物理選修3-1知識點(diǎn)即公式總結(jié)第一章電場一、電場基本規(guī)律1、電荷電荷守恒定律自然界中只存在正、負(fù)電荷自然界中兩種電荷的總量是守恒的，使物質(zhì)帶電的過程，就是使電荷從一個物體轉(zhuǎn)移到另一物體（如摩擦起電和接觸帶電）；或者是從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分（靜電感應(yīng)），不管何種方式，電荷既不能創(chuàng)造，也不能消失，這就是電荷守恒定律（1）三種帶電方式：摩擦起電-掠奪式、接觸起電-均分式、感應(yīng)起電-本能式（2）元電荷：最小的帶電單元，自然界任何物體的帶電荷量都是元電荷（e=1.6×10-19c）的整數(shù)倍，電子、質(zhì)子的電荷量都等于元電荷，但電性不同，前者為負(fù)，后者為正。2、庫倫定律：（1）定律內(nèi)容：真空中兩個靜止點(diǎn)電荷之間的相互作用力，與它們的電荷量的乘積成正比，與它們的距離的平方成反比，作用力的方向在它們的連線上。（2）表達(dá)式：k=9.0×109N·m2/C2——靜電力常量F是電場力（N）k是靜電力常量（=9.0×109N?m2/C2）q1、q2是電荷帶電量（C）r是兩個電荷的距離（m）（3）適用條件：真空中靜止的點(diǎn)電荷。 二、電場力的性質(zhì)：1、電場的基本性質(zhì)：電場對放入其中的電荷有力的作用。2、電場強(qiáng)度E：（1）定義：電荷在電場中某點(diǎn)受到的電場力F與電荷的帶電量q的比值，就叫做該點(diǎn)的電場強(qiáng)度。（2）定義式：E與F、q無關(guān)，只由電場本身決定。E是電場強(qiáng)度（N/C或V/m2均可，1N/C=1V/m2）F是電場力（N）q是電荷量（C）（3）電場強(qiáng)度是矢量：大?。涸跀?shù)值上為單位電荷受到的電場力。方向：規(guī)定正電荷受力方向，負(fù)電荷受力與E的方向相反。（4）單位：N/C,V/m1N/C=1V/m（5）其他的電場強(qiáng)度公式eq\o\ac(○,1)點(diǎn)電荷的場強(qiáng)公式：——Q場源電荷EQ是點(diǎn)電荷電場強(qiáng)度（N/C或V/m2均可，1N/C=1V/m2）k是靜電力常量（=9.0×109N?m2/C2）Q是點(diǎn)電荷帶電量（C）r是半徑（m）；eq\o\ac(○,2)勻強(qiáng)電場場強(qiáng)公式：——d沿電場方向等勢面間距離UAB是A、B兩點(diǎn)的電勢差（V）d是距離（m）E是電場強(qiáng)度（N/C或V/m2均可，1N/C=1V/m2）（6）場強(qiáng)的疊加：遵循平行四邊形法則3、電場線：（1）意義：形象直觀描述電場強(qiáng)弱和方向的理想模型，實(shí)際上是不存在的（2）電場線的特點(diǎn)：eq\o\ac(○,1)電場線起于正電荷（無窮遠(yuǎn)），止于（無窮遠(yuǎn)）負(fù)電荷eq\o\ac(○,2)不封閉，不相交，不相切。eq\o\ac(○,3)沿電場線電勢降低，且電勢降低最快。一條電場線無法判斷場強(qiáng)大小，可以判斷電勢高低。eq\o\ac(○,4)電場線垂直于等勢面，靜電平衡導(dǎo)體，電場線垂直于導(dǎo)體表面（3）幾種特殊電場的電場線：各點(diǎn)的切線方向反映場強(qiáng)的方向，疏密程度反映場強(qiáng)的大小。特點(diǎn)：假想的（不存在）、不相交、不閉合，從正電荷出發(fā)，終止于負(fù)電荷。EE三、電場能的性質(zhì)1、電場能的基本性質(zhì)：電荷在電場中移動，電場力要對電荷做功。2、電勢能Ep：（1）定義：電荷在電場中，由于電場和電荷間的相互作用，由位置決定的能量。電荷在某點(diǎn)的電勢能等于電場力把電荷從該點(diǎn)移動到零勢能位置時(shí)所做的功。（2）定義式：——帶正負(fù)號計(jì)算（3）特點(diǎn)：eq\o\ac(○,1)電勢能具有相對性，相對零勢能面而言，通常選大地或無窮遠(yuǎn)處為零勢能面。eq\o\ac(○,2)電勢能的變化量△Ep與零勢能面的選擇無關(guān)。3、電勢φ：（1）定義：電荷在電場中某一點(diǎn)的電勢能Ep與電荷量的比值。（2）定義式：φ——單位：伏（V）——帶正負(fù)號計(jì)算φ是電勢（V）E是電勢能（J）q是電荷量（C）（3）特點(diǎn)：eq\o\ac(○,1)電勢具有相對性，相對參考點(diǎn)而言。但電勢之差與參考點(diǎn)的選擇無關(guān)。eq\o\ac(○,2)電勢是一個標(biāo)量，但是它有正負(fù)，正負(fù)只表示該點(diǎn)電勢比參考點(diǎn)電勢高，還是低。eq\o\ac(○,3)電勢的大小由電場本身決定，與Ep和q無關(guān)。eq\o\ac(○,4)電勢在數(shù)值上等于單位正電荷由該點(diǎn)移動到零勢點(diǎn)時(shí)電場力所做的功。（4）電勢高低的判斷方法ABeq\o\ac(○,1)根據(jù)電場線判斷：沿著電場線方向電勢降低。φA>φBABeq\o\ac(○,2)根據(jù)電勢能判斷：正電荷：電勢能大，電勢高；電勢能小，電勢低。負(fù)電荷：電勢能大，電勢低；電勢能小，電勢高。結(jié)論：只在電場力作用下，靜止的電荷從電勢能高的地方向電勢能低的地方運(yùn)動。4、電勢差UAB（1）定義：電場中兩點(diǎn)間的電勢之差。也叫電壓。（2）定義式：UAB=φA-φBφA是A點(diǎn)電勢（V）φB是B點(diǎn)電勢（V）；UAB是A、B兩點(diǎn)的電勢差（V）（3）特點(diǎn)：eq\o\ac(○,1)電勢差是標(biāo)量，卻有正負(fù)，只表示起點(diǎn)和終點(diǎn)的電勢誰高誰低。eq\o\ac(○,2)單位：伏（V）eq\o\ac(○,3)電場中兩點(diǎn)的電勢差是確定的，與零勢面的選擇無關(guān)eq\o\ac(○,4)U=Ed勻強(qiáng)電場中兩點(diǎn)間的電勢差計(jì)算公式?！妱莶钆c電場強(qiáng)度之間的關(guān)系。5、電場力做功WAB：（1）電場力做功的特點(diǎn)：電場力做功與路徑無關(guān)，只與初末位置有關(guān)，即與初末位置的電勢差有關(guān)。（2）表達(dá)式：WAB=UABq—帶正負(fù)號計(jì)算（適用于任何電場）UAB是A、B兩點(diǎn)的電勢差（V）q是電荷量（C）WAB是從A點(diǎn)到B點(diǎn)做的功（J）WAB=Eqd—d沿電場方向的距離?！獎驈?qiáng)電場（3）電場力做功與電勢能的關(guān)系WAB=-△Ep=EpA-EPB無條件結(jié)論結(jié)論：電場力做正功，電勢能減少無條件結(jié)論電場力做負(fù)功，電勢能增加6、等勢面：（1）定義：電勢相等的點(diǎn)構(gòu)成的面。（2）特點(diǎn)：eq\o\ac(○,1)等勢面上各點(diǎn)電勢相等，在等勢面上移動電荷，電場力不做功。eq\o\ac(○,2)等勢面與電場線垂直eq\o\ac(○,3)兩等勢面不相交eq\o\ac(○,4)等勢面的密集程度表示場強(qiáng)的大?。菏枞趺軓?qiáng)。eq\o\ac(○,5)畫等勢面時(shí)，相鄰等勢面間的電勢差相等。（3）判斷非勻強(qiáng)電場線上兩點(diǎn)間的電勢差的大小：靠近場源（場強(qiáng)大）的兩點(diǎn)間的電勢差大于遠(yuǎn)離場源（場強(qiáng)?。┫嗟染嚯x兩點(diǎn)間的電勢差。AABC若AB=BC，則UAB>UBC7、靜電平衡狀態(tài)：（1）定義：導(dǎo)體內(nèi)不再有電荷定向移動的穩(wěn)定狀態(tài)（2）特點(diǎn)：eq\o\ac(○,1)處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，內(nèi)部場強(qiáng)處處為零。eq\o\ac(○,2)感應(yīng)電荷在導(dǎo)體內(nèi)任何位置產(chǎn)生的電場都等于外電場在該處場強(qiáng)大小相等，方向相反。eq\o\ac(○,3)處于靜電平衡狀態(tài)的整個導(dǎo)體是個等勢體，導(dǎo)體表面是個等勢面。eq\o\ac(○,4)電荷只分布在導(dǎo)體的外表面，與導(dǎo)體表面的彎曲程度有關(guān)，越彎曲，電荷分布越多。SABSABLC充電過程S-A：電源的電能轉(zhuǎn)化為電容器的電場能放電過程S-B：電容器的電場能轉(zhuǎn)化為其他形式的能2、電容：（1）物理意義：表示電容器容納電荷本領(lǐng)的物理量。（2）定義：電容器所帶電量Q與電容器兩極板間電壓U的比值就叫做電容器的電容。（3）定義式：——是定義式不是決定式C是電容（F）Q是電荷量（C）U是電勢差（V）；——是電容的決定式（平行板電容器）7.推導(dǎo)公式：E=EQ\F(U,d)==EQ\F(4πkQ,εs)E是電場強(qiáng)度（N/C或V/m2均可，1N/C=1V/m2）U是電勢差（V）d是距離（m）Q是帶電量（C）k是靜電力常量（=9.0×109N?m2/C2）ε是相對介電常數(shù)；（4）單位：法拉F，微法μF，皮法pF1pF=10-6μF=10-12F（5）特點(diǎn)：eq\o\ac(○,1)電容器的電容C與Q和U無關(guān)，只由電容器本身決定。eq\o\ac(○,2)電容器的帶電量Q是指一個極板帶電量的絕對值。eq\o\ac(○,3)電容器始終與電源相連，則電容器的電壓不變。電容器充電完畢，再與電源斷開，則電容器的帶電量不變。eq\o\ac(○,4)在有關(guān)電容器問題的討論中，經(jīng)常要用到以下三個公式和eq\o\ac(○,3)的結(jié)論聯(lián)合使用進(jìn)行判斷五、應(yīng)用——帶電粒子在電場中的運(yùn)動（平衡問題，加速問題，偏轉(zhuǎn)問題）Eqmgv01、基本粒子不計(jì)重力，但不是不計(jì)質(zhì)量，如質(zhì)子（），電子，α粒子（）,氕（），氘（），氚（）Eqmgv0帶電微粒、帶電油滴、帶電小球一般情況下都要計(jì)算重力。2、平衡問題：電場力與重力的平衡問題。mg=EqUvUv（1）由牛頓第二定律解釋，帶電粒子在電場中加速運(yùn)動（不計(jì)重力），只受電場力Eq，粒子的加速度為a=Eq/m，若兩板間距離為d，則（2）由動能定理解釋，，可見加速的末速度與兩板間的距離d無關(guān)，只與兩板間的電壓有關(guān)，但是粒子在電場中運(yùn)動的時(shí)間不一樣，d越大，飛行時(shí)間越長。4、偏轉(zhuǎn)問題——類平拋運(yùn)動（由兩極板間中點(diǎn)射入）在垂直電場線的方向：粒子做速度為v0勻速直線運(yùn)動。 在平行電場線的方向：粒子做初速度為0、加速度為a的勻加速直線運(yùn)動。帶電粒子若不計(jì)重力，則在豎直方向粒子的加速度帶電粒子做類平拋的水平距離，若能飛出電場水平距離為L，若不能飛出電場則水平距離為x帶電粒子飛行的時(shí)間：t=x/v0=L/v0——————eq\o\ac(○,1)Lv0yvv0vyθθLv0yvv0vyθθ粒子在豎直方向做勻加速運(yùn)動：———eq\o\ac(○,3)粒子在豎直方向的分速度:——————eq\o\ac(○,4)粒子出電場的速度偏角：——————eq\o\ac(○,5)由eq\o\ac(○,1)eq\o\ac(○,2)eq\o\ac(○,3)eq\o\ac(○,4)eq\o\ac(○,5)可得：飛行時(shí)間：t=L/vO豎直分速度：U1Lv0U1Lv0yvv0vyθθL＇y＇UU1Lv0yvv0vyθθL＇y＇飛行時(shí)間：t=L/vO偏向角：側(cè)向偏移量：ｙ＇＝在這種情況下，一束粒子中各種不同的粒子的運(yùn)動軌跡相同。即不同粒子的側(cè)移量，偏向角都相同，但它們飛越偏轉(zhuǎn)電場的時(shí)間不同，此時(shí)間與加速電壓、粒子電量、質(zhì)量有關(guān)。如果在上述例子中粒子的重力不能忽略時(shí)，只要將加速度a重新求出即可，具體計(jì)算過程相同。5、示波器的原理同書上結(jié)構(gòu)圖。1F是電場力（N）k是靜電力常量（=9.0×109N?m2/C2）q1、q2是電荷帶電量（C）r是兩個電荷的距離（m）；2.E=EQ\F(F,q)E是電場強(qiáng)度（N/C或V/m2均可，1N/C=1V/m2）F是電場力（N）q是電荷量（C）*點(diǎn)電荷：EQ是點(diǎn)電荷電場強(qiáng)度（N/C或V/m2均可，1N/C=1V/m2）k是靜電力常量（=9.0×109N?m2/C2）Q是點(diǎn)電荷帶電量（C）r是半徑（m）；3.φ=EQ\F(E,q)φ是電勢（V）E是電勢能（J）q是電荷量（C）；4.=UAB是A、B兩點(diǎn)的電勢差（V）q是電荷量（C）WAB是從A點(diǎn)到B點(diǎn)做的功（J）EpA是A點(diǎn)的電勢能（J）EpB是B點(diǎn)的電勢能（J）φA是A點(diǎn)電勢（V）φB是B點(diǎn)電勢（V）；5.UAB=EdUAB是A、B兩點(diǎn)的電勢差（V）d是距離（m）E是電場強(qiáng)度（N/C或V/m2均可，1N/C=1V/m2）6.C=EQ\F(Q,U)C是電容（F）Q是電荷量（C）U是電勢差（V）；7.推導(dǎo)公式：E=EQ\F(U,d)==EQ\F(4πkQ,εs)E是電場強(qiáng)度（N/C或V/m2均可，1N/C=1V/m2）U是電勢差（V）d是距離（m）Q是帶電量（C）k是靜電力常量（=9.0×109N?m2/C2）ε是相對介電常數(shù)；8.q=Itq是電荷量（C）I是電流（A）t是時(shí)間（s）；9.I=EQ\F(U,R)（歐姆定律）I=EQ\F(E,R+r)（閉合電路歐姆定律）I是電流（A）U是電勢差（電壓）（V）R是電阻（Ω）E是電動勢（V）r是內(nèi)電阻（Ω）推導(dǎo)公式：E=U外+U內(nèi)=IR+IrU外是外電路電勢差（電壓）（V）U內(nèi)是內(nèi)電路電勢差（電壓）（V）串聯(lián)電路總電阻：R=R1+R2+并聯(lián)電路總電阻：=+=>R=*串聯(lián)分壓與電阻成正比，并聯(lián)電流與電阻成反比：“串正并反”！10.P=UIW=UIt=PtP是電功率（W）U是電勢差（電壓）（V）I是電流（A）W是電功（J）t是時(shí)間（s）推導(dǎo)公式：∵I=EQ\F(U,R)，P=UI∴R=，P=I2RU額是額定電壓（V）U實(shí)是實(shí)際電壓（V）P額是額定功率（W）P實(shí)是實(shí)際功率（W）R是純電阻電路的電阻（Ω）Q=I2Rt，R=ρEQ\F(L,S)Q是電流產(chǎn)生的熱量（焦耳熱）（J）L是導(dǎo)體長度（m）ρ是電阻率，由材料本身決定（Ω?m）S是導(dǎo)體橫截面積（m2）；*歐姆定律中的所有公式要求是在純電阻