高中物理竞赛讲义-静电场的能量

高中物理竞赛讲义-静电场的能量
高中物理竞赛讲义-静电场的能量

静电场的能量

一、电容器的静电能

研究电容器的充电过程。

一开始电容器的电势差很小,搬运电荷需要做的功也很小,

充电后两板间电势差增加,搬运电荷越来越困难,需要做的功变

多。可以看成是一个变力(变电势差)做功问题。

图像法用面积表示做功。

画Q -U 图像还是U -Q 图像?

2

2111222Q E QU CU C

=== 电容器充电过程中,电荷和能量均由电源提供。

在电源内部,可以看成是正电荷从负极移动到正极。由于电源电动势(即电压)不变,克服电场力做功为:

W QU =

在电容器充电过程中电源消耗的能量和电容器增加的静电能不相等!

思考:两者是否一定是两倍的关系?

多余的电能消耗在电路中(定性解释)

例1、极板相同的两个平行板电容器充以相同的电量,第一个电容器两极板间的距离是第二个电容器的两倍。如果将第二个电容器插在第一个电容器的两极板间,并使所有极板都相互平行,问系统的静电能如何改变。

例2、平行板电容器C 接在如图所示电路中,接通电源充电,当电压达到稳定值U 0时,就下列两种情况回答,将电容C 的两极板的距离从d 拉到2d ,电容器的能量变化为多少?外力做功各是多少?并说明做功的正负

(1)断开电源开关.

(2)闭合电源开关.

例3、图中所示ad为一平行板电容器的两个极板,bc是一块长宽都与a 板相同的厚导体板,平行地插在a、d之间,导体板的厚度bc=ab=cd.极板a、d与内阻可忽略电动势为E的蓄电池以及电阻R相连如图.已知在没有导体板bc时电容器a、d的电容为C0 ,现将导体板bc抽走,设已知抽走导体板bc的过程中所做的功为A,求该过程中电阻R上消耗的电能.

例4、如图所示,电容器C可用两种不同的方法使其充电到

电压U=NE。(1)开关倒向B位置,依次由1至2至3??????

至N。(2)开关倒向A位置一次充电使电容C的电压达到

NE。试求两种方式充电的电容器最后储能和电路上损失的

总能量。(电源内阻不计)

例5、在图所示电路中,三个电容器C 1、C 2、C 3,的电容值均为C ,电源的电动势为E,R 1、R 2为电阻,S 为双掷开关.开始时,三个电容器都不带电,先接通S a .再接通S b .再接通S a ,再接通S b ……如此多次换向,并使每次接通前都已达到静电平衡.试求:

(1)当S 第n 次接通b 并达到平衡后,每个电容器两端的电压各是多少?

(2)当反复换向的次数无限增多时,在所有电阻上消耗的总电能是多少?

二、能量与能量密度

注意:电能是分布在空间中的电场所具有的,而不是带电体具有的。 平行板电容器(空气介质)的能量为:

2

2221111222424S E W QU CU E d V kd k

ππ==== 上式也可以写为:

W wV =

其中w 为能量密度:

2

124E w k

π= 此公式是普适的,对任何电场适用。(证明略)

对于非匀强电场,w 不是定值

W w V =?∑

例6、半径为R 的球面均匀带电,总电量为Q ,求整个空间内的静电能。

例7、已知球面均匀带电量Q,半径为R,试计算带电球面上的表面张力系数。

高考必备:高中物理电场知识点总结大全

高中物理电场知识点总结大全 1. 深刻理解库仑定律和电荷守恒定律。 (1)库仑定律: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。即: 其中k为静电力常量,k=9.0×10 9 N m2/c2 成立条件:①真空中(空气中也近似成立),②点电荷。即带电体的形状和大小对相互作用力的影响可以忽略不计。(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,不能再用球心间距代替r)。 (2)电荷守恒定律:系统与外界无电荷交换时,系统的电荷代数和守恒。 2. 深刻理解电场的力的性质。 电场的最基本的性质是对放入其中的电荷有力的作用。电场强度E是描述电场的力的性质的物理量。 (1)定义:放入电场中某点的电荷所受的电场力F跟它的电荷量q的比值,叫做该点 的电场强度,简称场强。这是电场强度的定义式,适用于任何电场。其中的q为试探电荷(以前称为检验电荷),是电荷量很小的点电荷(可正可负)。电场强度是矢量,规定其方向与正电荷在该点受的电场力方向相同。 (2)点电荷周围的场强公式是:,其中Q是产生该电场的电荷,叫场源电荷。 (3)匀强电场的场强公式是:,其中d是沿电场线方向上的距离。 3. 深刻理解电场的能的性质。 (1)电势φ:是描述电场能的性质的物理量。 ①电势定义为φ=,是一个没有方向意义的物理量,电势有高低之分,按规定:正电荷在电场中某点具有的电势能越大,该点电势越高。 ②电势的值与零电势的选取有关,通常取离电场无穷远处电势为零;实际应用中常取大地电势为零。

高中物理选修3-1电势能和电势知识点总结

高中物理选修3-1电势能和电势知识点总结 一、电势差:电势差等于电场中两点电势的差值。电场中某点的电势,就是该点相对于零势点的电势差。 (1)计算式 (2)单位:伏特(V) (3)电势差是标量。其正负表示大小。 二、电场力的功 电场力做功的特点: 电场力做功与重力做功一样,只与始末位置有关,与路径无关。 注意:系统性、相对性 2.电势能的变化与电场力做功的关系 (1)电荷在电场中具有电势能。 (2)电场力对电荷做正功,电荷的电势能减小。 (3)电场力对电荷做负功,电荷的电势能增大。 (4)电场力做多少功,电荷电势能就变化多少。 (5)电势能是相对的,与零电势能面有关(通常把电荷在离场源电荷无限远处的电势能规定为零,或把电荷在大地表面上电势能规定为零。) (6)电势能是电荷和电场所共有的,具有系统性。 (7)电势能是标量。 3.电势能大小的确定

电荷在电场中某点的电势能在数值上等于把电荷从这点移到电势能为零处电场力所做的功。 三、电势 电势:置于电场中某点的试探电荷具有的电势能与其电量的比叫做该点的电势。是描述电场的能的性质的物理量。其大小与试探电荷的正负及电量q均无关,只与电场中该点在电场中的位置有关,故其可衡量电场的性质。 单位:伏特(V)标量 1.电势的相对性:某点电势的大小是相对于零点电势而言的。零电势的选择是任意的,一般选地面和无穷远为零势能面。 2.电势的固有性:电场中某点的电势的大小是由电场本身的性质决定的,与放不放电荷及放什么电荷无关。 3.电势是标量,只有大小,没有方向.(负电势表示该处的电势比零电势处电势低.) 4.计算时EP,q,都带正负号。 5.顺着电场线的方向,电势越来越低。 6.与电势能的情况相似,应先确定电场中某点的电势为零.(通常取离场源电荷无限远处或大地的电势为零.) 三、等势面 1.等势面:电场中电势相等的各点构成的面。 2.等势面的特点 ①等势面一定跟电场线垂直,在同一等势面的两点间移动电荷,电场力不做功; ②电场线总是由电势高的等势面指向电势低的等势面,任意两个等势面都不会相交; ③等差等势面越密的地方电场强度越大。

高中物理竞赛教程:1.5《静电场的能量》

§1、5 静电场的能量 1.5.1、 带电导体的能量 一带电体的电量为Q ,电容为C ,则其电势C Q U =。我们不妨设想带电体上 的电量Q ,是一些分散在无限远处的电荷,在外力作用下一点点搬到带电体上的,因此就搬运过程中,外力克服静电场力作的功,就是带电 体的电能。该导体的电势与其所带电量之间的函数关系如 图1-5-1所示,斜率为C 1 。设每次都搬运极少量的电荷 Q ?,此过程可认为导体上的电势不变,设为i U ,该过程中搬运电荷所做的功为Q U W i i ?=,即图中一狭条矩形的面积(图中斜线所示)因此整个过程中,带电导体储存的能量为 ∑∑?==Q U W W i i 其数值正好等于图线下的许多小狭条面积之和,若Q ?取得尽可能小,则数值就趋向于图线下三角形的面积。 2 221221CU C Q QU Q U W i ===?=∑ 上述带电导体的静电能公式也可推广到带电的电容器,因为电容器两板间的电势差与极板上所带电量的关系也是线性的。 1.5.2、 电场的能量 由公式2 21CU W =,似乎可以认为能量与带电体的电量有关,能量是集中在 电荷上的。其实,前面只是根据功能关系求得带电导体的静电能,并未涉及能量 的分布问题。由于在静电场范围内,电荷与电场总是联系在一起的,因此电能究 图1-5-1

竟与电荷还是与电场联系在一起,尚无法确定。以后学习了麦克斯韦的电磁场理论可知,电场可以脱离电荷而单独存在,并以有限的速度在空间传播,形成电磁波,而电磁波携带能量早已被实践所证实。因此我们说,电场是电能的携带者,电能是电场的能量。下面以平行板电容器为例,用电场强度表示能量公式。 k Sd E d E kd S CU W πεπε8421212222=?== 单位体积的电场能量称为电场的能量密度,用ω来表示 k E V W πεω82 == 上式是一个普遍适用的表达式,只要空间某点的电场强度已知,该处的能量密度即可求出,而整个电场区的电场能量可以通过对体积求和来求得。 1.5.3、电容器的充电 如图1-5-2所示,一电动势为U 的电源对一电容为C 的电容器充电,充电完毕后,电容器所带电量 CU Q = 电容器所带能量 2 21CU W = 而电源在对电容器充电过程中,所提供的能量为 W CU QU W 22===' 也就是说,在充电过程中,电容器仅得到了电源提供的一半能量,另一半能量在导线和电源内阻上转化为内能,以及以电磁波的形式发射出去。 例7、用N 节电动势为ε的电池对某个电容器充电,头一次用N 节电池串联后对电容器充电;第二次先用一节电池对电容器充电,再用两节串联再充一次,

高中物理 静电场 知识点归纳

静电场 第一讲 电场力的性质 一、 二、电荷及电荷守恒定律 1、 2、 自然界中只存在两种电荷,一种是正电,例如用丝绸摩擦玻璃棒,玻璃棒带正电;另一种带负电,用 毛皮摩擦橡胶棒,橡胶棒带负电。 3、 4、 电荷间存在着相互作用的引力或斥力(同性相吸,异性相斥)。 5、 6、 电荷在它的周围空间形成电场,电荷间的相互作用力就是通过电场发生的。电荷的多少叫电量。 元电荷e=×10-19 C ,所有带电体的电荷量都等于e的整数倍。点电荷 7、 8、 使物体带电叫做起电。使物体带电的方法有三种:(1)摩擦起电;(2)接触带电;(3)感应起电。 9、 10、 电荷既不能创造,也不能消灭,它只能从一个物体转移到另一个物体,或从物体的一部分转移到 另一部分,在转移的过程中,电荷的总量不变。这叫做电荷守恒定律。 【重点理解】(1)摩擦起电;(2)接触带电;(3)感应起电 当两个物体互相摩擦时,一些束缚得不紧的电子往往从一个物体转移到另一个物体,于是原来电中性的物体由于得到电子而带负电,失去电子的物体带正电,这就是摩擦起电. 当一个带电体靠近导体,由于电荷间相互吸引或排斥,导体中的自由电荷便会趋向或远离带电体,使导体靠近带电体的一端带异号电荷,远离带电体的一端带同号电荷,这就是感应起电,也叫静电感应. 接触起电指让不带电的物体接触带电的物体,则不带电的物体也带上了与带电物体相同的电荷,如把带负电的橡胶棒与不带电的验电器金属球接触,验电器就带上了负电,且金属箔片会张开;带正电的物体接触不带电的物体,则是不带电物体上的电子在库仑力的作用下转移到带正电的物体上,使原来不带电的物体由于失去电子而带正电。 实质:电子的得失或转移 二、库仑定律 1、内容:在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,跟它们的距离的平方成反比,作用力的方向在它们的连线上。 2、公式:2 2 1r Q Q k F ,F叫库仑力或静电力,也叫电场力,F可以是引力,也可以是斥力,K叫静电力常量,公式中各量均取国际单位制单位时,K=×109 N ·m 2 /C 2

高中物理电磁学和光学知识点公式总结大全

高中物理电磁学知识点公式总结大全 来源:网络作者:佚名点击:1524次 高中物理电磁学知识点公式总结大全 一、静电学 1.库仑定律,描述空间中两点电荷之间的电力 ,, 由库仑定律经过演算可推出电场的高斯定律。 2.点电荷或均匀带电球体在空间中形成之电场 , 导体表面电场方向与表面垂直。电力线的切线方向为电场方向,电力线越密集电场强度越大。 平行板间的电场 3.点电荷或均匀带电球体间之电位能。本式以以无限远为零位面。 4.点电荷或均匀带电球体在空间中形成之电位。 导体内部为等电位。接地之导体电位恒为零。 电位为零之处,电场未必等于零。电场为零之处,电位未必等于零。 均匀电场内,相距d之两点电位差。故平行板间的电位差。 5.电容,为储存电荷的组件,C越大,则固定电位差下可储存的电荷量就越大。电容本身为电中性,两极上各储存了+q与-q的电荷。电容同时储存电能,。 a.球状导体的电容,本电容之另一极在无限远,带有电荷-q。 b.平行板电容。故欲加大电容之值,必须增大极板面积A,减少板间距离d,或改变板间的介电质使k变小。 二、感应电动势与电磁波 1.法拉地定律:感应电动势。注意此处并非计算封闭曲面上之磁通量。 感应电动势造成的感应电流之方向,会使得线圈受到的磁力与外力方向相反。 2.长度的导线以速度v前进切割磁力线时,导线两端两端的感应电动势。若v、B、互相垂直,则 3.法拉地定律提供将机械能转换成电能的方法,也就是发电机的基本原理。以频率f 转动的发电机输出的电动势,最大感应电动势。 变压器,用来改变交流电之电压,通以直流电时输出端无电位差。 ,又理想变压器不会消耗能量,由能量守恒,故 4.十九世纪中马克士威整理电磁学,得到四大公式,分别为 a.电场的高斯定律 b.法拉地定律 c.磁场的高斯定律 d.安培定律 马克士威由法拉地定律中变动磁场会产生电场的概念,修正了安培定律,使得变动的电场会产生磁场。e.马克士威修正后的安培定律为 a.、 b.、 c.和修正后的e.称为马克士威方程式,为电磁学的基本方程式。由马克士威方程式,预测了电磁波的存在,且其传播速度。 。十九世纪末,由赫兹发现了电磁波的存在。 劳仑兹力。 右手定则:右手平展,使大拇指与其余四指垂直,并且都跟手掌在一个平面内。把右手放入磁场中,若磁力线垂直进入手心(当磁感线为直线时,相当于手心面向N极),大拇指指向导线运动方向,则四指所指方向

中学物理竞赛讲义静电场例题

11.6静电场例题 例1、在惯性系S中有匀强电场E,其方向如图所示.在电场中与E平行的一条几何直线上,有两个静止的小球A和B.两小球的质量均为m,A球所带电量为Q(Q>0),B球不带电,开始时两球相距为l.在电场力的作用下,A球开始沿直线运动,并与B球发生弹性正碰撞,从而使B球也参与运动.设在各次碰撞过程中,A、B球之间并无电量的转移,设万有引力可略去不计.试证明A、B球相邻的两次碰撞之间的时间间隔相同,并求出该时间间隔T. 例2、半径为R的带电金属球被沿与球心相距为h的平面分成两部分(图).求这两 部分排斥力.球的总电量为Q. 例3、如图所示,A'ACBB'是一根无限长的均匀带电细线.其中ACB是半径为R半圆弧,AA’平行于BB',AA'、BB'水平,而且整个线框置于竖直平面内.O是一个质量为m、带电量为q的小球(可视为点电荷),它在四根伸直的、互相垂直的绝缘细线的约束下静止于圆弧ACB的圆心处.已知A'ACBB'带电总量为Q,求

四根约束O球的绝缘线上的张力最小值. 和R3,内有同心放置的半径 例4、一带电量为Q的金属球壳,其内外半径分别为R 为R1的接地导体球.(1)求小球的带电量q;(2)讨论Q为正电荷时q的正负,并求出此时球壳与小球间的电势差;(3)导体球壳与同心接地导体球的电容为多少?若R2=R3=R.则情况又如何? 例5、半径为R的均匀带电半球面,电荷面密度为σ。求球心处的电场强度.

例6、如图所示,两个同心导体半球面,相对共底面的半径R1>R2,R1面均匀带电密度为σ1,R2面均匀带电密度为σ2,问大半球底面的直径AOB上电势是如何分布的? 例7、如图所示,正四面体ABCD各面均为导体,但又彼此绝缘.已知带电后四个面的静电势分别为φ1、φ2、φ 和φ4,求四面体中心O点的电势φ.

高中物理竞赛教程(超详细)电场

第一讲电场 §1、1 库仑定律和电场强度 1.1.1、电荷守恒定律 大量实验证明: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,正负电荷的代数和任何物理过程中始终保持 k 数, 0ε q F E = 式中q 是引入电场中的检验电荷的电量,F 是q 受到的电场力。 借助于库仑定律,可以计算出在真空中点电荷所产生的电场中各点的电场强度为 2 2r Q k q r Qq k q F E === 式中r 为该点到场源电荷的距离,Q 为场源电荷的电量。

1.1.4、场强的叠加原理 在若干场源电荷所激发的电场中任一点的总场强,等于每个场源电荷单独存在时在该点所激发的场强的矢量和。 原则上讲,有库仑定律和叠加原理就可解决静电学中的全部问题。 例1、如图1-1-1(a )所示,在半径为R 、体电荷密度 为ρ的均匀带电球体内部挖去半径为R '的一个小球,小球球心O '与大球球心O 相距为a ,试求O '的电场强度,并证明空腔内电场均匀。 ρ,R O 1.1.5.电通量、高斯定理、 (1)磁通量是指穿过某一截面的磁感应线的总条数,其大小为θsin BS =Φ,其中θ 为截面与磁感线的夹角。与此相似,电通量是指穿过某一截面的电场线的条数,其大小为 θ?sin ES = θ为截面与电场线的夹角。 高斯定量:在任意场源所激发的电场中,对任一闭合曲面的总通量可以表示为 ∑=i q k π?4 ( 041πε= k ) Nm C /1085.82120-?=ε为真空介电常 数 O O ' P B r a )

式中k是静电常量,∑i q为闭合曲面所围的所有电荷电量的代数和。由于高中缺少高等数学知识,因此选取的高斯面即闭合曲面,往往和电场线垂直或平行,这样便于电通 量的计算。尽管高中教学对高斯定律不作要求,但笔者认为简单了解高斯定律的内容,并 利用高斯定律推导几种特殊电场,这对掌握几种特殊电场的分布是很有帮助的。 (2)利用高斯定理求几种常见带电体的场强 ①无限长均匀带电直线的电场 一无限长直线均匀带电,电荷线密度为η,如图1-1-2(a)所示。考察点P到直线的 距离为r。由于带电直线无限长且均匀带电,因此直线周围的电场在竖直方向分量为零, 即径向分布,且关于直线对称。取以长直线为主轴,半径为r,长为l的圆柱面为高斯面, E 图1-1-5

高中物理静电场经典习题30道 带答案

一.选择题(共30小题) 1.(2014?山东模拟)如图,在光滑绝缘水平面上,三个带电小球a 、b 和c 分别位于边长为l 的正三角形的三个顶点上;a 、b 带正电,电荷量均为q ,c 带负电.整个系统置于方向水平的匀强电场中.已知静电力常量为k .若 三个小球均处于静止状态,则匀强电场场强的大小为( ) D c 的轴线上有a 、b 、 d 三个点,a 和b 、b 和c 、c 和d 间的距离均为R ,在a 点处有一电荷量为q (q >0)的固定点电荷.已知b 点处的场强为零,则d 点处场强的大小为(k 为静电力常量)( ) D 系数均为k 0的轻质弹簧绝缘连接.当3个小球处在静止状态时,每根弹簧长度为l .已知静电力常量为k ,若不考虑弹簧的静电感应,则每根弹簧的原长为( ) ﹣ 个小球,在力F 的作用下匀加速直线运动,则甲、乙两球之间的距离r 为( ) D

7.(2015?山东模拟)如图甲所示,Q1、Q2为两个被固定的点电荷,其中Q1带负电,a、b两点在它们连线的延长线上.现有一带负电的粒子以一定的初速度沿直线从a点开始经b点向远处运动(粒子只受电场力作用),粒子经过a、b两点时的速度分别为v a、v b,其速度图象如图乙所示.以下说法中正确的是() 8.(2015?上海二模)下列选项中的各圆环大小相同,所带电荷量已在图中标出,且电荷均匀分布,各圆环间 D 12 变化的关系图线如图所示,其中P点电势最低,且AP>BP,则() 以下各量大小判断正确的是()

11.(2015?丰台区模拟)如图所示,将一个电荷量为1.0×10C的点电荷从A点移到B点,电场力做功为2.4×10﹣6J.则下列说法中正确的是() 时速度恰好为零,不计空气阻力,则下列说法正确的是() 带电粒子经过A点飞向B点,径迹如图中虚线所示,以下判断正确的是() 实线所示),则下列说法正确的是()

高中物理竞赛讲义-静电场的能量

静电场的能量 一、电容器的静电能 研究电容器的充电过程。 一开始电容器的电势差很小,搬运电荷需要做的功也很小, 充电后两板间电势差增加,搬运电荷越来越困难,需要做的功变 多。可以看成是一个变力(变电势差)做功问题。 图像法用面积表示做功。 画Q -U 图像还是U -Q 图像? 2 2111222Q E QU CU C === 电容器充电过程中,电荷和能量均由电源提供。 在电源内部,可以看成是正电荷从负极移动到正极。由于电源电动势(即电压)不变,克服电场力做功为: W QU = 在电容器充电过程中电源消耗的能量和电容器增加的静电能不相等! 思考:两者是否一定是两倍的关系? 多余的电能消耗在电路中(定性解释) 例1、极板相同的两个平行板电容器充以相同的电量,第一个电容器两极板间的距离是第二个电容器的两倍。如果将第二个电容器插在第一个电容器的两极板间,并使所有极板都相互平行,问系统的静电能如何改变。 例2、平行板电容器C 接在如图所示电路中,接通电源充电,当电压达到稳定值U 0时,就下列两种情况回答,将电容C 的两极板的距离从d 拉到2d ,电容器的能量变化为多少?外力做功各是多少?并说明做功的正负 (1)断开电源开关. (2)闭合电源开关.

例3、图中所示ad为一平行板电容器的两个极板,bc是一块长宽都与a 板相同的厚导体板,平行地插在a、d之间,导体板的厚度bc=ab=cd.极板a、d与内阻可忽略电动势为E的蓄电池以及电阻R相连如图.已知在没有导体板bc时电容器a、d的电容为C0 ,现将导体板bc抽走,设已知抽走导体板bc的过程中所做的功为A,求该过程中电阻R上消耗的电能. 例4、如图所示,电容器C可用两种不同的方法使其充电到 电压U=NE。(1)开关倒向B位置,依次由1至2至3?????? 至N。(2)开关倒向A位置一次充电使电容C的电压达到 NE。试求两种方式充电的电容器最后储能和电路上损失的 总能量。(电源内阻不计)

高二物理知识点总结

电场 库仑定律、电场强度、电势能、电势、电势差、电场中的导体、导体 知识要点: 1、电荷及电荷守恒定律 ⑴自然界中只存在正、负两中电荷,电荷在它的同围空间形成电场,电荷间 的相互作用力就是通过电场发生的。电荷的多少叫电量。基本电荷 e =?-1610 19 .C 。 ⑵使物体带电也叫起电。使物体带电的方法有三种:①摩擦起电 ②接触带 电 ③感应起电。 ⑶电荷既不能创造,也不能被消灭,它只能从一个物体转移到另一个物体,或从的体的这一部分转移到另一个部分,这叫做电荷守恒定律。 2、库仑定律 在真空中两个点电荷间的作用力跟它们的电量的乘积成正比,跟它们间的距 离的平方成反比,作用力的方向在它们的连线上,数学表达式为F K Q Q r =122 , 其中比例常数K 叫静电力常量,K =?90109.N m C 22·。 库仑定律的适用条件是(a)真空,(b)点电荷。点电荷是物理中的理想模型。当带电体间的距离远远大于带电体的线度时, 可以使用库仑定律,否则不能使用。例如半径均为r 的金属球如 图9—1所示放置,使两球边缘相距为r ,今使两球带上等量的异种电荷Q ,设两电荷Q 间的库仑力大小为F ,比较F 与K Q r 22 3() 的大小关系,显然,如果电荷 能全部集中在球心处,则两者相等。依题设条件,球心间距离3r 不是远大于r ,故不能把两带电体当作点电荷处理。实际上,由于异种电荷的相互吸引,使电荷分布在两球较靠近的球面处,这样电荷间距离小于3r ,故F K Q r >22 3() 。同理, 若两球带同种电荷Q ,则F K Q r <22 3() 。 3、电场强度 ⑴电场的最基本的性质之一,是对放入其中的电荷有电场力的作用。电场的这种性质用电场强度来描述。在电场中放入一个检验电荷q ,它所受到的电场力 F 跟它所带电量的比值F q 叫做这个位置上的电场强度,定义式是E F q = ,场强 是矢量,规定正电荷受电场力的方向为该点的场强方向,负电荷受电场力的方向与该点的场强方向相反。 由场强度E 的大小,方向是由电场本身决定的,是客观存在的,与放不放检

高中物理竞赛:电场

高中物理竞赛:电场 一、知识网络或概要: 1、 库仑定律、电荷守恒定律 2、 电场强度、电场线、点电荷场强、场强叠加、均匀带电球壳内外场强 3、 电场中导体、静电屏蔽 4、 电势、电势差、等势面、点电荷电场电势公式、电势叠加原理、电势能 5、 电容、电容器的连接、平行板电容器的电容公式,电容器充电后的电能、电介质的 极化、介电常数 二、知识点剖析与训练 一、221r q q k F =库仑定律描述的是真空中的两个点电荷间的相互作用力。当带电体不可以看作点荷时,应把带电体“分割”成许多小的部分(每一小部分可看作点电荷),对每一小部分应用库仑定律求出静电力,最后求各小部分所受静电力的合力。 库仑定律中的r 是两个“电荷”中心间的距离。若两带电小球中心间的距离r 不是远大于球的半径,则球上的电荷分布不均匀,那么带电小球不能看作点电荷,就不能用库仑定律计算库仑力的大小,是讨论此时的库仑力与能看作点电荷算出的库仑力是偏大还是偏小? 二、只要有电荷存在,在电荷的周围就存在着电场。静止电荷在真空中产生的电场,叫静电场。该电荷称为真空中静电场的场源电荷,电场对放入电场中的电荷有力的作用。 在点电荷组成的电场里,任一点的场强等于各个点电荷单独存在时各自在该点产生的场强的矢量和,这就是场强叠加原理。 三、几种典型电场的场强: (1)点电荷电场:2 r Q k E = (2)均匀带电球壳内外的电场: 设有带电量为Q ,半径为R 有均匀带电球壳。由电场线的分布可知,只要球壳内没有电荷,壳内就没有电场线分布,即内部的场强E 内=0(r<=R ) 对于球壳外,电场线分布与点电荷Q 在球心处的电场线一样。因此壳外的场强E 外为:2 r Q k E =(r>R )

高二物理静电场知识点

高二物理静电场知识点 1.电荷电荷守恒定律点电荷 自然界中只存在正、负两中电荷,电荷在它的同围空间形成电场,电荷间的相互作用力就是通过电场发生的。电荷的多少叫电量。基本电荷e = 1.6*10^-19C。带电体电荷量等于元电荷的整数倍Q=ne 使物体带电也叫起电。使物体带电的方法有三种:①摩擦起电②接触带电③感应起电。 电荷既不能创造,也不能被消灭,它只能从一个物体转移到另一个物体,或从的体的这一部分转移到另一个部分,这叫做电荷守恒定律。 带电体的形状、大小及电荷分布状况对它们之间相互作用力的影响可以忽略不计时,这样的带电体就可以看做带电的点,叫做点电荷。 2.库仑定律 公式F = KQ1Q2/r^2真空中静止的两个点电荷 在真空中两个点电荷间的作用力跟它们的电量的乘积成正比,跟它们间的距离的平方成反比,作用力的方向在它们的连线上,其中比例常数K叫静电力常量,K = 9.0*10^9Nm^2/C^2。F:点电荷间的作用力N, Q1、Q2:两点电荷的电量C,r:两点电荷间的距离m,方向在它们的连线上,作用力与反作用力,同种电荷互相排斥,异种电荷互相吸引 库仑定律的适用条件是1真空,2点电荷。点电荷是物理中的理想模型。当带电体间的距离远远大于带电体的线度时,可以使用库仑定律,否则不能使用。 3.静电场电场线 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弱度。 电场线的特点: 1始于正电荷或无穷远,终止负电荷或无穷远; 2任意两条电场线都不相交。 电场线只能描述电场的方向及定性地描述电场的强弱,并不是带电粒子在电场中的运动轨迹。带电粒子的运动轨迹是由带电粒子受到的合外力情况和初速度共同决定。

高中物理静电场题经典例题

高中物理静电场练习题 1、如图所示,中央有正对小孔的水平放置的平行板电容器与电源连接,电源电压为U 。将一带电小球从两小孔的正上方P 点处由静止释放,小球恰好能够达到B 板的小孔b 点处,然后又按原路返回。那 么,为了使小球能从B 板 的小孔b 处出射,下列可行的办法是( ) A.将A 板上移一段距离 B.将A 板下移一段距离 C.将B 板上移一段距离 D.将B 板下移一段距离 2、如图所示,A 、B 、C 、D 、E 、F 为匀强电场中一个正六边形的六个顶点,已知A 、B 、C 三点的电势 分别为1V 、6V 和9V 。则D 、E 、F 三 点的电势分别为( ) A 、+7V 、+2V 和+1V B 、+7V 、+2V 和1V ¥ C 、-7V 、-2V 和+1V D 、+7V 、-2V 和1V 3、质量为m 、带电量为-q 的粒子(不计重力),在匀强电场中的A 点以初速度υ0沿垂直与场强E 的方向射入到电场中,已知粒子到达B 点时的速度大小为2υ0,A 、B 间距为d ,如图所示。 则(1)A 、B 两点间的电势差为( ) A 、q m U AB 232υ-= B 、q m U AB 232 υ= C 、q m U AB 22υ-= D 、q m U AB 22 υ= (2)匀强电场的场强大小和方向( ) A 、qd m E 2 21υ= 方向水平向左 B 、qd m E 2 21υ= 方向水平向右 C 、qd m E 2212 υ= 方向水平向左 D 、qd m E 2212 υ= 方向水平向右 4、一个点电荷从竟电场中的A 点移到电场中的B 点,其电势能变化为零,则( ) A 、A 、B 两点处的场强一定相等 B 、该电荷一定能够沿着某一等势面移动 C 、A 、B 两点的电势一定相等 D 、作用于该电荷上的电场力始终与其运动方向垂直 5、在静电场中( ) A.电场强度处处为零的区域内,电势也一定处处为零 . B.电场强度处处相等的区域内,电势也一定处处相等 C.电场强度的方向总是跟等势面垂直 D.沿着电场线的方向电势是不断降低的 6、一个初动能为E K 的带电粒子,沿着与电场线垂直的方向射入两平行金属板间的匀强电场中,飞出时该粒子的动能为2E K ,如果粒子射入时的初速度变为原来的2倍,那么当它飞出电场时动能为( ) A B a P · m 、q 。 >U + - ~ A E B 。

高中物理竞赛辅导--电场

高中物理竞赛热学电学教程 第四讲物态变化 第一讲 电场 电场 §1、1 库仑定律和电场强度 1.1.1、电荷守恒定律 大量实验证明: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,正负电荷的代数和任何物理过程中始终保持不变。 我们熟知的摩擦起电就是电荷在不同物体间的转移,静电感应现象是电荷在同一物体上、不同部位间的转移。此外,液体和气体的电离以及电中和等实验现象都遵循电荷守恒定律。 1.1.2、库仑定律 真空中,两个静止的点电荷1q 和2q 之间的相互作用力的大小和两点电荷电量的乘积成正比,和它们之间距离r 的平方成正比;作用力的方向沿它们的连线,同号相斥,异号相吸 221r q q k F = 式中k 是比例常数,依赖于各量所用的单位,在国际单位制(SI )中的数值为: 229/109C m N k ??=(常将k 写成041 πε= k 的形式,0ε是真空介电常数, 22120/1085.8m N C ??=-ε) 库仑定律成立的条件,归纳起来有三条:(1)电荷是点电荷;(2)两点电荷是静止或相对静止的;(3)只适用真空。 条件(1)很容易理解,但我们可以把任何连续分布的电荷看成无限多个电荷元(可视作点电荷)的集合,再利用叠加原理,求得非点电荷情况下,库仑力的大小。由于库仑定律给出的是一种静电场分布,因此在应用库仑定律时,可以把条件(2)放宽到静止源电荷对运动电荷的作用,但不能推广到运动源电荷对静止电荷的作用,因为有推迟效应。关于条件(3),其实库仑定律不仅适用于真空,也适用于导体和介质。当空间有了导体或介质时,无非是出现一些新电荷——感应电荷和极化电荷,此时必须考虑它们对源电场的影响,但它们也遵循库仑定律。 1.1.3、电场强度 电场强度是从力的角度描述电场的物理量,其定义式为 q F E = 式中q 是引入电场中的检验电荷的电量,F 是q 受到的电场力。 借助于库仑定律,可以计算出在真空中点电荷所产生的电场中各点的电场强度为

人教版高中物理选修3-1高二静电场练习题

人教版高中物理选修3-1高二静电场练习题 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN

高中物理学习材料 金戈铁骑整理制作 高二物理静电场练习题 1.如图所示,MN是负点电荷电场中的一条电场线,一个带正电的粒子(不计重力)从a到b穿越这条电场线的轨迹如图中虚线所示.下列结论正确的是AD

b M N a

B .带电粒子在a 点时的电势能大于在b 点时的电势能 C .负点电荷一定位于N 点右侧 D .带电粒子在a 点时的加速度大于在b 点时的加速度 2(通州市2010届第六次调研)如图所示,三个同心圆是点电荷Q 周围的三个等势面,已知这三个圆的半径成等差数列,A 、B 、C 分别是这三个等势面上的点,且这三点在同一条电场线上.将电量为61.610C q -=+?的电荷从A 点移到C 点,电势能减少51.9210J -?,若取C 点为电势零点(0=c ?V ),则B 点的电势是 B A .一定等于6V B .一定低于6V C .一定高于6V D .无法确定 3.如图所示,一带电粒子在电场中沿曲线AB 运动,从B 点穿出电场,a 、b 、c 、d 为该电场中的等势面,这些等势面都是互相平行的竖直平面,不计粒子所受重力,则D

a b c d

B .此电场不一定是匀强电场 C .该电场的电场线方向一定水平向左 D .粒子在电场中运动过程动能不断减少 4.一正点电荷仅在电场力作用下,从A 点运动到B 点,其速度大小随市时间变化的图像如图所示,下列关于A 、B 两点电场强度E 的大小和电势的高低的判断,正确的是( )B A .B A B A E E ??>>, B .B A B A E E ??==, C .B A B A E E ??><, D .B A B A E E ??=<, 5..如图所示,P 、Q 是电量相等的两个正电荷,它们的连线中点是O ,A 、B 是PQ 连线的中垂线上的两点,OA <OB ,用E A 、E B 、φA 、φB 分别表示A 、B 两点的场强和电势,则( )B A .E A 一定大于E B ,φA 一定大于φB B .E A 不一定大于E B ,φA 一定大于φB C .E A 一定大于E B ,φA 不一定大于φB D . E A 不一定大于E B ,φA 不一定大于φB 6..图所示,虚线 a 、 b 、 c 代表电场中的三个等势面,相邻等势面之间的电势差相等,即U ab =U bc ,实线为一带正电的质点仅在电场力作用下通过该区域时的运动轨迹, P 、 Q 是这条轨迹上的两点,据此可知 BD ( A )三个等势面中, a 的电势最高 ( B )带电质点通过P 点时的电势能较大 ( C )带电质点通过P 点时的动能较人

高中物理静电场经典复习题及答案

高中物理静电场经典复习题 1.(2013安徽无为四校联考)如图所示为一只“极距变化型电容式传感器”的部分构件示意 图.当动极板和定极板之间的距离d 变化时,电容C 便发生变化,通过测量电容C 的变化就 可知道两极板之间距离d 的变化的情况.在下列图中能正确反映C 与d 之间变化规律的图象 是( A ) 2.(2013江苏二校联考)真空中有一半径为r 0的带电金属球壳,通过其球心的一直线上各点 的电势φ分布如图,r 表示该直线上某点到球心的距离,r 1、r 2分别是该直 线上A 、B 两点离球心的距离。下列说法中正确的是 ( BC ) A .A 点的电势低于 B 点的电势 B .A 点的电场强度方向由A 指向B C .A 点的电场强度大于B 点的电场强度 D .正电荷沿直线从A 移到B 的过程中,电场力做负功 3.(2013辽宁铁岭市期中检测)如图所示的同心圆是电场中的一簇等势线,一个电子只在电 场力作用下沿着直线由A→C 运动时的速度越来越小,B 为线段AC 的中点,则下列说法正确的 是( B ) A .电子沿AC 方向运动时受到的电场力越来越小 B .电子沿A C 方向运动时它具有的电势能越来越大 C. 电势差U AB = U BC D .电势φA < φB < φC 4.(2012年5月南京、盐城三模)两个等量正点电荷位于x 轴上,关于原点O 呈对称分布, 下列能正确描述电场强度E 随位置x 变化规律的图是( A) 5. ( 2012年5月6日河南六市联考理综物理)如图所示,四个点电荷A 、B 、C 、D 分别位于 正方形的四个顶点上,A 、B 所带电荷量均为+q ,C 、D 所带电荷量均为-q 。e 、f 、g 、h 分别位 r O φ φ0 r 0 r 1 r 2 A B C D

高中物理选修3-1知识点归纳总结

物理选修3-1 一、电场 1.两种电荷、电荷守恒定律、元电荷(e =1.60×10-19 C );带电体电荷量等于元电荷的整数倍 2.库仑定律:F K Q Q r =12 2 (真空中的点电荷){F:点电荷间的作用力(N); k:静电力常量k =9.0×109 N ?m 2 /C 2 ;Q 1、Q 2:两点电荷的电量(C);r:两点电荷间的距离(m); 作用力与反作用力;方向在它们的连线上;同种电荷互相排斥,异种电荷互相吸引} 3.电场强度:E F q =(定义式、计算式){E:电场强度(N/C),是矢量(电场的叠加原理);q :检验电荷的电量(C)} 4.真空点(源)电荷形成的电场E KQ r =2 {r :源电荷到该位置的距离(m ),Q :源电荷的电量} 5.匀强电场的场强AB U E d = {U AB :AB 两点间的电压(V),d:AB 两点在场强方向的距离(m)} 6.电场力:F =qE {F:电场力(N),q:受到电场力的电荷的电量(C),E:电场强度(N/C)} 7.电势与电势差:U AB =φA -φB ,U AB =W AB /q =q P E Δ 减 8.电场力做功:W AB =qU AB =qEd =ΔE P 减{W AB :带电体由A 到B 时电场力所做的功(J),q:带电量(C),U AB :电场中A 、B 两点间的电势差(V )(电场力做功与路径无关),E:匀强电场强度,d:两点沿场强方向的距离(m);ΔE P 减 :带电体由A 到B 时势能的减少量} 9.电势能:E PA =q φA {E PA :带电体在A 点的电势能(J),q:电量(C),φA :A 点的电势(V)} 10.电势能的变化ΔE P 减=E PA -E PB {带电体在电场中从A 位置到B 位置时电势能的减少量} 11.电场力做功与电势能变化W AB =ΔE P 减=qU AB (电场力所做的功等于电势能的减少量) 12.电容C =Q/U(定义式,计算式) {C:电容(F),Q:电量(C),U:电压(两极板电势差)(V)} 13.平行板电容器的电容εS C 4πkd =(S:两极板正对面积,d:两极板间的垂直距离,ω:介电常数)常见电容器 14.带电粒子在电场中的加速(Vo =0):W =ΔE K 增或2 2 mVt qU = 15.带电粒子沿垂直电场方向以速度V 0进入匀强电场时的偏转(不考虑重力作用) : 类平抛运动(在带等量异种电荷的平行极板中:d U E = 垂直电场方向:匀速直线运动L =V 0t 平行电场方向:初速度为零的匀加速直线运动22at d =, F qE qU a m m m === 注: (1)两个完全相同的带电金属小球接触时,电量分配规律:原带异种电荷的先中和后平分,原带同种电荷 的总量平分;

(完整word版)高中物理静电场测试题

第一章静电场测试题 1.在点电荷 Q 形成的电场中有一点A ,当一个-q 的检验电荷从电场的无限远处被移到电场中的A 点时,电场力做的功为W ,则检验电荷在A 点的电势能及电场中A 点的电势分别为: A .A A W W q ε?=-= , B .A A W W q ε?==-, C .A A W W q ε?==, D .A A W q W ε?=-=-, 2.如图所示,平行线代表电场线,但未标明方向,一个带正电、电量为10- 6 C 的微粒在电场中仅受电场力作用,当它从A 点运动到B 点时动能减少了10- 5 J ,已知A 点的电势为-10 V ,则以下判断正确的是: A .微粒的运动轨迹如图中的虚线1所示 B .微粒的运动轨迹如图中的虚线2所示 C .B 点电势为零 D .B 点电势为-20 V 3.在点电荷Q 的电场中,一个α粒子(He 4 2)通过时的轨迹如图实线所示,a 、b 为两个等势面,则下列判断中正确的是( ). (A )Q 可能为正电荷,也可能为负电荷 (B )运动中.粒子总是克服电场力做功 (C )α粒子经过两等势面的动能E ka >E kb (D )α粒子在两等势面上的电势能E pa >E pb 4.如图所示,a 、b 、c 、d 是某电场中的四个等势面,它们是互相平行的平面,并且间距相等,下列判断中正确的是( ). (A )该电场一定是匀强电场 (B )这四个等势面的电势一定满足U a -U b =U b -U c =U c -U d (C )如果u a >U b ,则电场强度E a >E b (D )如果U a <U b ,则电场方向垂直于等势面由b 指向a 5.如图所示,在沿x 轴正方向的匀强电场E 中,有一动点A 以O 为圆心、以r 为半径逆时针转动,θ为OA 与x 轴正方向间的夹角,则O 、A 两点问电势差为( ). (A )U OA =Er (B )U OA =Ersin θ (C )U OA =Ercos θ (D )θ rcos E U OA = 6.若带正电荷的小球只受到电场力的作用,则它在任意一段时间内( ). (A )一定沿电场线由高电势处向低电势处运动 (B )一定沿电场线由低电势处向高电势处运动 (C )不一定沿电场线运动,但一定由高电势处向低电势处运动 (D )不一定沿电场线运动,也不一定由高电势处向低电势处运动 7.如图所示,P 、Q 是两个电量相等的正的点电荷,它们连线的中点是O ,A 、B 是中垂线上的两点,OB OA <,用E A 、E B 、U A 、U B 分别表示A 、B 两点的场强和电势,则( ). A B 2 1

高二物理静电场知识点总结

高二物理静电场知识点总结 导读:我根据大家的需要整理了一份关于《高二物理静电场知识点总结》的内容,具体内容:静电场是高二物理课程的重点内容。高二同学需要掌握哪些静电场知识点?下面我为大家整理高二物理静电场知识点,希望对大家有所帮助!高二物理静电场知识点1.电荷电荷守恒定... 静电场是高二物理课程的重点内容。高二同学需要掌握哪些静电场知识点?下面我为大家整理高二物理静电场知识点,希望对大家有所帮助! 高二物理静电场知识点 1.电荷电荷守恒定律点电荷 自然界中只存在正、负两中电荷,电荷在它的同围空间形成电场,电荷间的相互作用力就是通过电场发生的。电荷的多少叫电量。基本电荷e = 1.6*10^(-19)C。带电体电荷量等于元电荷的整数倍(Q=ne) 使物体带电也叫起电。使物体带电的方法有三种:①摩擦起电②接触带电③感应起电。 电荷既不能创造,也不能被消灭,它只能从一个物体转移到另一个物体,或从的体的这一部分转移到另一个部分,这叫做电荷守恒定律。 带电体的形状、大小及电荷分布状况对它们之间相互作用力的影响可以忽略不计时,这样的带电体就可以看做带电的点,叫做点电荷。 2.库仑定律 公式F = KQ1Q2/r^2(真空中静止的两个点电荷) 在真空中两个点电荷间的作用力跟它们的电量的乘积成正比,跟它们间的

距离的平方成反比,作用力的方向在它们的连线上,其中比例常数K叫静电力常量,K = 9.0*10^9Nm^2/C^2。(F:点电荷间的作用力(N), Q1、Q2:两点电荷的电量(C),r:两点电荷间的距离(m),方向在它们的连线上,作用力与反作用力,同种电荷互相排斥,异种电荷互相吸引) 库仑定律的适用条件是(1)真空,(2)点电荷。点电荷是物理中的理想模型。当带电体间的距离远远大于带电体的线度时,可以使用库仑定律,否则不能使用。 3.静电场电场线 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弱度。电场线的特点: (1)始于正电荷(或无穷远),终止负电荷(或无穷远); (2)任意两条电场线都不相交。 电场线只能描述电场的方向及定性地描述电场的强弱,并不是带电粒子在电场中的运动轨迹。带电粒子的运动轨迹是由带电粒子受到的合外力情况和初速度共同决定。 4.电场强度点电荷的电场 电场的最基本的性质之一,是对放入其中的电荷有电场力的作用。电场的这种性质用电场强度来描述。在电场中放入一个检验电荷q,它所受到的电场力F跟它所带电量的比值F/q叫做这个位置上的电场强度,定义式是E = F/q,E是矢量,规定正电荷受电场力的方向为该点的场强方向,负电荷受电

高中物理竞赛—静电场

真空中的静电场 基 本 要 求 一、理解电场强度和电势这两个基本概念和它们之间的联系。 二、掌握反映静电场性质的两个基本定理——高斯定理和环流定 理的重要意义及其应用。 三、掌握从已知的电荷分布求场强和电势分布的方法。 内 容 提 要 一、真空中的库仑定律 )(412210 r r q q r F ? = πε 库仑定律的适用条件:1. 点电荷;2. 电荷静止(或低速)。 二、电场和电场强度 电场 电荷能够产生电场。电场是一种客观存在的物质形态。电场对外表现的性质:1. 对处于电场中的其他带电体有作用力;2. 在电场中移动其他带电体时,电场力要对它做功,这也表明电场具有能量。 电场强度的定义式

q F E = 点电荷场强公式 )(4120 r r q r E ??= πε 场强叠加原理 电场中某点的场强等于每个电荷单独在该点产生的场强的叠加(矢量和)。 几种常见带电体的场强 1、电荷线密度为λ的无限长均匀带电直线外一点的场强 a λE 02πε= 2、电荷面密度为σ的无限大均匀带电平面外一点的场强 2εσ E = 方向垂直于带电平面。 3、带电Q 、半径为R 的均匀带电导体球面或导体球的场强分布 rR 时,02 04r E r Q πε= 4、带电Q 、体密度为ρ的均匀带电球体场强分布 r

r>R 时,02 04r E r Q πε= 三、电通量 高斯定理 电场线(电力线)画法 1. 电场线上某点的切线方向和该点场强方向一致;2. 通过垂直于E 的单位面积的电场线的条数等于该点E 的大小。 电场线的性质 1. 两条电场线不能相交;2. 电场线起自正电荷(或无穷远处),止于负电荷(或无穷远处),电场线有头有尾,不是闭合曲线。 电场强度通量 ???=s e d ΦS E 电场强度通量也可形象地说成是通过该面积S 的电场线的条数。 高斯定理 真空中静电场内,通过任意闭合曲面的电场强度通量等于该曲面所包围的电量的代数和的1/ 倍。 ε∑??= ?内 S S q d S E 高斯定理是描写静电场基本性质的基本定理,它反映了电场与形成电场的场源(电荷)之间的关系,说明静电场是有源场。

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