高二物理知識點(diǎn):電學(xué)基礎(chǔ)知識
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高二物理知識點(diǎn):電學(xué)基礎(chǔ)知識
一、電場基本規(guī)律
1、庫侖定律
(1)定律內(nèi)容:真空中兩個靜止點(diǎn)電荷之間的相互作用力,與它們的電荷量的乘積成正比,與它們的距離的平方成反比,作用力的方向在它們的連線上。
(2)表達(dá)式:k=9.0×109N?m2/C2——靜電力常量
(3)適用條件:真空中靜止的點(diǎn)電荷。
2、電荷守恒定律:
電荷守恒電荷既不會創(chuàng)生,也不會消滅,它只能從一個物體轉(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)移過程中,電荷的總量保持不變。
(1)三種帶電方式:摩擦起電,感應(yīng)起電,接觸起電。
(2)元電荷:最小的帶電單元,任何帶電體的帶電量都是元電荷的整數(shù)倍,e=1.6×10-19C——密立根測得e的值。
二、電場能的性質(zhì)
1、電場能的基本性質(zhì):
電荷在電場中移動,電場力要對電荷做功。
2、電勢φ
(1)定義:電荷在電場中某一點(diǎn)的電勢能Ep與電荷量的比值。
(2)定義式:φ——單位:伏(V)——帶正負(fù)號計(jì)算
(3)特點(diǎn):
○電勢具有相對性,相對參考點(diǎn)而言。但電勢之差與參考點(diǎn)的選擇無關(guān)。
○電勢一個標(biāo)量,但是它有正負(fù),正負(fù)只表示該點(diǎn)電勢比參考點(diǎn)電勢高,還是低。
○電勢的大小由電場本身決定,與Ep和q無關(guān)。
○電勢在數(shù)值上等于單位正電荷由該點(diǎn)移動到零勢點(diǎn)時(shí)電場力所做的功。
(4)電勢高低的判斷方法
○根據(jù)電場線判斷:沿著電場線電勢降低。φA>φB
○根據(jù)電勢能判斷:
正電荷:電勢能大,電勢高;電勢能小,電勢低。
負(fù)電荷:電勢能大,電勢低;電勢能小,電勢高。
結(jié)論:只在電場力作用下,靜止的電荷從電勢能高的地方向電勢能低的地方運(yùn)動。
3、電勢能Ep
(1)定義:電荷在電場中,由于電場和電荷間的相互作用,由位置決定的能量。電荷在某點(diǎn)的電勢能等于電場力把電荷從該點(diǎn)移動到零勢能位置時(shí)所做的功。
(2)定義式:——帶正負(fù)號計(jì)算
(3)特點(diǎn):
○電勢能具有相對性,相對零勢能面而言,通常選大地或無窮遠(yuǎn)處為零勢能面。
○電勢能的變化量△Ep與零勢能面的選擇無關(guān)。
4、電勢差UAB
(1)定義:電場中兩點(diǎn)間的電勢之差。也叫電壓。
(2)定義式:UAB=φA-φB
(3)特點(diǎn):
○電勢差是標(biāo)量,但是卻有正負(fù),正負(fù)只表示起點(diǎn)和終點(diǎn)的電勢誰高誰低。若UAB>0,則UBA<0。
○單位:伏
○電場中兩點(diǎn)的電勢差是確定的,與零勢面的選擇無關(guān)
○U=Ed勻強(qiáng)電場中兩點(diǎn)間的電勢差計(jì)算公式。——電勢差與電場強(qiáng)度之間的關(guān)系。
5、靜電平衡狀態(tài)
(1)定義:導(dǎo)體內(nèi)不再有電荷定向移動的穩(wěn)定狀態(tài)
(2)特點(diǎn)
○處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體,內(nèi)部場強(qiáng)處處為零。
○感應(yīng)電荷在導(dǎo)體內(nèi)任何位置產(chǎn)生的電場都等于外電場在該處場強(qiáng)的大小相等,方向相反。
○處于靜電平衡狀態(tài)的整個導(dǎo)體是個等勢體,導(dǎo)體表面是個等勢面。
○電荷只分布在導(dǎo)體的外表面,在導(dǎo)體表面的分布與導(dǎo)體表面的彎曲程度有關(guān),越彎曲,電荷分布越多。
6、電場力做功WAB
(1)電場力做功的特點(diǎn):電場力做功與路徑無關(guān),只與初末位置有關(guān),即與初末位置的電勢差有關(guān)。
(2)表達(dá)式:WAB=UABq—帶正負(fù)號計(jì)算(適用于任何電場)
WAB=Eqd—d沿電場方向的距離。——勻強(qiáng)電場
(3)電場力做功與電勢能的關(guān)系
WAB=-△Ep=EpA-EPB
結(jié)論:電場力做正功,電勢能減少
電場力做負(fù)功,電勢能增加
7、等勢面:
(1)定義:電勢相等的點(diǎn)構(gòu)成的面。
(2)特點(diǎn):
○等勢面上各點(diǎn)電勢相等,在等勢面上移動電荷,電場力不做功。
○等勢面與電場線垂直
○兩等勢面不相交
○等勢面的密集程度表示場強(qiáng)的大小:疏弱密強(qiáng)。
○畫等勢面時(shí),相鄰等勢面間的電勢差相等。
(3)判斷電場線上兩點(diǎn)間的電勢差的大?。嚎拷鼒鲈?場強(qiáng)大)的兩間的電勢差大于遠(yuǎn)離場源(場強(qiáng)小)相等距離兩點(diǎn)間的電勢差。
三、電場力的性質(zhì)
1、電場的基本性質(zhì):
電場對放入其中電荷有力的作用。
2、電場強(qiáng)度E
(1)定義:電荷在電場中某點(diǎn)受到的電場力F與電荷的帶電量q的比值,就叫做該點(diǎn)的電場強(qiáng)度。
(2)定義式:E與F、q無關(guān),只由電場本身決定。
(3)電場強(qiáng)度是矢量:大小:單位電荷受到的電場力。
方向:規(guī)定正電荷受力方向,負(fù)電荷受力與E的方向相反。
(4)單位:N/C,V/m1N/C=1V/m
(5)其他的電場強(qiáng)度公式
○點(diǎn)電荷的場強(qiáng)公式:——Q場源電荷
○勻強(qiáng)電場場強(qiáng)公式:——d沿電場方向兩點(diǎn)間距離
(6)場強(qiáng)的疊加:遵循平行四邊形法則
3、電場線
(1)意義:形象直觀描述電場強(qiáng)弱和方向理性模型,實(shí)際上是不存在的。
(2)電場線的特點(diǎn):
○電場線起于正(無窮遠(yuǎn)),止于(無窮遠(yuǎn))負(fù)電荷
○不封閉,不相交,不相切
○沿電場線電勢降低,且電勢降低最快。一條電場線無法判斷場強(qiáng)大小,可以判斷電勢高低。
○電場線垂直于等勢面,靜電平衡導(dǎo)體,電場線垂直于導(dǎo)體表面
(3)幾種特殊電場的電場線
四、應(yīng)用——帶電粒子在電場中的運(yùn)動
(平衡問題,加速問題,偏轉(zhuǎn)問題)
1、基本粒子不計(jì)重力
但不是不計(jì)質(zhì)量,如質(zhì)子,電子,α粒子,氕,氘,氚,帶電微粒、帶電油滴、帶電小球一般情況下都要計(jì)算重力。
2、平衡問題:
電場力與重力的平衡問題。mg=Eq
3、加速問題
(1)由牛頓第二定律解釋,帶電粒子在電場中加速運(yùn)動(不計(jì)重力),只受電場力Eq,粒子的加速度為a=Eq/m,若兩板間距離為d,則
(2)由動能定理解釋,
可見加速的末速度與兩板間的距離d無關(guān),只與兩板間的電壓有關(guān),但是粒子在電場中運(yùn)動的時(shí)間不一樣,d越大,飛行時(shí)間越長。
4、偏轉(zhuǎn)問題——類平拋運(yùn)動
在垂直電場線的方向:粒子做速度為v0勻速直線運(yùn)動。
在平行電場線的方向:粒子做初速度為0、加速度為a的勻加速直線運(yùn)動
帶電粒子若不計(jì)重力,則在豎直方向粒子的加速度
帶電粒子做類平拋的水平距離,若能飛出電場水平距離為L,若不能飛出電場則水平距離為x
帶電粒子飛行的時(shí)間:t=x/v0=L/v0——————○1
粒子要能飛出電場則:y≤d/2————————○2
粒子在豎直方向做勻加速運(yùn)動:———○3
粒子在豎直方向的分速度:——————○4
粒子出電場的速度偏角:——————○5
由○1○2○3○4○5可得:
飛行時(shí)間:t=L/vO豎直分速度:
側(cè)向偏移量:偏向角:
飛行時(shí)間:t=L/vO
側(cè)向偏移量:y’=
偏向角:
在這種情況下,一束粒子中各種不同的粒子的運(yùn)動軌跡相同。即不同粒子的側(cè)移量,偏向角都相同,但它們飛越偏轉(zhuǎn)電場的時(shí)間不同,此時(shí)間與加速電壓、粒子電量、質(zhì)量有關(guān)。如果在上述例子中粒子的重力不能忽略時(shí),只要將加速度a重新求出即可,具體計(jì)算過程相同
五、電容器及其應(yīng)用
1、電容器充放電過程:
(電源給電容器充電)
充電過程S-A:電源的電能轉(zhuǎn)化為電容器的電場能
放電過程S-B:電容器的電場能轉(zhuǎn)化為其他形式的能
2、電容
(1)物理意義:表示電容器容納電荷本領(lǐng)的物理量。
(2)定義:電容器所帶電量Q與電容器兩極板間電壓U的比值就叫做電容器的電容。
(3)定義式:——是定義式不是決定式
——是電容的決定式(平行板電容器)
(4)單位:法拉F,微法μF,皮法pF
1pF=10-6μF=10-12F
(5)特點(diǎn)
○ 電容器的帶電量Q是指一個極板帶電量的絕對值。
○ 電容器的電容C與Q和U無關(guān),只由電容器本身決定。
○ 在有關(guān)電容器問題的討論中,經(jīng)常要用到以下三個公式和○3的結(jié)論聯(lián)合使用進(jìn)行判斷
○ 電容器始終與電源相連,則電容器的電壓不變。電容器充電完畢,再與電源斷開,則電容器的帶電量不變。