高考物理電磁學專題基礎知識經典收藏

2022-03-11 23:17:19 字數 5076 閱讀 3798

電場知識要點:

(1)電場強度e和電勢u均是場的自身性質,與檢驗電荷存在與否無關。電容量c是電容器的自身性質,與是否帶電無關。用比值法定定義:只是定義式,量度式,不是決定式。

(2)理解分式含義,注意公式的適用條件:,是普遍適用的;是電量為q的場電荷(點電荷)在距其r處的場強公式;,沿場強方向單位長度上的電勢降落在數值上等於場強,只適用於勻強電場。電場力做功。

是普遍適用的,而只適用於勻強電場中。

(3)帶電粒子在電場中的平衡,加速和偏轉等問題都是力學和電場知識的綜合應用,從力的角度認識問題要注意電場力的特點,從功和能的角度認識問題要注意電場力做功的特點和電勢能跟其它形式能的轉化關係。

電荷及電荷守恆定律

①電荷是物質的一種固有屬性,自然界中只有存在正負兩種電荷,失去部分電子時物體帶正電,獲得部分電子時物體帶負電,帶有多餘正電荷或負電荷的物體叫帶電體,習慣上有時把帶電體叫做電荷,

靜止電荷在周圍空間產生靜電場,運動電荷除了產生電場之外還產生磁場,因此靜止或運動電荷都會受到電場力作用,只有運動電荷才能受到磁場作用。

電荷的多少叫電量。基元電荷e = 1.6×10--19c,

②使物體帶電也叫起電。使物體帶電的方法有三種、即摩擦起電、接觸起電和感應起電,

③電荷守恆定律:物理學的基本定律之一。在與外界沒有電荷交換的系統內,總電荷量不變。

電荷的總量既不能創造,也不能消失,只能從乙個物體轉移到另乙個物體,或者從物體的乙個物體轉移到另一部分。電荷守恆定律是從大量實驗概括得出的自然界的基本規律,對巨集觀現象、微觀現象都適用,對所有慣性參考係都適用。

庫侖定律:在真空中兩個點電荷間的作用力跟它們的電量乘積成正比,跟它們間距離的平方成反比,作用力的方向在它們的連線上。數學表示式為,其中k叫靜電力常量k = 9.

0×109nm2/c222。

庫侖定律的適用條件是:點電荷;點電荷靜止;點電荷在真空中。在空氣中庫侖定律近似成立。

靜止點電荷對運動點電荷的作用力,可以用庫侖定律計算,但運動電荷對靜止點電荷的作用力一般不能用庫侖定律計算。點電荷的相互作用實質是通過電場來實現的。

電場強度:電場是電磁場的乙個方面,是一種物體,電場的基本特性是對靜止或運動電荷有作用力。電場有兩種,一種是電荷激發的電場,靜止電荷激發的電場叫靜止場。

另一種是變化磁場激發的電場,本章只研究靜電場。

電場強度是描述電場力的特性的物理量。在電場中放乙個檢驗電荷q,它所受到的電場力f跟它所帶電量的比值f/q叫做這個位置上的電場強度。定義式e = f/q。

場強是向量,規定正電荷受電場力的方向為該點場強方向,負電荷負電場力方向與該點場強方向相反。

求場強大小的幾種方法:

①運用場強定義式e = f/q,它適用於所有的電場。

②真空中點電荷場強決定式(q為場電荷)。

③勻強電場中場強與電勢差的關係。

④運用電場線或等勢面的疏密。

電場線:為了直觀形象地描述電場中各點強弱及方向、在電場中畫出一系列曲線,曲線上各點的切線方向表示該點場強方向,曲線的疏密表示電場的強弱。電場線的特點:

①始於正電荷(或無窮遠),終於負電荷(或無窮遠)。

②任意兩條電場線都不相交。

要熟悉下面幾種電場的電場線分布:(1)孤立正、負點電荷電場;(2)等量異種點電荷電場;(3)等量同種點電荷電場,(4)勻強電場。

對上述概念和定律要注意以下問題:

①注意庫侖定律的適用條件,例如半徑為r的金屬球使兩球邊緣相距r,今使兩球帶上等量異種電荷q,設兩電荷間庫侖力大小為f,比較f與的關係(如圖1所示),由於兩球心間距3r不是遠大於r,故不能當點電荷集中於球心處理,實際由於相互吸引,使電荷分布在靠近二者的球面處,兩部分電荷距離小於3r,所以。

②要正確理解場強定義式,場強大小和方向是由電場本身決定的,與放不放檢驗電荷q無關,既不能認為e與f成正比,也不能認為e與q成反比。

③電場只能描述電場方向及定性描述電場強弱,並不是帶電粒子在電場中運動的軌跡,帶電粒子在電場中的運動軌跡由帶電粒子受到的合外力情況和初速度情況決定。

電勢能:由電荷和電荷在電場中相對位置決定的能量叫電勢能,電勢能具有相對性,通常取無窮遠處或大地為電勢能的零點,正是因為它的相對性,所以使得實際應用意義不大,而經常用的是電勢能的變化。根據功能關係可知:

電場力做正功,電荷電勢能減少;電荷克服電場力做功,電荷的電勢能增加。電勢能變化的數值等於電場力對電荷做功的數值。這常是判斷電荷電勢能如何變化的依據。

電勢、電勢差

電勢是描述電場能的性質的物理量,在電場中某位置放一檢驗電荷q,若它具有電勢能,則比值/q叫做該位置的電勢。

電勢也具有相對性,通常取電場無窮遠處或大地的電勢為零電勢。這樣可以得出乙個重要結論:正點電荷電場各點電勢均為正值,負點電荷電場中各點電勢均為負值。

電場中兩點電勢的差值叫電勢差,依照課本要求,電勢差都取絕對值,知道了電勢差的絕對值,要比較哪個點電勢高,需要根據電場力對電荷做的正負來判斷,或者是由這兩點在電場線上的位置判斷,因為沿電場線方向電勢不昕降低。

等勢面,電勢相等的點組成的面叫等勢面,等勢面是研究電場中各點電勢情況的重要形象描述方法,等勢面有以下特點:

①等勢面l各點電勢相等,在等勢面上移動電荷電場力不做功。

②等勢面一定和電場線垂直,而且電場線總是由電勢較高的等勢面指向電勢較低的等勢面。

③規定畫等勢面(線)時,相鄰的等勢面(或線)間電勢差相等,這樣,在等勢面密的地方場強大,等勢面疏的地方場強小。

靜電感應:把金屬導體放在外電場e中,由於導體內自由電子受電場力作用而定向運動,使導體的兩個端麵出現等量異種電荷的現象。

靜電平衡,發生靜電感應的導體兩端面感應電荷形成乙個附加電場e ,當附加電場與外電場完全抵消時,即e = e時,自由電子的定向運動停止,這時的導體處於靜電平衡狀態。

處於靜電平衡態的導體有以下特點:

①導體內部場強處為零,電場線在導體內部中斷。

②導體是個等勢體,表面是乙個等勢面。

③導體表面任一點的場強方向跟該點的表面垂直。

④導體所帶的淨電荷全部分布在等導體的外表面上,具體分布情況由表面曲率決定,一般尖端部分電荷密度大。

應該注意靜電感應與感應起電的區別和聯絡,感應起電是運用靜電感應現象使物體起電的一種方法,而靜電感應則是電場中導體兩端暫時出現等量相反電荷的現象。

電容:兩個彼此絕緣,而又相互靠近的導體,就組成乙個電容器,表示電容器容納電荷本領的物理量叫電容,電容的定義式是,平行板電容器電容的決定式是(不要求用此公式計算問題)。

對平行板電容器有關參量q、e、u、c的討論要注意先確定不變的參量,一般有下面兩種情況:

①保持兩板與電源相連,則電容器兩板間的電壓u不變。

②充電後斷開電源,則電容器的帶電量q不變。應該注意平行板電容器兩板帶等量相反電荷。q是指乙個極板的電量。

帶電粒子在電場中的運動,與前幾章內容相比就是帶電粒子在電場中多受了乙個電場力,具有了電勢能。因此帶電粒子在電場中的運動其研究方法與前幾章運動學和動力學的研究方法是相同的,其特殊性將在典型例題中,結合具體問題進行介紹。

靜電場知識要點:

一、庫侖定律:

庫侖定律是靜電學的理論基礎,推而廣之是整個電學的理論基礎,所以從理論體系的角度來講,庫侖定律具有非常重要的基礎地位。

但是由於庫侖定律在公式形式上與萬有引力定律十分相似,所以庫侖定律的學習和應用卻不困難。我們在應用時只要注意它的適用條件即可,庫侖定律的適用條件是:必須在真空中,點電荷之間才能應用庫侖定律,如果不是點電荷,它們之間的作用力的計算較為複雜,絕對不能簡單地應用庫侖定律進行計算,例如平行板電容器帶電後,兩極板間有靜電引力的作用,而這個靜電引力就不能簡單地應用庫侖定律進行計算。

二、靜電感應和靜電平衡

導體在電場中要發生靜電感應現象,靜電感應的最後結局是靜電平衡,當導體在電場中達到靜電平衡後,具有四個特點:

(1)處於靜電平衡狀態的導體,內部的場強必定處處為零。(如果導體內部有空腔,而空腔內又沒有引入其它電荷,則導體內部的空腔內的場強也處處為零)

(2)處於靜電平衡狀態的導體如果帶有電荷,淨電荷分布於導體的外表面,導體內部沒有淨電荷。(如果導體內部有空腔,而空腔內又沒有引入其它電荷,則導體的內表面,沒有淨電荷分布)

所謂「淨電荷」並不是指「靜電荷」。我們知道金屬導體中有大量的自由電子,它們帶有負電荷,還有很多失去外層電子的正離子,它們帶有正電荷。這些都可以叫「靜電荷」但是當導體不帶電時,導體的正負電荷數是相等的。

我們說導體不帶有「淨電荷」,當我們用某種方式使導體的自由電子數減少,這時導體就具有了多餘的正電荷,我們就說導體帶有正的「淨電荷」。反之就說導體帶有負的「淨電荷」。可見所謂「淨電荷」是指導體的正負電荷之差。

(3)處於靜電平衡狀態的導體是個等勢體,導體表面是個等勢面。(如果導體內部有空腔,而空腔內沒有引入其它電荷,則導體內部的空腔內也是乙個等勢體,並且空腔內電勢與導體內電勢相同)。

(4)處於平衡狀態的導體,表面的電力線垂直於導體表面。

上述關於導體處於靜電平衡狀態時的四條特點是我們解關於電場中的導體問題的根據。

三、靜電場和靜電場中電荷的有關物理量,及這些物理量之間的關係。

這部分內容是電場一章的最重要內容,關於這部分內容我們繪製了乙個圖。在此圖中有六個物理量,分別畫在六個方框內,這六個物理量之間的關係分別寫在各方框之間的連線上。

這個**,可以左右分割成兩部分,左半部分都是描述電場的物理量,它們與放入電場中的電荷無關,而右半部分的三個物理量都是由電場和電場中的電荷共同決定的。

此表還可以上下分割成兩部分,上面兩個方框描述了電場的力的特性,而下面四個方框描述了電場的能的特性。

在這個**中最不好理解的物理量是電勢和電勢差u 。我們可以模擬重力場來討論這兩個物理量。電場跟重力場因為都有勢能,因此它們十分相似,電場中所有物理量,都可以在重力場中找到它們的影子。

從原理上講,電場中的電勢,對應重力場中的,電場中的電勢差u對應重力場中的,在電場中電勢差u是極易測量的量,它對我們討論電場帶來很多方便,因此我們引入了物理量電勢差u,而在重力場中,對重力的討論意義不大,因此我們就沒有引入這個與電勢差相對應的物理量,儘管在重力場中9並沒有引入物理量,但是由於我們對重力場討論得比較深刻,因此與電勢差u相比較,我們更容易理解,因此用這種模擬方法進行討論會幫助我們理解電勢和電勢差u這兩個物理量。

以上說的是從原理上講電場和重力場中這兩對物理量的對應關係。但是為了方便,我們可以把電場中的電勢和電勢差u對應重力場中的高度和高度差由這個對應關係可以盾出,電勢差u寫作似乎更合理些。事實確實如此,電勢差寫作,更有助於人們(初學者)對電勢差的理解,但是由於電勢差這個物理量在電場的討論中,應用極為頻繁,為了簡單(因為符號「」表示乙個物理量兩個數值之差而很多人對此並不理解)人們就把電勢差寫作,或者更簡單直接寫作u 。

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