1、第 1 页 共 6 页高二物理 (选修 3-1)第一章 静电场 1.1 库仑定律1电荷：自然界中只存在两种电荷，即正电荷和负电荷用毛皮摩擦过的硬橡胶棒所带的电荷为正电荷，用丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷为负电荷同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引2电荷量：电荷量是指物体所带电荷的多少单位是库仑，字母为“C”物体不带电的实质是物体带有等量的异种电荷3元电荷：电子所带电荷量 e=1.6 10-19C，所有带电体的电荷量都是 e 的整数倍，因此电荷量 e 称为元电荷4点电荷：点电荷是一种理想化的模型，当带电体的尺寸比它们之间的距离小得很多，以致带电体的大小、形状对相互作用力影响不大时，这样的带电体就可以
2、看做点电荷5物体带电方法：（1）摩擦起电；（2）感应起电；（3）接触起电6电荷守恒定律：电荷既不能创造，也不能消灭，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，在转移过程中电荷总量保持不变7库仑定律： （1）适用条件： 真空中，点电荷（2）公式： 21rQkF说明：两个点电荷间的相互作用力是一对作用力与反作用力，不论两个带电体的电量是否相等，甚至相差悬殊，但它们间的作用力一定大小相等、方向相反，并与它们的质量无关均匀带电的圆球、圆板、圆环，等效为电荷都集中在球心、圆心微观粒子（如电子、质子）间的万有引力比它们之间的库仑力小得多，万有引力通常忽略不计，电荷在电场中受力分析时
3、，一般情况下物体的重力不计1.2 电场强度 电场力的性质1电场：（1）电场：带电体周围存在的一种物质，是电荷间相互作用的媒体它是一种看不见的客观存在的物质它具有力的特性和能的特性（2）电场最基本的性质：对放入电场中的电荷由电场力的作用（3）电场力：放入电场中的电荷受到电场的力的作用，此力叫电场力2电场强度 E：描述电场力的性质的物理量（1）定义：放入电场中某点的电荷所受电场力与此电荷所带电荷量的比值，叫电场强度（2）定义式： qF/（3）物质性：电场是电荷周围客观存在的物质，电荷之间的相互作用力通过电场而发生（4）客观性：场强是描述电场力的性质的物理量，只由电场本身决定电场中某点的场强与检验电
4、荷的电性和电量 q 无关，与检验电荷所受的电场力 F 无关，即使无检验电荷存在，该点的场强依然是原有的值（5）矢量性：电场中某点的电场强度方向规定为正电荷在该点所受电场力的方向与放第 2 页 共 6 页在该点的负电荷受的电场力的方向相反（6）场强大小判断：a根据电场力判断： qFE/b根据电场线判断：只与电场线疏密有关，与电场线方向无关c根据匀强电场中电势差判断：E=U/d（7）电场强度的计算：（定义式，普遍适用）qFE/（用于真空中点电荷形成的电场）2rQk（用于匀强电场）U/d3电场线：在电场中画出一系列从正电荷出发到负电荷终止的曲线，使曲线上每一点的切线方向跟该点的场强方向一致，这些曲线
5、就叫做电场线（1）电场线是为了形象地表示电场的方向和强弱引入的假想线，它不是电场中实际存在的线电场线也不是电荷在电场中运动的轨迹（2）电场线的疏密表示场强的大小，电场线越密的地方，其场强就越大（3）电场线上某点的切线方向即该点的场强力向，也就是正电荷在该点所受电场力的方向 （4）静电场的电场线是不闭合的曲线，总是从正电荷(或无穷远处) 发出，终止于负电荷(或无穷远处)在没有电荷的地方电场线不会中断，也不会相交正电荷一定要发出电场线，负电荷一定要接收电场线（5）电场线不会相交或相切4电场的叠加：同时存在几个产生电场的场源时，电场中某点的合场强是各场源单独在该点产生场强的矢量和 1.3 电势 电场
6、能的性质1电势差 UAB：（1）定义：电荷在电场中，由一点 A 移动到另一点 B 时，电场力所做的功与移动电荷电荷量的比值 WAB/q，叫做 A、 B 两点间的电势差，用 UAB 表示（2）定义式：U AB=WAB/q（3）电势差是标量，但有正负，正负表示电势的高低2电势 ：描述电场能的性质的物理量（1）定义：电势实质上是和标准位置的电势差即电场中某点的电势，在数值上等于把单位正电荷从某点移到标准位置（零电势点）时电场力所做的功（2）定义式： A=UA= WA/q（3）电势是标量，但有正负，正负表示该点电势比零电势点高还是低（4）电势高低判断：a根据移动检验电荷做功判断：移动正电荷电场力做正功
7、(负功) 时，电势降落(升高)；移动负电荷电场力做正功(负功 )时，电势升高(降落) 第 3 页 共 6 页b根据电场线判断：沿着电场线方向，电势越来越低，逆着电场线方向电势越来越高c根据场源电荷判断：离正电荷越近，电势越高，离场源负电荷越近，电势越低d根据电势差判断： 0，则 A 点电势比 B 点高； 0，则 A 点电势比 B 点ABUABU低3电势能 EP：（1）电荷在电场中具有的与电荷位置有关的能量叫电荷的电势能（2）电势能是标量（3）电场力做功与电势能的变化的关系：电场力对电荷做正功，电荷的电势能减少，做功量等于电势能的减少量；电场力对电荷做负功，电荷的电势能增加，做功量等于电势能的增
8、加量，即 W 电 =E P（类比于 WG=E P） 4电场力做功的计算：（1）根据电势能的变化与电场力做功的关系计算：即 W 电 =E P（2）应用公式 WAB =qUAB 计算：正负号运算法：按照符号规约把电量 q 和移动过程的始、终两点的电势差 UAB 的值代入公式 WAB =qUAB绝对值运算法：公式中的 q 和 UAB 都取绝对值代入计算，功的正负再另判断：当正（或负）电荷从电势较高的点移动到电势较低的点时，是电场力做正功（或电场力做负功） ；当正（或负）电荷从电势较低的点移动到电势较高的点时，是电场力做负功（或电场力做正功） 5等势面：（1）定义：电场中电势相同的点构成的面叫做等势面
9、（2）等势面的特点：等势面是为了形象描述电场中各点电势高低分布而引入的假想图，不是电场中实际存在的面同一等势面上各点间的电势差为零，电荷在等势面上移动时电场力不做功电场线垂直于等势面，并指向电势降低最快的方向等势面不相交电场强度较大的地方，等差的等势面较密电场线的描绘：利用电场线和等势面的垂直关系，先描绘出电场中的等势面，再画出电场线6匀强电场中场强和等势面的关系：在匀强电场中，沿着场强方向的两点间的电势差等于电场强度跟这两点间距离的乘积，即U=Ed，也可理解为：在匀强电场中，电场强度在数值上等于沿场强方向上单位长度的电势降落，即 E=U/d1.4 电容器 带电粒子在电场中的运动1电容器、电容
10、（1）电容器：两个彼此绝缘又互相靠近的导体可构成一个电容器第 4 页 共 6 页（2）电容：描述电容器容纳电荷本领的物理量定义：电容器所带的电荷量 Q（一个极板所带电荷量的绝对值）与两个极板间电势差 U的比值，叫做电容器的电容定义式：UC电容 C 由电容器本身的构造因素决定，与电容器所带电量 Q 和充电电压 U 无关单位：1F=10 6F=1012pF几种电容器（a）平行板电容器：平行板电容器的电容跟介电常数 成正比，跟正对面积 S 成正比，跟两板间的距离 d 成反比，即 kdSC4带电平行板电容器两极板间的电场可认为是匀强电场，板间场强为 U/dE（b）固定电容器、可变电容器、电解电容器电解
11、电容器接入电路时应注意其极性2 带电体在电场中的运动（1）平衡（静止或匀速）：仅在电场力和重力作用下满足 mgqE（2）加速（1）能量：在任何电场中，若只有电场力做功，有 2121vU（2）动力学：在匀强电场中，若只有电场力作用，带电体做匀变速运动，其加速度为mEqa（3）偏转当不计重力的带电粒子以一定初速垂直电场方向进入匀强电场时，粒子的运动为类平抛运动，其轨迹是抛物线当带电粒子的质量为 m，电量为q，两平行金属板板长为 l，距离为 d，板间电压为 U，当带电粒子以初速 v0 平行于两板进入电场时，两板间的场强为 dUE在垂直于场强方向上，粒子做匀速直线运动： tvxv0,在平行于场强方向上
12、粒子做初速度为零的匀加速直线运动： ，mqEa21,tmqEytqvy离开电场时，粒子在板间的运动时间为 0vlt沿电场力方向上的位移为 ;21mdqUlaty速度方向上的偏转角为 ， 0tnvly（4）圆周运动带电粒子在点电荷形成的径向辐射状分布的静电场中，可做匀速圆周运动如氢原子第 5 页 共 6 页核外电子的绕核运动此时有 rvmQqk23示波器：（1）构造：示波器的核心部件是示波管，它由电子枪、偏转电极、荧光屏组成（2）示波管的基本工作原理：利用两组正交的偏转极板，可以控制电子打在荧光屏上的位置示意图如右：两组偏转电极分别控制电子在水平、竖直方向的偏转一般在水平偏转电极上加扫描电压（从
13、左向右周期性扫描） ，在竖直偏转电极上加需要研究的信号（3）示波器面板开关与旋钮的作用：如图 2-1-1 所示为 J2459 型示波器的面板是辉度调节旋钮，标以“”符号，用来调节光点和图像的亮度 顺时针旋转旋钮时，亮度增加 是聚焦调节旋钮“” ，是辅助聚焦调节旋钮“”，这两个旋钮配合着使用，能使电子射线会聚，在荧光屏上产生一个小的亮斑，得到清晰的图像 往下是电源开关和指示灯，用后盖板上的电源插座接通电源后，把开关扳向“ 开”的位置，指示灯亮，经过一两分钟的预热，示波器就可以使用了 荧光屏下边第一行中，是竖直位移旋钮，是水平位移旋钮，分别用来调整图像在竖直方向和水平方向的位置 它们中间的两个旋钮
14、是 “Y 增益”和“X 增益” 旋钮，分别用来调整图像在竖直方向和水平方向的幅度，顺时针旋转时，幅度增大 中间一行左边的大旋钮是衰减调节旋钮，它有 1、10、100、1000 四挡，最左边的“1”挡不衰减，其余各挡分别可使输入的电压衰减为原来的 1/10、1/100 、1/1000 使用它可以使图像在竖直方向的幅度减小为前一挡的 1/10，最右边的正弦符号“”挡不是衰减，而是由示波器内部提供竖直方向的交流信号电压，可用来观察正弦波形或检查示波器是否正常工作 中间一行右边的大旋钮是扫描范围旋钮，也有四挡，可以改变加在水平方向的扫描电压的频率范围，左边第一挡是 10100Hz，向右旋转每升高一挡，
15、扫描频率都增大 10倍，最右边的是“ 外 X”挡，使用这一挡时，机内没有加扫描电压，水平方向的电压可以从外部输入 中间的小旋钮是扫描微调旋钮，它可以在初定的频率范围内，进行连续微调，得到一确定的频率顺时针转动时频率连续增加 底下一行中间的旋钮“Y 输入”、 “X 输入”和“地”分别是竖直方向、水平方向和公共接地的输入接线柱左边的“DC、 AC”是竖直方向输入信号的直流、交流选择开关，置于 “DC”位置时，所加的信号电压是直接输入的；置于“AC”位置时，所加信号电压是通过一个电容器输入的，它可以让交流信号通过而隔断直流成分 右边的 “同步” 也是一个选择开关，置于“+” 位置时，扫描由被测信号正半周起同步，置于“ ”位置时，扫描由负半周起同步 这个开关主要在测量较窄的脉冲信号时起作用，对于正弦波、方波等，无论扳到“+”或“”，都能很好地同步 对测量没有影响第 6 页 共 6 页
