荷所做的功在數(shù)值上等于該點的電勢B.一個單位正電荷在電場力的作用下從電場中的一點移動到另一點，其電勢能的變化等于這兩點間的電勢之差C.將一電荷勻速地從電場中的一點移到另一點，外力所做的功等于該電荷電勢能的變化量D.在電場中電勢能越高處，電場強度一定越大3.關于場強與電勢的關系，下列說法正確的是（）A.場強相等的各點，電勢也一定相等B.電勢為零的位置，場強也一定為零C.電勢高的位置，場強一定大D.沿場強的反方向，電勢逐漸升高4.關于電場中的電場強度和電勢，下列說法正確的是（）A.電場強度大的地方，電勢一定高B.等勢面上各點的電場強度大小一定相等C.等勢面一定跟電場線垂直，即跟電場的方向垂直D.沿著電場線的方向，電勢越來越低5.a、b為電場中兩點，且a點電勢高于b點，則（）A.把負電荷從a點移到b點電場力做負功，電勢能增加B.把正電荷從a點移到b點電場力做正功，電勢能減少C.無論移動的是正電荷還是負電荷，電荷的電勢能都要減少D.以上說法都不對6.如圖所示，在場強為E的勻強電場中有相距為l的兩點A、B兩點，Q連線AB與電場線的夾角為θ，將一電荷量為q的正電荷從A點移到B點。若沿直線AB移動該電荷，電場力做功W1=______；若沿路徑ACB移動該電荷，電場力做功W2=______；若沿曲線ADB移動該電荷，電場力做功W3=______。由此可知，電荷在電場中移動時，電場力做功的特點是________________________。7.如圖所示,實線為一勻強電場的電場線，一個帶電粒子射入電場后，留下一條從a到b虛線所示的徑跡，重力不計，下列判斷正確的是（）A.b點電勢高于a點電勢B.粒子在a點的動能大于在b點的動能C.粒子在a點的電勢能小于在b點的電勢能D.場強方向向左8.有一帶電粒子沿圖中的AB曲線穿過一勻強電場，a、b、c。d均為勻強電場中的等勢面，且電勢Ua<Ub<Uc<Ud,若不計粒子所受重力,那么()A.粒子一定帶負電B.粒子的運動軌跡是拋物線C.從A點運動到B點粒子的電勢能增加D.粒子的動能和電勢能之和在運動過程中保持不變9．如圖，在真空中有兩個點電荷A和B，電量分別為－Q和＋2Q，它們相距L，如果在兩點電荷連線的中點O有一個半徑為r（2r＜L）的空心金屬球，且球心位于O點，則球殼上的感應電荷在O點處的場強大小_____方向____．10．如圖5所示，導體棒AB靠近帶正電的導體Q放置．用手接觸B端，移去手指再移去Q，AB帶何種電荷______．若手的接觸點改在A端，情況又如何______．11．有一絕緣空心金屬球A，帶有4×10-6C的正電荷，一個有絕緣柄的金屬小球B，帶有2×10-6C的負電荷．若把B球跟A球的內(nèi)壁相接觸，如圖6所示，則B球上電量為______C，A球上電量為_______C，分布在第五節(jié)電勢差與電場強度的關系一、電勢差如圖所示勻強電場E中AB間距離為d，電勢差為UAB，場強為E．把正電荷q從A點移到B時，電場力qE所做的功為W=qEd．利用電勢差和功的關系，這個功又可求得為W=qUAB，比較這兩個式子，可得W=qEd=qUAB，即：U=Ed在勻強電場中，沿場強方向的兩點間的電勢場等于場強和這兩點間距離的乘積．如圖所示設AD兩點間電勢差仍為U，設AD間距離s，與AB夾角，將正電荷從A移動到D，受電場力方向水平向右，與位移夾角，故電場力做功為W=Eqscosa，scosa=d，所以W=Eqscosa=Eqd,利用電勢差和功的關系，W=qU，比較這兩個式子可得U=Escosa=Ed．d為AB兩點間距離，也是AB所在等勢面間距離或者可以說是AD兩點間距離s在場強方向的投影．說明：1、U為兩點間電壓，E為場強，d為兩點間距離在場強方向的投影．2、由U=Ed，得E=U/d，可得場強的另一個單位：V/m所以場強的兩個單位伏／米，牛／庫是相等的。3、此公式只適用于勻強場．例1在勻強電場中如圖中所示分布著A、B、C三點．當把一個電量q=10-5C的正電荷從A沿AB線移到B時，電場力做功為零；從B移到C時，電場力做功為-1.73×10-3J

第六節(jié)帶電粒子在電場中的運動一．帶電粒子在電場中的運動情況（平衡、加速和減速）（1）若帶電粒子在電場中所受合力為零時，即∑F＝0時，粒子將保持靜止狀態(tài)或勻速直線運動狀態(tài)。例：帶電粒子在電場中處于靜止狀態(tài)，該粒子帶正電還是負電?（2）若∑F≠0（只受電場力）且與初速度方向在同一直線上，帶電粒子將做加速或減速直線運動。(變速直線運動)；打入正電荷（右圖），將做勻加速直線運動。設電荷所帶的電量為q，板間場強為E電勢差為U，板距為d,電荷到達另一極板的速度為v,則電場力所做的功為：粒子到達另一極板的動能為：由動能定理有：（或?qū)懔Γ├?/p>

一質(zhì)量為m，帶電量為+q的小球從距地面高h處以一定的初速度水平拋出。在距拋出點水平距離為l處，有一根管口比小球直徑略大的豎直細管，管的上口距地面高度為。為使小球能無碰撞的通過管子，可在管子上方的整個區(qū)域里加一個場強方向水平向左的磁場，如圖：求：（1）小球的初速度v；（2）電場強度E的大?。唬?）小球落地時的動能。二．帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)（類平拋運動）物體在只受重力的作用下，被水平拋出，在水平方向上不受力，將做勻速直線運動，在豎直方向上只受重力，做初速度為零的自由落體運動。物體的實際運動為這兩種運動的合運動。1．如圖所示，帶等量異種電荷的兩塊相互平行的金屬板AB、CD長都為L，兩板間距為d，其間為勻強電場，當兩極板電壓U0為時，有一質(zhì)量為m，帶電量為q的質(zhì)子緊靠AB板上的上表面以初速度V0射入電場中，設質(zhì)子運動過程中不會和CD相碰，求：V0CDBA當時，突然改變兩金屬板帶電性質(zhì)，且兩板間電壓為U1，①質(zhì)子恰能沿B端飛出電場，求電壓U1V0CDBA鞏固練習：1、靜止的電子在勻強電場中的A和B兩點間加速，電子從A到B的時間t1和到B點時的動量P與A和B兩點間電壓U的關系是()A、t與電壓U的平方根成反比，P與U的平方根成正比．B、t與電壓U反比，P與電壓U的平方根成正比．C、t與電壓U的平方成反比，P與電壓U成正比．D、t與電壓U的平方根成反比，P與電壓U的平方根成反比．2、靜止的質(zhì)子和電子通過相等的電壓加速后，電子和質(zhì)子獲得的動能分別為Eke和EkH出，獲得動量分別為pe和pH，則()A、Eke=EkH，pe<pHB、Eke<EkH，pe=pHC、Eke=EkH，pe>pHD、Eke>EkH，pe=pH3、A、B為兩位置固定的等量負電荷，一個質(zhì)子(重力可忽略)沿A、B連線的中垂線自很遠處的C點飛來，在飛至A、B連線的中點O過程中，質(zhì)子()A、加速度不斷增大．B、加速度先增大后減?。瓹、動能不斷增大，電勢能不斷減?。瓺、動能、電勢能不斷增大．4、氫的三種同位素氕氘氚的原子核以相同的初速度垂直進入同一勻強電場．離開電場時，末速度最大的是()A、氕按B、氘核C、氚核D、一樣大5、上題中三種粒子以相同的初動能垂直進入同一勻強電場．離開電場時，末動能最大的是（）ABCA、氕按B、氘核C、氚核ABC6、有三個質(zhì)量相等的分別帶正電、帶負電和不帶電的油滴，從水平放置的兩扳間以相同的水平速度Vo先后垂直射入勻強電場中，并分別落到負極板的A、B、C處．如圖18-1所示，由此可知落至A處的油滴_________；落至B處的油滴_________；落至C處的油滴_______(填“帶正電”“帶負電”或“不帶電”)dyU17、如圖18-2，初速度為0dyU1轉(zhuǎn)電場，離開電場時的偏移量是Y，偏轉(zhuǎn)板間距d，偏轉(zhuǎn)電壓為U2，板長為L，為了提高偏轉(zhuǎn)的靈敏度（每單位偏轉(zhuǎn)電壓引起的偏移量），可采用下列那些辦法（）A、增大偏轉(zhuǎn)電壓U2B、盡可能使板長L短一些C、盡可能使d小一些D、使加速電壓U1變大一些第八節(jié)平行板電容器一．電容器（1）構成：任何兩個彼此絕緣、相互靠近的導體可組成一個電容器，貯藏電量和能量。兩個導體稱為電容的兩極。欲使電容器儲存電荷，首先應對電容充電，充電后還能放電。（2）充放電①充電：使電容器兩極帶異號電荷的過程。帶電量Q增加，板間電壓U增加，板間場強增加，電能轉(zhuǎn)化為電場能②放電：使電容器兩極失去所帶電荷。帶電量Q減少，板間電壓U減少，板間場強減少，電場能轉(zhuǎn)化為電能（3）電容①定義：電容是描述電容器容納電量特性的物理量。它的大小可用電容器一極的帶電量與兩極板電勢差之比來量度。說明：對于給定電容器，相當于給定柱形水容器，C（類比于橫截面積）不變。這是量度式，不是關系式。在C一定情況下，Q=CU，Q正比于U。③單位：法拉（F）

1F=1C/V常用單位有微法（μ