高中物理静电场公式及考点知识梳理思维导图

心不动则不痛

2023-01-13

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高中物理静电场公式及考点知识梳理

静电场，指的是观察者与电荷相对静止时所观察到的电场。它是电荷周围空间存在的一种特殊形态的物质，其基本特征是对置于其中的静止电荷有力的作用。库仑定律描述了这个力。

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思维导图大纲

静电场解题常见考点

考点1：电荷、电荷守恒定律

自然界中存在两种电荷：正电荷和负电荷。例如：用毛皮摩擦过的橡胶棒带负电，用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电。

1.元电荷：电荷量e=1.60×10-19C的电荷，叫元电荷。说明任意带电体的电荷量都是元电荷电荷量的整数倍。

2.电荷守恒定律：电荷既不能被创造，又不能被消灭，它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，电荷的总量保持不变。

3.两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。

考点2：库仑定律

1.内容：在真空中静止的两个点电荷之间的作用力跟它们的电荷量的乘积成正比，跟它们之间的距离的平方成反比，作用力的方向在他们的连线上。

2.适用条件：真空中的点电荷。

3.点电荷：如果带电体间的距离比它们的大小大得多，以致带电体的形状对相互作用力的影响可忽略不计，这样的带电体可以看成点电荷。

考点3：电场强度

1.电场

(1)定义：存在于电荷周围、能传递电荷间相互作用的一种特殊物质。

(2)基本性质：对放入其中的电荷有力的作用。

2.电场强度

⑴ 定义：放入电场中的电荷受到的电场力F与它的电荷量q的比值，叫做该点的电场强度。

⑵ 单位：N/C或V/m。

⑶ 电场强度的三种表达方式的比较

⑷方向：规定正电荷在电场中受到的电场力的方向为该点电场强度的方向，或与负电荷在电场中受到的电场力的方向相反。

⑸叠加性：多个电荷在电场中某点的电场强度为各个电荷单独在该点产生的电场强度的矢量和，这种关系叫做电场强度的叠加，电场强度的叠加尊从平行四边形定则。

考点4：电场线、匀强电场

1.电场线：为了形象直观描述电场的强弱和方向，在电场中画出一系列的曲线，曲线上的各点的切线方向代表该点的电场强度的方向，曲线的疏密程度表示场强的大小。

2.电场线的特点

⑴ 电场线是为了直观形象的描述电场而假想的、实际是不存在的理想化模型。

⑵ 始于正电荷或无穷远，终于无穷远或负电荷，静电场的电场线是不闭合曲线。

⑶ 任意两条电场线不相交。

⑷ 电场线的疏密表示电场的强弱，某点的切线方向表示该点的场强方向，它不表示电荷在电场中的运动轨迹。

⑸ 沿着电场线的方向电势降低;电场线从高等势面(线)垂直指向低等势面(线)。

3.匀强电场

⑴定义：场强方向处处相同，场强大小处处相等的区域称之为匀强电场。

⑵特点：匀强电场中的电场线是等距的并行线。平行正对的两金属板带等量异种电荷后，在两板之间除边缘外的电场就是匀强电场。

4.几种典型的电场线

孤立的正电荷、负电荷、等量异种电荷、等量同种电荷、带等量异种电荷的平行金属板间(正点电荷与大金属板间)的电场线

考点5：电势能

1.定义：电荷在电场中某点的电势能在数值上等于把电荷从这一点移动到电势能为零处(电势为零)静电力所做的功。

2.单位：焦耳(J),电子伏(eV)是能量的单位,1eV=1.60×10-19J。

3.矢标性：是标量，但有正负，电势能的正负表示该点电势能比零电势能点高还是低。

4.电场力做功与电势能变化的关系

⑴静电力对电荷做正功电势能就减小，静电力对电荷做负功电势能就增加。

⑵静电力对电荷做功等于电荷电势能的变化量，所以静电力的功是电荷电势能变化的量度。

考点6：电势

1.定义：电场中某点的电势能与它的电荷量的比值。电场中某点的电势在数值上等于把1C正电荷从某点移到标准位置(零电势点)是静电力说做的功。电势实际上是和标准位置的电势差。

2.定义式：

3.单位：

4.矢标性：是标量，当有正负，电势的正负表示该点电势比零电势点高还是低。

考点7：等势面

1.定义：电场中电势相等的点构成的面叫做等势面。

2.等势面的特点

⑴等势面一定跟电场线垂直

⑵电场线总是从电势较高的等势面指向电势较低的等势面

⑶任意两等势面都不会相交

⑷电荷在同一等势面上移动时，电场力做功为零

⑸电场强度较大的地方，等差等势面较密

⑹几种常见的等势面如下：

考点8：电势差

1.定义：

2. 矢标性：是标量，但有正负，正负代表电势的高低

考点9：匀强电场中电势差和电场强度的关系

1.匀强电场中电势差U和电场强度E的关系式为：

2.说明

⑴只适用于匀强电场的计算

⑵式中的d的含义是某两点沿电场线方向上的距离，或两点所在等势面间距。由此可以知道：电场强度的方向是电势降落最快的方向。

考点10：电容器

1.构成：两个互相靠近又彼此绝缘的导体构成电容器。

2.充放电：

(1)充电：使电容器两极板带上等量异种电荷的过程。充电的过程是将电场能储存在电容器中。

(2)放电：使充电后的电容器失去电荷的过程。放电的过程中储存在电容器中的电场能转化为其它形式的能量。

3.电容器带的电荷量：是指每个极板上所带电荷量的绝对值

4.电容器的电压

额定电压：是指电容器的最大正常工作电压即电容器铭牌上的标定数值。

击穿电压：是指把电容器的电介质击穿导电使电容器损坏的极限电压。

考点11：电容

1.定义：电容器所带的电荷量Q与两极板间的电压U的比值

2..电容的单位：法拉

3.物理意义：电容是描述电容器容纳电荷本领大小的物理量，在数值上等于电容器两板间的电势差增加1V所需的电荷量。

4.制约因素：电容器的电容与Q、U的大小无关，是由电容器本身的结构决定的。对一个确定的电容器，它的电容是一定的，与电容器是否带电及带电多少无关。

考点12：平行板电容器

1.平行板电容器的电容的决定式：

即平行板电容器的电容与介质的介电常数成正比，与两板正对的面积成正比，与两板间距成反比。

2.平行板电容器两板间的电场：可认为是匀强电场，E=U/d

3.电容器所带电量和两极板上电压的变化常见的有两种基本情况：

第一种情况：若电容器充电后再将电源断开，则表示电容器的电量Q为一定，此时电容器两极的电势差将随电容的变化而变化。

第二种情况：若电容器始终和电源接通，则表示电容器两极板的电压U为一定，此时电容器的电量将随电容的变化而变化。

考点13：带电粒子在电场中的运动(注意判断带电粒子的重力是否可以忽略)

1.带电粒子的加速：对于加速问题，一般从能量角度，应用动能定理求解。若为匀变速直线运动，可用牛顿运动定律与运动学公式求解。

2.带电粒子在匀强电场中的偏转：对于带电粒子以垂直匀强电场的方向进入电场后，受到的电场力恒定且与初速度方向垂直，做匀变速曲线运动(类平抛运动)。

⑴处理方法往往是利用运动的合成与分解的特性：分合运动的独立性、分合运动的等时性、分运动与合运动的等效性。沿初速度方向为匀速直线运动、沿电场力方向为初速度为零的匀加速运动。

⑵带电粒子的重力忽略不计

基本关系：x方向：匀速直线运动vx=vo, L=v0t

Y方向：初速度为零的匀加速直线运动

推论1：粒子从偏转电场中射出时,其速度反向延长线与初速度方向交一点,此点平分沿初速度方向的位移。

推论2：位移和速度不在同一直在线，且tanφ=2tanα。

注意：处于静电平衡的导体是个等势体,表面是个等势面,导体外表面附近的电场线垂直于导体表面，导体内部合场强为零，导体内部没有净电荷,净电荷只分布于导体外表面。

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