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1第一章静电场1.1电荷及其守恒定律一、电荷1.物体带电：物体有了吸引轻小物体的性质，我们就说它带了电或有了电荷。2.两种电荷（自然界只存在两种电荷）1）正电荷：用丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷（丝玻正）2）负电荷：用毛皮摩擦过的橡胶棒所带的电荷（毛橡负）3.自由电子和离子金属中原子核最远的电子往往会脱离原子核的束缚而在金属中自由活动，这种电子叫做自由电子，失去这种电子的原子便成为带正电的离子。（失正得负）4.作用规律：同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引二、物体带电的三种方式（本质都是自由电子的转移）1.摩擦起电当两个物体相互摩擦时，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，于是原来是电中性的物体由于得到电子而带负电，失去电子的物质则带正电。2.静电感应当导体靠近带电体时，导体中的自由电子就会受到带电体对它的排斥或者吸引，使导体两端出现异种电荷，近端与带电体异号，远端与带电体同号，这种方式称为感应起电，这种现象称为静电感应。验电器的原理：两片金箔带同种电荷，彼此相斥而张开3.接触起电不带电的物体与带电体接触，能使不带电的物体带上电荷，这种方式成为接触起电。分配规律：A带-Q，B带+5Q，AB接触再分开，电荷相加在平分A=B=+2Q2三、电荷守恒定律1.内容：电荷既不会创生，也不会消灭，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。在转移的过程中，电荷的总量保持不变。在一定情况下，带电粒子可以产生和湮灭。一个高能光子在一定条件下可以产生一对正、负电子；一对正、负电子可以同时湮灭转化为光子。现代表述：一个与外界没有电荷交换的系统，电荷的代数和保持不变。四、元电荷1.电荷量：电荷量又叫电量，它表示了电荷的多少，其单位是“库仑”，简称“库”，用符号C表示2.元电荷：最小电荷量（即科学实验发现的最小电荷量，最早由美国物理学家密里根测定），用e表示。电荷量不能连续变化1）e=1.6×10-19C2）质子：所带电荷量与元电荷相同，符号与电子相反。（质子质量约为电子的1800倍）3）电子的比荷：电子的电荷量与电子的质量之比，叫做比荷𝑒𝑚𝑒=1.76×1011C/kg31.2库仑定律一、库仑的实验通过悬丝扭转的角度比较力的大小1.改变r，找到F与r的关系F∝1𝑟22.通过接触相同不带电小球，电荷量平分，找到F与Q1Q2的关系F∝𝑄1𝑄2二、库仑定律1.内容：真空中两个静止点电荷之间的相互作用力，与它们的电荷量的乘积成正比，与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。点电荷：带电体的理想模型（类比质点）2.表达式：F=k𝑄1𝑄2𝑟2静电力常量k=9.0×109N•m2/C2注意：r可趋近∞，不可趋近于0（趋近于0不能看作点电荷）三、点电荷的受力分析1.万有引力和库仑力的对比通性区别库仑力表达式相似均为场力，通过场来传递既有吸引力又有排斥力，在微观带电粒子间表现明显万有引力只有吸引力，在天体间表现明显2.点电荷间相互作用规律1）两个点电荷之间的相互作用力不因第三个点电荷的存在而有所改变2）多个点电荷对某一个点电荷的作用力，等于各点电荷单独对这个电荷的作用力的矢量和。4注意：电磁场中对万有引力的处理：高中阶段，带电体之间的相互作用都不考虑万有引力。电磁场中对重力的处理：1）宏观物体，考虑重力2）微观粒子，不考虑重力3）微粒，看题意51.3电场强度一、电场（场与实物是物质存在的两种不同形式）1.定义电场是电荷周围存在的一种特殊物质，电荷间的相互作用是通过电场传递。2.性质1）电场中的任何带电体都将受到电场力的作用，且同一点电荷在电场中不同点处受到的电场力或方向都可能不一样。2）当带电体在电场中移动时，电场力将对带电体做功，这表示电场具有能量。3）电场与磁场一样以光速传播。3.电场力电荷在电场中受的力称为电场力4.静电场静止点电荷产生的电场二、电场强度1.定义放入电场中某一点的电荷所受的电场力F与它的电荷量q的比值，叫做这一点的电场强度，简称场强。E=𝐹𝑞单位为N/C或V/m；2.物理意义：描述电场的力的性质的物理量，数值上等于单位电荷量的电荷在电场中受到的电场力。3.性质1）矢量性：方向为在该点正电荷的受力方向。负电荷受力方向相反。2）唯一性：电场中某一处的电场强度的大小和方向是唯一的，取决于场源电荷及空间位置3）叠加性：若在某一空间中有多个电荷，则空间中某点的场强等于所有电荷在该店产生的电场强度和矢量和。4.试探电荷（检查电荷）：用来检验电场强弱65.场源电荷（源电荷）：被检验的电场是电荷Q所激发的，Q即场源电荷三、点电荷的电场与电场强度的叠加1.点电荷的场强公式E=𝑘𝑄𝑟2Q为点电荷的电量，r为该点到点电荷的距离方向：若Q为正电荷，场强方向沿Q和该点连线指向该点若Q为负电荷，场强方向沿Q和该点连线指向Q2.电场强度的叠加1）当空间的电场是由几个点电荷共同激发时，空间某点的电场强度等于每个点电荷单独存在时所激发的电场在该点的场强的矢量和。2）可以证明，一个半径为R的均匀带电体（或球壳）在球的外部产生的电场，与一个位于球心的、电荷量相等的点电荷产生的电场相同。（可等效替代）四、电场线1.定义：用来描述电场强度分布的一簇曲线。电场线不是真实存在的。2.特点：1）电场线从正电荷或无限远出发，终止于无限远或负电荷2）电场线永不相交3）在同一幅图中，电场强度较大的地方电场线较密，电场强度较小的地方电场线较疏。（口诀：密大疏小）3.几种常见的电场线1）正负点电荷光芒万丈万箭穿心72）等量异种电荷3）等量同种电荷4）点电荷与带电平板五、匀强电场1.定义：在电场的某一区域里，如果各点场强大小和方向都相同，这个区域的电场叫匀强电场。2.特点1）电场线是平行直线（方向）2）电场线疏密程度相同（大小）3.模型：带等量异种电荷的平行金属板8六、三个场强公式比较E=𝐹𝑞适用于任何电场（定义式）E=𝑘𝑄𝑟2适用于点电荷产生的电场E=𝑈𝑑适用于匀强电场七、场强方向的三种表述1）电场线切线方向2）正电荷受力同方向（负电荷受力反方向）3）电势降低最快的方向91.4电势能和电势一、静电力做功（静电力是保守力）静电力对电荷所做的功与电荷的起始位置和终止位置有关，而与电荷经过的路径无关。二、电势能（类比重力势能）1.定义：由于移动电荷时静电力做功与路径无关，电荷在电场中也具有势能，即电势能，用Ep表示，单位J。2.电场中的功能关系：静电力做的功等于电势能的减少量WAB=EpA-EpB注意：两点电势能相减的顺序，与动能定理区分开！！若电场力做正功，则电能减少；若电场力做负功，电势能增加。3.大小：先规定某点B为零势能点，A点的电势EpA=WAB电荷在某点的电势能，等于把它从这点移动到零势能位置时静电力做的功。4.零电势点（高考范围内只有3处）：1）无穷远处2）接地处3）等量异种电荷连线的中垂线三、电势1.定义：电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值叫做这一点的电势，用φ表示。定义式：φ=𝐸𝑝𝑞单位：伏特，符号为V（J/C）2.特点：1）沿着电场线方向电势逐渐降低2）电势是标量，只有大小，没有方向3）仅取决了电场本身，与试探电荷无关103.拓展:点电荷Q产生的电场中的电势：φ=kQr;电势能为𝐸𝑝=kQqr这两个公式Q和q需带入正负号，且表大小。4.电势叠加原理：当空间的电场是由几个点电荷共同激发时，空间某点的电势等于每个点电荷单独存在时所激发的电场在该点的电势的标量和。四、等势面1.定义：电场中电势相等的各点组成的面叫做等势面。2.等差等势面分布越密，电场强度越大；分布越疏，电场强度越小3.等势面特点：1）在等势面上移动电荷，电场力不做功2）两个不同的等势面不相交，不相切3）等势面的分布与零电势点的选取无关4）等势面总是与电场线垂直4.几种常见的等势面1）点电荷2）等量异种电荷（O处为零电势，电场力不为0）11场强分布：连线上，O点最小中垂线上，O点最大电势分布：连线上，等势面中垂线为零电势面3）等量同种电荷（O处电场力为0，电势不为0）场强分布：连线上，O点最小，为0中垂线上，O点向外走，先增大，后减小，无穷远处为0电势分布：连线上，O点最小，但不为0中垂线上，O点最大，向外走逐渐减小，无穷远处为04）匀强电场五、电场强度与电势的关系1.场强方向就是电势降低最快的方向。2.电场强度大小与电势大小无直接关系，电场强度大小取决于电场线的疏密程度，电势大小取决于规定的零电势点。1）场强为0，电势不一定为0。举例：等量同种电荷连线中点2）电势为0，场强不一定为0。举例：等量异种电荷连线中点3）场强相等，电势不一定相等。举例：匀强电场4）电势相等，场强不一定相等。举例：等量异种电荷连线中垂线121.5电势差一、电势差1.定义：电场中两点间电势的差值叫做电势差，也叫电压。2.定义式：U𝐴𝐵=𝜑𝐴−𝜑𝐵（U𝐴𝐵=−U𝐵𝐴）注意：两点电势相减的顺序！！！3.其他形式𝑈𝐴𝐵=∆𝐸𝑝𝑞=𝑊𝐴𝐵𝑞4.电场中两点间的电势差由电场本身决定，与试探电荷、规定的0电势点等其他因素都无关。二、静电力做功和能量转化公式：𝑊𝐴𝐵=𝑞𝑈𝐴𝐵需带入正负号计算三、电子伏特一个电子在电势差为1V的两点间移动时电场力所作的功为1eV。131.6电势差与电场强度的关系一、关系推导在匀强电场中𝑊𝐴𝐵=𝑞𝑈𝐴𝐵𝐹=qE𝑊𝐴𝐵=𝐹𝑑得到𝑈𝐴𝐵=𝐸𝑑匀强电场中两点间的电势差等于电场强度与这两点沿电场方向的距离的乘积。1.7静电现象的应用一、静电平衡状态下导体的电场1.静电感应现象导体内的自由电子在电场力的作用下，逆着电场线定向移动，使导体的一侧聚集负电荷，另一侧聚集等量的正电荷，即静电感应现象。2.静电平衡状态1）定义：静电感应中，当感应出现的正负电荷产生的附加场强E’与外场强E0大小相等，方向相反时，合场强为0，导体中没有电荷定向移动的状态。2）条件：内部场强处处为零。3.平衡状态导体的特征1）内部场强处处为零。2）表面上任一点场强方向与该点表面垂直。3）导体是个等势体。14二、导体上电荷的分布1）导体内部没有电荷，电荷只分布在导体的外表面2）静电平衡时，电荷在导体表面的分布往往是不均匀的，越是尖突的地方，电荷的密度越大，外部附近的场强也越强。三、尖端放电1.空气的电离在导体尖端附近，空气中残留的带电粒子在强电场的作用下发生剧烈运动，把空气中的气体分子撞“散”，使分子中的正负电荷分离，叫做空气的电离。2.尖端放电那些所带电荷与导体尖端的电荷符号相反的粒子，由于被吸引而奔向尖端，与尖端上的电荷中和，这相当于导体从尖端失去电荷。这个现象叫做尖端放电。3.尖端放电的应用1）高层避雷针（一端接地）2）高压设备中导体表面尽量光滑四、静电屏蔽1.定义：由于静电感应，可使金属网罩或金属壳内的场强为0，屏蔽了外界电场对它们的影响，这种现象叫静电屏蔽。2.优点及应用1）电子设备外面套有金属壳2）通讯电缆的外层包有一层金属线3.不利影响飞船返回大气层时通讯中断，即有几分钟的黑障区。（飞船以超高速进入大气层，与大气层摩擦产生几千度的高温，高温使飞船表面材料的分子分解，周围气体被电离，形成等离子体鞘，相当于封闭金属壳，屏蔽无线电信号）151.8电容器的电容一、电容器1.定义：两个彼此绝缘又相距很近的导体可组成一个电容器。2.充电：将两个极板分别与电源正、负极相连。3.放电：用导线将充电后的两极板接通。4.额定电压：即电容器长期工作时所能承受的电压，低于击穿电压。5.击穿电压：加在电容器上的电压不能超过某一限度，超过这个限度，电介质将被击穿，这个极限称为击穿电压。二、电容（描述电容器容纳电荷特性的物理量）1.定义：电容器的带电量Q与电容器两极板间的电势差U的比值叫做电容器的电容，用C表示。2.定义式：C=𝑄𝑈3.电荷量Q：两极板带等量异种电荷，分布在两极相对的内侧，把其中一个极板所带电荷量的绝对值叫电容器的电荷量。4.单位：法拉，简称法，符号是F1μF=10-6