高中物理选修3-1知识点及典型例题

电荷及其守恒定律1.学习目标1.知道两种电荷及其相互作用，知道电量的概念。2.知道摩擦起电和感应起电并不是创造了电荷，而是使物体中的正负电荷分开。3.知道电荷守恒定律。4.知道什么是元电荷。二、知识点说明1、电荷守恒定律和元电荷1.两种电荷：(1)正电荷：丝绸摩擦过的玻璃棒带的电荷；(2)负电荷：毛皮摩擦过的橡胶棒带的电荷。2.电荷间的相互作用：同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。3.使物体带电方法：(1)摩擦起电；(2)接触带电；(3)感应起电。4.摩擦起电：(1)本质：电荷的转移；(2)原因：原子核对核外电子的束缚能力不同。(3)结果：两个相互摩擦的物理带上了等量异种电荷。5.自由电子：金属中，最外层电子脱离原子核束缚在金属中自由活动的电子，失去电子的原子变成为了带正电的离子。6.静电感应：把电荷移近不带电的异体，可以使导体带电的现象。利用静电感应使物体带电，叫做感应起电。当一个带电体靠近导体时，由于电荷间相互吸引或排斥，导体中的自由电荷便会趋向或远离带电体，使导体靠近带电体的一端带异号电荷，远离带电体的一端带同号电荷。7.电荷守恒定律：电荷既不会产生，也不会消灭，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；在转移过程中，电荷的总量保持不变。(一个与外界没有电荷交换的系统，电荷的代数和保持不变)8.元电荷：(1)最小的电荷量，用e表示，，单位：库仑，简称库，符号用C表示。正电荷的电荷量为正值，负电荷的电荷量为负值。(2)比荷：电子的电荷量e与电子的质量之比，。注意：所有带电体的电荷量或者等于e，或者等于e的整数倍。就是说，电荷量是不能连续变化的物理量。9.验电器：(1)作用：检验物体是否带电。(2)原理：同种电荷相互排斥。三、典型例题例1关于摩擦起电和感应起电的实质，下列说法正确的是：（）A.摩擦起电现象说明了机械能可以转化为电能，也说明通过做功可以创造电荷B.摩擦起电说明电荷可以从一个物体转移到另一个物体C.感应起电说明电荷可以从物体的一个部分转移到物体另一个部分D.感应起电说明电荷从带电的物体转移到原来不带电的物体上去了解析:摩擦起电的实质是：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，于是原来电中性的物体由于得到电子而带上负电，失去电子的物体带上正电。即电荷在物体之间转移。感应起电的实质是：当一个带电体靠近导体时，由于电荷之间的相互吸引或排斥，导致导体中的自由电荷趋向或远离带电体，使导体上靠近带电体的一端带异种电荷，远离的一端带同种电荷。即电荷在物体的不同部分之间转移。由电荷守恒定律可知：电荷不可能被创造。答案:BC例2绝缘细线上端固定，下端悬挂一个轻质小球a，a的表面镀有铝膜，在a的附近，有一个绝缘金属球b，开始a、b都不带电，如图所示，现在使a带电，则：（）A.a、b之间不发生相互作用B.b将吸引a，吸住后不放C.b立即把a排斥开D.b先吸引a，接触后又把a排斥开解析：当a带上电荷后，由于带电体要吸引轻小物体，故a将吸引b。这种吸引是相互的，故可以观察到a被b吸引过来。当它们相互接触后，电荷从a转移到b，它们就带上了同种电荷，根据电荷间相互作用的规律，它们又将互相排斥。答案：D例3如图所示，将带电棒移近两个不带电的导体球，两个导体球开始时互相接触且对地绝缘，下述几种方法中能使两球都带电的是（）A．先把两球分开，再移走棒B．先移走棒，再把两球分开C．先将棒接触一下其中的一个球，再把两球分开D．棒的带电荷量不变，两导体球不能带电解析：带电棒移近导体球但不与导体球接触，从而使导体球上的电荷重新分布，甲球左侧感应出正电荷，乙球右侧感应出负电荷，此时分开甲、乙球，则甲、乙球上分别带上等量的异种电荷，故A正确；如果先移走带电棒，则甲、乙两球上的电荷又恢复原状，则两球分开后不显电性，故B错；如果先将棒接触一下其中的一球，则甲、乙两球会同时带上和棒同性的电荷，故C正确．可以采用感应起电的方法使两导体球带电，而使棒的带电荷量保持不变，故D错误。答案：AC库仑定理一、学习目标1．掌握库仑定律，要求知道点电荷的概念，理解库仑定律的含义及其公式表达，知道静电力常量．2．会用库仑定律的公式进行有关的计算。3．知道库仑扭秤的实验原理二、知识点说明1.内容：真空中两个静止点电荷之间的相互作用，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。2.静电力(库仑力)：静止点电荷之间的相互作用力。3.点电荷：带电体间的距离比它们自身的大小大得多，以至带电体的形状大小以及电荷分布状况可以忽略，这样的带电体就叫做点电荷，它是一种理想模型。4.计算公式：。k是比例系数，叫静电力常量，r是电荷间的距离。单位:q的单位是库仑(C)，力的单位是牛顿(N)，距离单位是米(m)，。微观粒子间的万有引力远小于库仑力，万有引力可以忽略不计。5.方向：点电荷之间的库仑力方向在两者连线上。三、典型例题例1：如图所示，三个完全相同的金属小球a、b、c位于等边三角形的三个顶点上．a和c带正电，b带负电，a所带电荷量的大小比b的小．已知c受到a和b的静电力的合力可用图中四条有向线段中的一条来表示，它应是()A．F1B．F2C．F3D．F4解析：选B.据“同电相斥、异电相引”规律，确定电荷c受到a和b的库仑力方向，考虑a的带电荷量小于b的带电荷量，因此Fb大于Fa，Fb与Fa的合力只能为F2，故选项B正确。答案：B例2：如图所示，两个质量均为m的完全相同的金属球壳a和b，其壳层的厚度和质量分布均匀，将它们固定于绝缘支座上，两球心间的距离l为球半径的3倍．若使它们带上等量异种电荷，使其电荷量的绝对值均为Q，那么关于a、b两球之间的万有引力F引和库仑力F库的表达式正确的是()A．F引＝，F库＝B．F引≠，F库≠C．F引≠，F库＝D．F引＝，F库≠解析：由于a、b两球所带异种电荷相互吸引，使它们各自的电荷分布不均匀，即相互靠近的一侧电荷分布较密集，又l＝3r，不满足l≫r的要求，故不能将带电球壳看成点电荷，所以不能应用库仑定律，故F库≠.虽然不满足l≫r，但由于其壳层的厚度和质量分布均匀，两球壳可看成质量集中于球心的质点，可以应用万有引力定律，故F引＝。答案：D3.质量均为m的三个带电小球A、B、C放置在光滑绝缘的水平面上，相邻球间的距离均为L，A球带电量＝＋10q；B球带电量＝＋q。若在C球上加一个水平向右的恒力F，如图7所示，要使三球能始终保持L的间距向右运动，问外力F为多大？C球带电性质是什么？解析：由于A、B两球都带正电，它们互相排斥，C球必须对A、B都吸引，才能保证系统向右加速运动，故C球带负电荷。以三球为整体，设系统加速度为a，则F＝3ma①隔离A、B，由牛顿第二定律可知：对A：－＝ma②对B：＋＝ma③联立①、②、③得F＝。答案：负电荷电场强度一、学习目标1．知道电荷间的相互作用是通过电场发生的，知道电场是客观存在的一种特殊物质形态。2．理解电场强度的概念及其定义式，会根据电场强度的定义式进行有关的计算，知道电场强度是矢量，知道电场强度的方向是怎样规定的。3．能根据库仑定律和电场强度的定义式推导点电荷场强的计算式，并能用此公式进行有关的计算。4．知道电场的叠加原理，并应用这个原理进行简单的计算。二、知识点说明1.电场：(1)电场：电荷及变化磁场周围空间里存在的一种特殊物质；电荷间通过电场相互作用。(2)电磁场：有内在联系、相互依存的电场和磁场的统一体的总称。(3)静电场：静止电荷产生的磁场。2.电场强度：(1)试探电荷(检验电荷)：1内容：用来检验电场是否存在及其强弱分布情况的带点小球；2条件：A电荷量和尺寸必须充分小；B对金属球上的电荷分布不产生明显影响。(2)场源电荷(源电荷)：激发电场的带电小球所带的电荷。(3)定义：放入电场中某点的电荷所受静电力F跟它的电荷量比值，叫做该点的电场强度。(4)物理意义：1描述电场强弱的物理量；2描述电场的力的性质的物理量。3电场强度的大小取决与电场本身，或者说取决于激发电场的电荷，与电场中的受力电荷无关。(5)定义式：。(F为电场对试探电荷的作用力，q为放入电场中某点的检验电荷(试探电荷)的电荷量)(6)单位：牛(顿)每库(仑)，符号为；或者伏(特)每米，符号为；1=。(7)方向：电场强度是矢量；规定为放在该点的正电荷受到的静电力方向；与正电荷受力方向相同，与负电荷受力方向相反。(8)适用条件：适用于一切电场。3.点电荷的电场以及电场强度的叠加。(1)点电荷的电场：1电场强度：。(只适用于点电荷；E是电场强度，k是静电力常量，Q是点电荷的电量，r是源电荷与试探电荷的距离)2方向：如果以Q为中心作一球面，Q为正电荷，E方向沿半径向外；Q为负电荷，E方向沿半径向外。(2)电场强度的叠加：电场中某点的电场强度为各个点电荷单独在该点产生的电场强度的矢量和。4.电场力：。5.电场线：在电场中画出一系列从正电荷或无穷远处出发到负电荷或无穷远处终止的曲线，曲线上每一点的切线方向都跟该点的场强方向一致，此曲线叫电场线。电场线的特点：(1)电场线是起源于正电荷或无穷远处，终止于负电荷或无穷远处的有源线。(2)电场线不闭合、不相交、不间断的曲线。(3)电场线的疏密反映电场的强弱，电场线密的地方场强大，电场线稀的地方场强小。(4)电场线不表示电荷在电场中的运动轨迹，也不是客观存在的曲线，而是人们为了形象直观的描述电场而假想的曲线。常见电场的电场线 电场 电场线图样 简要描述 正点电荷 发散状 负点电荷 会聚状 等量同号电荷 相斥状 等量异号电荷 相吸状6.匀强电场：(1)定义：如果电场中各点电场强度的大小相等、方向相同，这个电场就叫做匀强电场。(2)特点：匀强电场的电场线是间隔相等的平行线。(3)大小：，U为两点间电势差，d为沿电场线方向的距离。(4)物理意义：沿电场线方向单位长度的电势降落，单位长度电压越大，场强越大。例如，两等大、正对且带等量异种电荷的平行金属板间的电场中，除边缘附近外，就是匀强电场，如图所示。三、典型例题例1：下列说法正确的是（）1.根据E＝F/q，可知，电场中某点的场强与电场力成正比1.根据E＝kQ/r2，可知电场中某点的场强与形成电场的点电荷的电荷量成正比1.根据场强的叠加原理，可知合电场的场强一定大于分电场的场强1.电场线就是点电荷在电场中的运动轨迹解析：这个问题涉及到有关电场的基本概念。E＝F/q作为电场强度的定义式，给出了电场强度的一种测量方式或方法。而对于电场中的某一确定的点，放在该处的试探电荷的电荷量不同，电荷受到的电场力也不同，但电场力和电荷量的比值却是不变的，即电场强度与电场力及试探电荷的电荷量无关，而由场源电荷及研究点在场中的位置决定。对于点电荷形成的电场，确定点的场强与形成电场的场源电荷的电量成正比。电场强度是矢量，合场强由平行四边形法则确定，作为合场强的平行四边形的对角线不一定比作为分场强的平行四边形的邻边长。只有当电场线是直线，带电粒子只在电场力的作用下，电荷的初速度为零或初速度方向与电场线重合时，电荷的运动轨迹才会与电场线重合。答案：B例2：如图所示，以O为圆心，r为半径的圆与坐标轴的交点分别为a、b、c、d，空间有与x轴正方向相同的匀强电场E，同时在O点固定一个电荷量为＋Q的点电荷，如果把一个带电量为－q的试探电荷放在c点，则恰好平衡，那么匀强电场的场强为多少？a、d两点的实际场强为多少？解析：图示空间有匀强电场和点电荷形成的电场，任何一点的场强都是两个电场在该处场强的合场强。由带电量为－q的试探电荷在c处于平衡可得：解得匀强电场的场强为：由正点电荷形成的电场场强方向从圆心沿半径方向向外。故在a点，点电荷场强方向沿x轴正方向；在d点，点电荷场强方向沿y轴的正方向。在a点，为两个等大、同方向场强的合成，即在b点，为两个等大、互相垂直的场强的合成，即例3：如图所示，质量m＝2.0×10-3kg的带电小球用绝缘细线竖直地悬挂于电场中，当小球的带电量为q1＝1.0×10-4C时，悬线中的张力为T1＝1.5×10-2N，则小球所在处的场强为多大？当小球的带电量为q2＝－1.0×10-4C时，悬线中的张力T2为多大？解析：小球的重力G=mg=2.0×10-2N由题意：绳子拉力T1=1.5×10-2N＜G故电场力F方向向上且有F+T1=G得F=G-T1=5×10-3N小球处的场强E=当q2=-1.0×10-4C时，电场力=F=5×10-3N，方向向下，此时绳中张力为T2=G+=2.5×10-2N。电势能和电势1.学习目标1.理解静电力做功的特点、电势能的概念、电势能与电场力做功的关系。2.理解电势的概念，知道电势是描述电场的能的性质的物理量。明确电势能、电势、静电力的功、电势能的关系。了解电势与电场线的关系，了解等势面的意义及与电场线的关系。二、知识点说明1.电势：在电场中某点的电势等于该点相对零电势点的电势差；也等于单位正电荷由该点移动到参考点（零电势点）时电场力所做的功，电势记作，电势是相对的，某点的电势与零电势点的选取有关，沿电场线的方向，电势逐点降低。说明：（1）电势的相对性。（2）电势是标量。电势是只有大小、没有方向的物理量，电势的正负表示该点的电势高于和低于零电势。2.电场力做功与电势能变化的关系。（1）电场力做功的特点在电场中移动电荷时，电场力所做的功只与电荷的起止位置有关，与电荷经过的路径无关，这一点与重力做功相同。（2）电势能ε电荷在电场中具有的势能叫做电势能，电势能属于电荷和电场系统所有。（3）电场力做功与电势能变化的关系电场力的功与电势能的数量关系WAB=εA－εB=△ε。电场力做正功时，电荷的电势能减小；电场力做负功时，电荷的电势能增加，电场力做了多少功，电荷的电势能就变化多少，即△ε=WAB=qUAB。3.等势面的概念及特点（1）等势面电场中电势相同的各点构成的曲面叫做等势面。（2）等势面的特点①电场线与等势面处处垂直，且总是由电势高的等势面指向电势低的等势面；②在同一等势面上移动电荷时电场力不做功；③处于静电平衡的导体是一个等势体，导体表面是一个等势面；④导体表面的电场线与导体表面处处垂直。（3）熟悉匀强电场、点电荷的电场、等量异种电荷的电场、等量同种点电荷的电场的等势面的分布情况。①点电荷电场中的等势面，是以电荷为球心的一簇球面；②等量同种点电荷电场中的等势面，是两簇对称曲面③等量异种点电荷电场中的等势面，是两簇对称曲面；④匀强电场中的等势面，是垂直于电场线的一簇平面.4.电势与等势面 （1）电势是描述电场中单个点的电场性质，而等势面是描述电场中各点的电势分布。（2）电场线是为了描述电场而人为引入的一组假想线，但等势面却是实际存在的一些面，它从另一角度描述了电场。（3）等势面的性质①同一等势面上任意两点间的电势差为零；②不同的等势面一定不会相交或相切；③电场强度方向垂直等势面且指向电势降低的方向。5.比较电荷在电场中某两点电势能大小的方法(1)场源电荷判断法离场源正电荷越近，试验正电荷的电势能越大，试验负电荷的电势能越小．离场源负电荷越近，试验正电荷的电势能越小，试验负电荷的电势能越大．(2)电场线法正电荷顺着电场线的方向移动时，电势能逐渐减小；逆着电场线的方向移动时，电势能逐渐增大．负电荷顺着电场线的方向移动时，电势能逐渐增大；逆着电场线的方向移动时，电势能逐渐减小．(3)做功判断法无论正、负电荷，电场力做正功，电荷从电势能较大的地方移向电势能较小的地方．反之，如果电荷克服电场力做功，那么电荷将从电势能较小的地方移向电势能较大的地方。6、电场中电势高低的判断和计算方法(1)根据电场线方向判断．因沿电场线方向各点电势总是越来越低，而逆着电场线方向电势总是逐渐升高。(2)根据等势面的分布和数值，都画在同一图上，直接从图上判定电势高低。(3)根据电场力做功公式判定．当已知q和WAB时，由公式WAB=qUAB，则UAB=WAB/q判定。7、电势能与电势的关系(1)电势是反映电场电势能的性质的物理量．还可以从能的角度定义电势：电场中某点的电荷具有的电势能ε跟它的电荷量的比值，叫做该点的电势，即或者ε=qφ，某点的电势与该点是否有电荷无关。(2)正电荷在电势为正值的地方电势能为正值，在电势为负值的地方电势能为负值；负电荷在电势为正的地方电势能为负值，在电势为负的地方电势能为正值。(3)电势是由电场决定，电势能是由电场和电荷共同决定的．它们都是标量、相对量．当零势点确定以后，各点电势有确定的值。由于存在两种电荷，则在某一点不同种电荷的电势能有的为正值，也有的为负值。(4)在实际问题中，我们主要关心的是电场中两点间的电势差UAB和在这两点间移动电荷时，电荷电势能的改变量△εAB。UAB和△εAB都与零电势点的选择无关，有关系式：△εAB=qUAB。8、电势与场强的比较(1)场强是反映电场力的性质，电势是反映电场能的性质，它们都是由比值定义的物理量，因而它们都是由电场本身确定的，与该点放不放电荷无关。(2)电场强度是矢量，电场确定后，各点的场强大小和方向都惟一地确定了。(即各点场强大小有确定的值)电势是标量，是相对量．电场确定后，各点电势的数值还可随零电势点的不同而改变。(3)电场线都能描述它们，但又有所不同：电场线的密度表示场强的大小，电场线上各点的切线方向表示场强的方向。沿电场线的方向，电势越来越低，但不能表示电势的数值。1.典型例题例1：如图所示，当带电体A靠近一个绝缘导体B时，由于静电感应，B两端感应出等量异种电荷。将B的左端接地，绝缘导体B带何种电荷？解析：因为导体B处于正电荷所形成的电场中，而正电荷所形成的电场电势处处为正，所以导体B的电势是正的，UB＞U地；而负电荷在电场力的作用下总是从低电势向高电势运动，B左端接地，使地球中的负电荷（电子）沿电场线反方向进入高电势B导体的右端与正电荷中和，所以B导体将带负电荷。答案：B导体将带负电荷例2：如图所示，实线是一个电场中的电场线，虚线是一个负检验电荷在这个电场中的轨迹，若电荷是从a处运动到b处，以下判断正确的是()A．电荷从a到b加速度减小B．b处电势能大C．b处电势高D．电荷在b处速度小解析：由图可知b处的电场线比a处的电场线密，说明b处的场强大于a处的场强。根据牛顿第二定律，检验电荷在b处的加速度大于在a处的加速度，A选项错。由图可知，电荷做曲线运动，必受到不等于零的合外力，即Fe≠0，且Fe的方向应指向运动轨迹的凹向。因为检验电荷带负电，所以电场线指向是从疏到密。再利用“电场线方向为电势降低最快的方向”判断a，b处电势高低关系是Ua＞Ub，C选项不正确。根据检验电荷的位移与所受电场力的夹角大于90°，可知电场力对检验电荷做负功。功是能量变化的量度，可判断由a→b电势能增加，B选项正确；又因电场力做功与路径无关，系统的能量守恒，电势能增加则动能减小，即速度减小，D选项正确。答案：D例3：将一电量为的点电荷从电场外一点P移至电场中某点A,电场力做功,求A点的电势。解析：设场外一点P的电势为从P到A,电场力做的功答案：－20V电势差一、学习目标1.理解电势差的概念。2.会计算点电荷在电场力作用下，从电场中一点移动到另一点时电场力所做的功。二、知识点说明1、电势差：（又叫电压）（1）定义：电荷q在电场力作用下由A点移到另一点B的过程中，电场力做的功WAB与电荷量q的比值，叫A、B两点之间的电势差UAB。（2）定义式：（3）单位：伏特，符号V，1V=1J/C（4）物理意义：电势差的值即为电场力作用下两点间移动一库仑的正电荷电场力做的功。说明：（1）定义式中，为q从初位置A移动到末位置B电场力做的功，可为正值，也可为负值，q为电荷所带的电量，正电荷取正值，负电荷取负值。（2）电场中两点的电势差，由这两点本身的初、末位置决定。与在这两点间移动电荷的电量、电场力做功的大小无关。在确定的电场中，即使不放入电荷，任何两点间的电势差都有确定的值，不能认为与成正比，与q成反比。只是可以利用、q来计算A、B两点电势差。（3）公式适用于任何电场。2.电势与电势差的比较：（1）电势差是电场中两点间的电势的差值，。（2）电场中某一点的电势的大小，与选取的参考点有关；电势差的大小，与选取的参考点无关。（3）电势和电势差都是标量，单位都是伏特，都有正负值；电势的正负表示该点比参考点的电势大或小；电势差的正负表示两点的电势的高低。3、应用计算时，相关物理量用正、负值代入，其结果：＞0，电场力做正功；＜0，电场力做负功；＞0，＞；＜0，＜三、典型例题例1：下图是一匀强电场，已知场强E=2×102N/C．现让一个电量q=－4×10－8C的电荷沿电场方向从M点移到N点，MN间的距离s=30cm．试求：(1)电荷从M点移到N点电势能的变化．(2)M，N两点间的电势差．解析：(1)由图可知，负电荷在该电场中所受电场力F方向向左．因此从M点移到N点，电荷克服电场力做功，电势能增加，增加的电势能△E等于电荷克服电场力做的功W。电荷克服电场力做功为W=qEs=4×10－8×2×102×0.3J=2.4×10－6J。即电荷从M点移到N点电势能增加了2.4×10－6J。(2)从M点到N点电场力对电荷做负功为WMN=－2.4×10－6J。则M，N两点间的电势差为。即M，N两点间的电势差为60V。例2：将一个电量为－2×10－8C的点电荷，从零电势点S移到M点要反抗电场力做功4×10－8J，则M点电势φM=________，若将该电荷从M点移到N点，电场力做功14×10－8J，则N点电势φN=________，MN两点间的电势差UMN=________。解析：本题可以根据电势差和电势的定义式解决，一般有下列三种解法：解法一：严格按各量的数值正负代入公式求解。由WSM=qUSM得：。而USM=φS－φM，∴φM=φS－USM=(0－2)V=－2V。由WMN=qUMN得：。而UMN=φM－φN，∴φN=φM－UMN=[－2－(－7)]V=5V。解法二：不考虑各量的正负，只是把各量数值代入公式求解，然后再用其他方法判断出要求量的正负。由WSM=qUSM得。∵电场力做负功，∴负电荷q受的电场力方向与移动方向大致相反，则场强方向与移动方向大致相同，故φS＞φM，而φS=0，故φM=－2V。同理可知：UMN=7V，φN=5V。解法三：整体法求N点电势时把电荷从S点移到M点再移动N点，看成一个全过程，在这个过程中，由S到N电场力做的总功等于各段分过程中电场力做功的代数和,即WSN=WSM＋WMN=(－4×10－8＋14×10－8)J=10×10－8J。由WSN=qUSN得：。而φS=0，∴φN=5V。电势差与电场强度的关系一、学习目标1.理解匀强电场中电势差与电场强度的定性、定量关系。对于公式要知道推导过程．2.能够熟练应用解决有关问题。二、知识点说明1.第一种表示方法：1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。2表达式：。2.第二种表示方法：1在匀强电场中，电场强度的大小等于两点间的电势差与两点沿电场强度方向距离的比值。2表达式：。三、典型例题例1：如图所示，虚线a、b、c表示电场中的三个等势面与纸平面的交线，且相邻等势面之间的电势差相等．实线为一带正电粒子仅在电场力作用下通过该区域时的运动轨迹，M、N是这条轨迹上的两点，则下面说法中正确的是（）A．三个等势面中，a的电势最高B．对于M、N两点，带电粒子通过M点时电势能较大C．对于M、N两点，带电粒子通过M点时动能较大D．带电粒子由M运动到N时，加速度增大解析：由于带电粒子做曲线运动，所受电场力的方向必定指向轨道的凹侧，且和等势面垂直，所以电场线方向是由c指向b再指向a．根据电场线的方向是指电势降低的方向，故Uc＞Ub＞Ua，选项A错。带正电粒子若从N点运动到M点，场强方向与运动方向成锐角，电场力做正功，即电势能减少；若从M点运动到N点，场强方向与运动方向成钝角，电场力做负功，电势能增加．故选项B错。根据能量守恒定律，电荷的动能和电势能之和不变，故粒子在M点的动能较大，选项C正确。由于相邻等势面之间电势差相等，因N点等势面较密，则EN＞EM，即qEN＞qEM．由牛顿第二定律知，带电粒子从M点运动到N点时，加速度增大，选项D正确。答案：C、D例2：如图所示，P、Q两金属板间的电势差为50V，板间存在匀强电场，方向水平向左，板间的距离d=10cm，其中Q板接地，两板间的A点距P板4cm。求：(1)P板及A点的电势。(2)保持两板间的电势差不变，而将Q板向左平移5cm，则A点的电势将变为多少?解析：板间场强方向水平向左，可见Q板是电势最高处．Q板接地，则电势φQ=0，板间各点电势均为负值。利用公式可求出极板间匀强电场的场强，再由U=Ed可求出各点与Q板间的电势差，即各点的电势值。(1)场强。QA间电势差=Ed′=5×102×(10－4)×10－2V=30V。∴A点电势φA=－30V，P点电势φP==－50V。(2)当Q板向左平移5cm时，两板间距离d1=10cm－5cm=5cm。Q板与A点间距离变为d″=(10－4)cm－5cm=lcm。电场强度。Q、A间电势差=Ed″=1.0×103×1.0×10－2V=10V。所以A点电势φA=－10V。静电现象的应用一、学习目标1.知道静电感应产生的原因，理解什么是静电平衡状态。2.理解静电平衡时，静电荷只分布在导体表面且内部场强处处为零。3.知道静电屏蔽及其应用。二、知识点说明1.静电平衡状态下导体的特点：⑴内部场强处处为零（不为0则自由电子将继续移动直至合场强为0）⑵导体中没有自由电荷定向移动⑶净电荷分布在导体表面，实验证明：法拉第圆筒实验⑷导体表面附近电场线与表面垂直理论证明：中性导体带电后，由于同种电荷相互排斥，净电荷只能分布在表面反证法：若内部有自由电荷，则内部场强不为0，导体就不是处于静电平衡状态2.静电平衡时导体周围电场分布：上图空间实际电场分布，不会出现虚线电场线3.空腔导体的特点：净电荷只分布在外表面，内表面不带电，空腔内没有电场4.应用电学仪器和电子设备外面套有金属罩通信电缆版面包一层铅皮高压带电作业人员穿金属网衣通讯工具在钢筋结构房屋中接收信号弱三、典型例题例1：使带电的金属球靠近不带电的验电器，验电器的箔片张开。下列各图表示验电器上感应电荷的分布情况，正确的是（）解析：带电的金属球靠近不带电的验电器时，在验电器上感应出异种电荷，A、D错误。验电器的顶端带上了正电荷，金属箔片则带上了负电荷，故B正确，C错误。答案：B例2：如图所示，不带电的导体B在靠近带正电的导体A后，P端及Q端分别感应出负电荷和正电荷，则以下说法正确的是()A．若用导线将Q端接地，然后断开，再取走A，则导体B将带负电B．若用导线将Q端接地，然后断开，再取走A，则导体B将带正电C．若用导线将Q端接地，然后断开，再取走A，则导体B将不带电D．若用导线将P端接地，然后断开，再取走A，则导体B将带正电解析：用导线将Q接地后，导体B与地球构成一个大导体，其距A较近的为P端，仍带感应负电荷；其距A较远处，不再是Q端，而是地球，将感应出正电荷；而Q端成为大导体的中间部分将不会有感应电荷。所以，导体B将带负电荷。答案：A例3：图中接地金属球A的半径为R，球外点电荷的电荷量为Q，到球心的距离为r。该点电荷的电场在球心处产生的感应电场的场强大小等于()A． B．C．0 D．解析：由内部合场强为零可知，感应电荷产生的场强与Q在该点产生的场强等大反向，故。答案：D电容器的电容一、学习目标1.知道什么是电容器及常见的电容器。2.知道电场能的概念，知道电容器充电和放电时的能量转化。3.理解电容器电容的概念及定义式，并能用来进行有关的计算。4.知道平行板电容器的电容与哪些因素有关，有什么关系；掌握平行板电容器的决定式并能运用其讨论有关问题。二、知识点说明1.电容器的电容、平行板电容器的电容(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.(2)电容：电容器所带的电荷量Q(一个极板所带电荷量的绝对值)与两个极板间的电势差U的比值，即电容是表示电容器容纳电荷本领的物理量.(3)常用电容器：纸质电容器、电解电容器、平行板电容器、可变电容器.其中电解电容器连接时应注意其“＋”、“－”极.(4)平行板电容器：平行板电容器的电容C跟介电常数ε成比，跟两板正对面积S成正比，跟两板间距离d成反比，即(5)对电容器电容的两个公式的理解.①公式是电容的定义式，适用于任何电容器.对于一个确定的电容器，其电容只由本身的因素决定，而与其电荷量Q和电压U无关.②公式是平行板电容器的决定式，只适用于平行板电容器.2、平行板电容器的动态分析充电后平行板电容器两极板间形成的电场，可认为是匀强电场，由于某种原因使电容C发生了改变，就会导致电容器的电荷量Q，两板间电压U，匀强电场的场强E发生相应的变化，这类问题常见于两种情况：(1)电容器一直与电源相连接.此时电容器两极板间电势差U保持不变.(2)电容器充电后与电源断开.此时电容器所带的电荷量Q保持不变.分析的基本思路是：三、典型例题例1：平行板电容器所带的电荷量为Q＝4×10-8C，电容器两板间的电压为U＝2V，则该电容器的电容为；如果将其放电，使其所带电荷量为原来的一半，则两板间的电压为，两板间电场强度变为原来的倍，此时平行板电容器的电容为。解析：由电容器电容的定义式得：电容的大小取决于电容器本身的构造，与电容器的带电量无关，故所带电荷量为原来一半时，电容不变。而此时两极板间的电压为：板间为匀强电场，由场强与电压关系可得：答案：2×10-8C、1V、1/2、2×10-8C例2：如图电路中，A、B为两块竖直放置的金属板，G是一只静电计，开关S合上时，静电计张开一个角度，下述情况中可使指针张角增大的是A、合上S，使A、B两板靠近一些B、合上S，使A、B正对面积错开一些C、断开S，使A、B间距增大一些D、断开S，使A、B正对面积错开一些解析：图中静电计的金属杆接A板，外壳与B板均接地，静电计显示的是A、B两板间的电压，指针的张角越大，表示两板间的电压越高。当闭合S时，A、B两板间的电压等于电源两端电压不变。故静电计的张角保持不变。当断开S时，A、B两板构成的电容器的带电量保持不变，如果板间的间距增大，或正对面积减小，由平板电容器电容的决定式可知，电容都将减小，再由可知，板间电压都将增大，即静电计的张角应当变大。答案：C、D例3：一平行板电容器充电后与电源断开，负极板接地。两板间有一个正电荷固定在P点，如图所示，以E表示两板间的场强，U表示电容器两板间的电压，W表示正电荷在P点的电势能，若保持负极板不动，将正极板向下移到图示的虚线位置则：（）A、U变小，E不变B、E变小，W不变C、U变小，W不变D、U不变，W不变解析：一平行板电容器充电后与电源断开，负极板接地，说明电容器的带电量将保持不变，负极板为零电势。当正极板向下移到图示位置时，板间距变小，由E=可知板间的场强E不变，然而板间的电势差U=Ed，U变小；由于P与下板间的距离不变，所以P与下板间的电势差不变，P点的电势不变，故在P点的正电荷的电势能不变，即W不变。答案：AC带点粒子在电场中的运动一、学习目标1．了解带电粒子在电场中的运动——只受电场力，带电粒子做匀变速运动。2．重点掌握初速度与场强方向垂直的带电粒子在电场中的运动(类平抛运动)。3．知道示波管的主要构造和工作原理。二、知识点说明1.带电粒子在电场中加速带电粒子进入电场中加速，若不计粒子重力，根据动能定理，有当初速度v0=0时，末速度v的大小只与带电粒子的荷质比和加速电压U有关，而与粒子在电场中的位移无关.2.带电粒子在电场中的偏转带电粒子沿垂直匀强电场的场强方向进入电场后，做类平抛运动，如图所示，设粒子的电荷量为q，质量为m，初速度为v0，两平行金属板间电压为U，板长为L，板间距离为d，则平行于板方向的分运动是匀速直线运动，L=v0t垂直于板方向的分运动是初速为零的匀加速直线运动所以，侧移距离偏转角θ满足3.示波管的原理(1)结构：示波管是由电子枪、偏转电极和荧光屏组成的，管内抽成真空.(2)原理：如果在偏转电极XX′上加上扫描电压，同时在偏转电极YY′上加上所要研究的信号电压，若其周期与扫描电压的周期相同，在荧光屏上就显示出信号电压随时间变化的图线.4.带电粒子在匀强电场中的运动带电粒子在匀强电场中的运动有两类问题：一是运动和力的关系问题，常用牛顿第二定律结合运动学公式去分析解决；二是运动过程中的能量转化问题，常用动能定理或能量守恒定律去分析解决.(1)在交变电场中的运动①在交变电场中做直线运动.粒子进入电场时的速度方向(或初速为零)跟电场力方向平行，在交变电场力作用下，做加速、减速交替变化的直线运动，通常运用牛顿运动定律和运动学公式分析求解.②在交变电场中的偏转，粒子进入电场时的速度方向跟电场力方向垂直，若粒子在电场中运动的时间远小于交变电场的周期，可近似认为粒子在通过电场的过程中电场力不变，而做类平抛运动.(2)在匀强电场与重力场的复合场中运动处理复合场有关问题的方法常有两种：①正交分解法：将复杂的运动分解为两个相互正交的简单直线运动，分别去研究这两个分运动的规律，然后运用运动合成的知识去求解复杂运动的有关物理量.②等效法：由于带电微粒在匀强电场中所受到的电场力和重力都是恒力，因此，可将电场力F和重力G进行合成如图所示，这样复合场就等效为一个简单场，将其合力F合与重力场的重力类比，然后利用力学规律和方法进行分析和解答.三、典型例题例1、如图所示，电子在电势差为U1的加速电场中由静止开始运动，然后射入电势差为U2的两块平行极板间的电场中.在满足电子能射出平行板区的条件下，下述四种情况下，一定能使电子的偏转角θ变大的是（）A．U1变大，U2变大B．U1变小，U2变大C．U1变大，U2变小D．U1变小，U2变小解析：设电子经电场U1加速后获得的速度为v0，根据动能定理①设极板长为L，两板间距离为d，电子进入偏转电场后做类平抛运动，则平行于极板方向：L=v0t②垂直于极板方向：③偏转角θ满足：④由以上各式可解得：显然，U1减小，U2增大时，θ一定增大.答案：B例2、如图所示，质量为m、电荷量为－q的粒子(重力不计)，在匀强电场中的A点时速度为v，方向与电场线垂直，在B点时速度大小为2v，已知A、B两点间距离为d，求(1)A、B两点间的电压；(2)电场强度的大小和方向.解析：(1)带电粒子从A到B的过程中，由动能定理可得将vA=v，vB=2v代入可解得(2)带电粒子从A到B做类平抛运动，设在垂直电场线和平行电场线方向上的位移分别为x和y。由于A到B，粒子的动能增加，则电场力做正功，所以，场强方向应水平向左.答案：例3、带有等量异种电荷的两个平行金属板A和B水平放置，两板间距离为d(d远小于板的长和宽)，一个带正电的油滴M悬浮在两板的正中央，处于平衡，油滴的质量为m，电荷量为q，如图所示。在油滴的正上方距A板d处有一个质量也为m的带电油滴N，油滴N由静止释放后，可以穿过A板上的小孔，进入两金属板间与油滴M相碰，并立即结合成一个大油滴.整个装置处于真空环境中，若不计油滴M和N间的库仑力和万有引力以及金属板本身的厚度，要使油滴N能与M相碰，且结合成的大油滴(油滴可视为质点)又不与金属板B相碰。求：(1)两个金属板A、B间的电压是多少？哪板电势高？(2)油滴N带何种电荷，电荷量可能是多少？解析：(1)油滴M带正电，在两金属板之间处于平衡，有mg=qU/d，则B板电势较高，电势差(2)若油滴N带负电，则N与M相碰后，结合成大油滴无论其电性为正，还是为负，或者电荷量为零，都将向B板做加速运动而最终与B板相碰.因此，要不落到B板上，油滴N必带正电.设油滴N带电量为Q，油滴N与M相碰前的速度设为v0，有：油滴N能与M相碰：油滴M和N相碰后，结合成大油滴，速度为v，有：此后，大油滴向下运动，不碰到B板，须有代入v和U的值，解得油滴所带电荷量是答案：B板电势较高(2)正电，电源和电流一、学习目标1．让学生明确电源在直流电路中的作用，理解导线中的恒定电场的建立2．知道恒定电流的概念和描述电流强弱程度的物理量——电流。3．从微观意义上看电流的强弱与自由电子平均速率的关系。二、知识点说明1.电流的一层含义（1）大量自由电荷定向移动形成电流的现象；（2）物体中有大量的自由电荷是形成电流的内因，电压是形成电流的外因。2.电流的另一层含义（1）意义：表示电流强弱的物理量（2）定义：通过导体横截面的电荷量q跟通过这些电荷量所用时间的比值叫电流。（3）公式：（定义式）（4）单位：安培（A）、毫安（mA）、微安（μA）（5）是标量，方向规定：正电荷定向移动的方向为电流的方向。（6）方向不随时间而改变的电流叫直流电：方向和强弱都不随时间而改变的电流叫恒定电流。3.电流的微观表达式：I=nqSvn—单位体积内电荷数q—自由电荷量S—导体的横截面v—电荷定向移动的速率三、典型例题例1：来自质子源的质子（初速度为零），经一加速电压为800kV的直线加速器加速，形成电流强度为1mA的细柱形质子流。已知质子电荷e=1.60×10-19C。这束质子流每秒打到靶上的质子数为_________。假定分布在质子源到靶之间的加速电场是均匀的，在质子束中与质子源相距L和4L的两处，各取一段极短的相等长度的质子流，其中的质子数分别为n1和n2，则n1∶n2=_______。解：按定义，由于各处电流相同，设这段长度为l，其中的质子数为n个，则由。而解决该题的关键是：（1）正确把握电流强度的概念I＝Q/t而Q＝ne。所以n=Q/e=It/e,（2）质子源运动路程上的线密度与其瞬时速度成反比，因为I＝neSv，所以当电流I一定时，n与v成反比。电动势一、学习目标1.理解电动势的概念及定义式，知道电动势是表征电源特性的物理量。2.从能量转化的角度理解电动势的物理意义。二、知识点说明1．电源（更深层的含义）（1）电源是通过非静电力做功把其他形式的能转化为电势能的装置。（2）非静电力在电源中所起的作用：是把正电荷由负极搬运到正极，同时在该过程中非静电力做功，将其他形式的能转化为电势能。2．电动势（1）定义：在电源内部，非静电力所做的功W与被移送的电荷q的比值叫电源的电动势。（2）定义式：E=W/q（3）单位：伏（V）（4）物理意义：表示电源把其它形式的能（非静电力做功）转化为电能的本领大小。电动势越大，电路中每通过1C电量时，电源将其它形式的能转化成电能的数值就越多。【注意】：①电动势的大小由电源中非静电力的特性（电源本身）决定，跟电源的体积、外电路无关。②电动势在数值上等于电源没有接入电路时，电源两极间的电压。 ③电动势在数值上等于非静电力把1C电量的正电荷在电源内从负极移送到正极所做的功。3．电源（池）的几个重要参数①电动势：它取决于电池的正负极材料及电解液的化学性质，与电池的大小无关。②内阻（r）:电源内部的电阻。③容量：电池放电时能输出的总电荷量。其单位是：A·h，mA·h。三、典型例题例1、一个标有“220V、60W”的白炽灯泡，加上的电压U由零逐渐增大到220V，在此过程中，电压U和电流I的关系可用图象表示，题中给出的四个图线中，肯定不符合实际的是（）解析：本题的思路是U—I图像中，图线的斜率表示电阻，斜率越大，电阻越大。如果图线是曲线，则表示导体中通过不同的电压、电流时它的电阻是变化的，这时电阻可以用该点曲线的切线斜率来表示。灯泡在电压加大的过程中，灯丝中的电流增大，温度升高，而金属的电阻率随着温度的升高而增大，所以灯丝在加大电压的过程中电阻不断增大，U—I图线中曲线的斜率应不断增大。A图中斜率不变，表示电阻不变，C图中斜率减小，表示电阻减小，D图中斜率先变大后变小。只有B图中斜率不断增大，符合电压不断变大的实际情况。答案：ACD说明：本题的难点在于①是对U—I图的物理意义的理解；②是由计算的电阻值只是灯泡正常发光的阻值，而不是整个过程中的阻值。例2、如图所示在NaCl水溶液中，如在t秒内分别有n1和n2个正负离子通过液体的横截面S，试问：溶液中的电流方向如何？电流强度多大？解析：在导体两端加上电压后，NaCl溶液中的Na＋离子和Cl－离子在电场力的作用下向相反的方向作定向移动。正离子Na＋的定向移动方向与电流的方向相同，如图所示电流方向A→B。由于NaCl水溶液中正、负离子都是一价离子，电量均为e，所以在t秒内有n1个一价正离子沿着A→B的方向通过S，同时有n2个一价负离子沿相反的方向通过S，负离子的运动可等效看成正离子沿相反方向运动，即溶液中的电流相当于t秒内有(n1＋n2)e的正电荷通过横截面S，由得：.例3、如图所示，由一个由电池、电阻R、开关S与平行板电容器组成的串联电路，开关闭合.在增大电容器两极板间距离的过程中（）A．电阻R中没有电流B．电容器的电容变小C．电阻R中有从a流向b的电流D．电阻R中有从b流向a的电流解析：图中电容器被充电，A极板带正电，B极板带负电。根据平行板电容器的大小决定因等可知，当增大电容器两极板间距离d时，电容C变小.由于电容器始终与电池相连，电容器两极板间电压UAB保持不变，根据电容的定义，当C减小时电容器两极板所带电荷量Q都要减少，A极板所带正电荷的一部分从a到b经电阻流向电源正极，即电阻R中有从a流向b的电流.所以选项B、C正确。答案：BC欧姆定律一、学习目标1.要求学生理解欧姆定律，并能用来解决有关电路的问题。2.知道导体的伏安特性曲线，知道什么是线性元件和非线性元件。二、知识点说明1、电源电动势：电源是把其他形式的能转化为电能的装置。电动势是表征电源把其他形式的能量转换成电能的本领大小的物理量；电动势的大小由电源本身的性质决定，数值等于电路中通过1C电量时电源所提供的能量，也等于电源没有接入电路时两极间的电压；电动势是标量，方向规定为由电源的负极经电源内部到正极的方向为电源电动势的方向。2、闭合电路欧姆定律（1）闭合电路由电源的内部电路和电源的外部电路组成，也可叫含电源电路、全电路。（2）在闭合电路里，内电路和外电路都适用部分电路的欧姆定律，设电源的内阻为r，外电路的电阻为R，那么电流I通过内阻时在电源内部的电压降U内=Ir，电流流过外电阻时的电压降为U外=IR，由U外＋U内=E，得。该式反映了闭合电路中电流强度与电源的电动势成正比，与整个电路的电阻成反比，即为闭合电路欧姆定律，适用条件是外电路为纯电阻电路。3、路端电压与负载变化的关系（1）路端电压与外电阻R的关系：（外电路为纯电阻电路）其关系用U—R图象可表示为：（2）路端电压与电流的关系U=E－Ir（普适式）其关系用U—I图象可表示为当R=∞时，即开路，当R=0时，即短路，其中，r=|tgθ|.4、闭合电路中的功率（1）电源的总功率（电源消耗的功率）P总=IE电源的输出功率（外电路消耗的功率）P输=IU电源内部损耗的功率：P损=I2r由能量守恒有：IE=IU＋I2r（2）外电路为纯电阻电路时：由上式可以看出：即当R=r时，此时电源效率为：（2）当R>r时，随R的增大输出功率减小。（3）当R<r时，随R的增大输出功率增大。（4）当时，每个输出功率对应2个可能的外电阻R1和R2，且5.“串反并同”定则：在外电路为混联的闭合电路中，讨论因某一电阻发生变化引起电路中各参量的变化时，可采用以下简单的方法：“串反并同”，当某一电阻发生变化时，与它串联的电路上的电流、电压、功率必发生与其变化趋势相反的变化；与它并联的电路上的电流、电压、功率必发生与其变化趋势相同的变化。6.含电容器的电路分析：有电容器连接的电路，当电路电压达到稳定时，电容器当断路处理，它两端的电压等于它并联部分的电阻的两端电压。通常是先不考虑电容器，画出等效电路，再安上电容器，电容器在恒定电流中可等效为“电压表”。找出“电压表”的读数及变化，再由Q=CU求解。三、典型例题例1：如图所示的电路中，电源的电动势恒定，要想使灯泡变暗，可以（）A．增大R1B．减小R1C．增大R2D．减小R2解析：电路是灯泡R与R2并联后再与电阻R1串联。若增大R1，灯泡两端电压变小，灯泡变暗。同样若减小R1，则灯泡变亮。若增大R2，使得回路的总电阻增大，干路中电流减小，灯泡两端电压变大，灯泡变亮。同样若减小R2，则灯泡变暗。故AD正确。答案：AD例2：在如图所示的电路中，当滑线变阻器的滑动头向b端滑动时，电流表和电压表的示数将如何变化？解析：整个电路的结构是：R2与R3并联，然后再与R1串联，电压表测的是路端电压，电流表测的是R3支路的电流强度。当滑动头向ｂ滑动时，R3的阻值减小，由R并=R2R3/(R2+R3)知并联电路总电阻R并减小，故外电路总电阻R=R1+R并减小。根据闭合电路欧姆定律I=E/(R+r)，总电流强度I增大，由U=E-Ir知路端电压即电压表的示数将减小。因并联电路电压U并=U-IR1所以U并减小，通过R2的电流I2=U并/R2减小。由I3=I-I2，可以看出R3支路的电流，即电流表的示数将增大。说明：（１）判断并联电路的电压时不能用U并=IR并，因为R并在减小而Ｉ在增大，其乘积倒底如何变，由题设条计不能确定；同样在判断I3时也不能用I3=U并/R3，因为R3和U并都在减小，无法确定I3如何变。此时应通过先研究阻值不变的电阻R1和R2的电压、电流的变化，再去讨论U并和I3的变化情况。（2）如果使用“串反并同”定则，判断起来更简捷，R3减小，则与它串联的电流表的示数必增大；R1、R2、R3混联电路电阻减小，则与它相并联的电压表的示数也应相应减小。例3：某一电源对外供电电路如图，已知R1=6Ω，电源内阻r=1Ω，滑动变阻器的电阻R2变化范围为0～4Ω。（1）当闭合开关S后，将变阻器的电阻调到有效电阻R2=2Ω时，电源消耗的总功率为16W，电源输出功率为12W，求灯泡电阻RL的阻值。（2）若将开关S断开，此时灯泡L消耗的功率为多少？（3）在开关S断开的情况下，仍要使灯泡消耗的功率和S闭合时相同，应将滑动变阻器的滑动片向哪边移动？移动到使其有效电阻值R2′等于多少的位置？解析：（1）因为电源内消耗功率：P内=I2r=P总－P出，所以所以，灯泡电阻（2）S断开后，通过灯泡L的电流为：此时灯泡消耗的功率为：（3）若S断开后仍要使灯泡消耗的功率和S闭合时相同，则由解（1）可知通过灯泡的电流仍应为1A，由闭