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【高中物理】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
2021-10-07 
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爱学海
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1、电荷及电荷守恒定律 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 Q1Q2 / r2 其中比例常数K叫静电力常量，K=9.0×109N•m2/c2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 Q2/(3r)2 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 Q2/(3r)2。同理，若两球带同种电荷Q，则F<K Q2/(3r)2 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，与放不放检验电荷，以及放入检验电荷的正、负电量的多少均无关，既不能认为E与F成正比，也不能认为E与q成反比。 要区别场强的定义式E= F/q与点电荷场强的计算式E=KQ/r2 ，前者适用于任何电场，后者只适用于真空（或空气）中点电荷形成的电场。 4、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： (a)始于正电荷（或无穷远），终止负电荷（或无穷远）； (b)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。 5、匀强电场 场强方向处处相同，场强大小处处相等的区域称为匀强电场，匀强电场中的电场线是等距的平行线，平行正对的两金属板带等量异种电荷后，在两极之间除边缘外就是匀强电场。 6、电势能 由电荷在电场中的相对位置决定的能量叫电势能。 电势能具有相对性，通常取无穷远处或大地为电势能和零点。 由于电势能具有相对性，所以实际的应用意义并不大。而经常应用的是电势能的变化。电场力对电荷做功，电荷的电势能减速少，电荷克服电场力做功，电荷的电势能增加，电势能变化的数值等于电场力对电荷做功的数值，这常是判断电荷电势能如何变化的依据。 7、电势、电势差 ⑴电势是描述电场的能的性质的物理量在电场中某位置放一个检验电荷q，若它具有的电势能为ε，则比值 ε/q 叫做该位置的电势。 电势也具有相对性，通常取离电场无穷远处或大地的电势为零电势（对同一电场，电势能及电势的零点选取是一致的）这样选取零电势点之后，可以得出正电荷形成的电场中各点的电势均为正值，负电荷形成的电场中各点的电势均为负值。 ⑵电场中两点的电势之差叫电势差，依教材要求，电势差都取绝对值，知道了电势差的绝对值，要比较哪个点的电势高，需根据电场力对电荷做功的正负判断，或者是由这两点在电场线上的位置判断。 ⑶电势相等的点组成的面叫等势面。等势面的特点： (a)等势面上各点的电势相等，在等势面上移动电荷电场力不做功。 (b)等势面一定跟电场线垂直，而且电场线总是由电势较高的等势面指向电势较低的等势面。 (c)规定：画等势面（或线）时，相邻的两等势面（或线）间的电势差相等。这样，在等势面（线）密处场强较大，等势面（线）疏处场强小。 ⑷电场力对电荷做功的计算公式：W=qU，此公式适用于任何电场。电场力做功与路径无关，由起始和终了位置的电势差决定。 ⑸在匀强电场中电势差与场强之间的关系是U=Ed，公式中的d是沿场强方向上的距离。 8、电场中的导体 ⑴静电感应：把金属导体放在外电场E中，由于导体内的自由电子受电场力作用而定向移动，使导体的两个端面出现等量的异种电荷，这种现象叫静电感应。 ⑵静电平衡：发生静电感应的导体两端面感应的等量异种电荷形成一附加电场E，当附加电场与外电场完全抵消时，自由电子的定向移动停止，这时的导体处于静电平衡状态。 ⑶处于静电平衡状态导体的特点： (a)导体内部的电场强处处为零，电场线在导体的内部中断。 (b)导体是一个等势体，表面是一个等势面。 (c)导体表面上任意一点的场强方向跟该点的表面垂直。 (d)导体断带的净电荷全部分布在导体的外表面上。 |
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