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[!--downpath--]串聯:R+R并聯:一除以(R的倒數加上R的倒數和)
電場
一.庫侖定律:
1. ,在真空中兩個點電荷間的相互作用力跟它們電量的乘積成正比,跟它們間的距離平方成反比。作用力在它們的連線上。F叫靜電力,又叫庫侖力。
2.庫侖定律適用條件:真空中,點電荷之間的相互作用。
3.單位:F:N,Q1,Q2;C,r;m,K:靜電常數k=9.0×109Nm2/C2。
4.庫侖力是場力,具有力的所有性質,是矢量有大小、方向、作用點,可改變物體運動狀態,改變物體的形狀,體積與其它力使物體處于平衡。
5.元電荷,1.60×10-19C叫做元電荷,可用元電荷做為電荷單位,1個電子帶的負電為一個元電荷,一個質子帶的正電為一個元電荷。
二.電場
1.電場:使電荷之間發生相互作用的媒介物質,就是電場。電荷周圍存在電場。
2.電場強度:描述電場強弱的物理量,放入電場中某一點的電荷受到的電場力跟它電量的比值叫做這一點的電場強度: ,符號E表示電場強度,F表示電場力。
電場強度是矢量,方向,正電荷在電場中受電場力的方向就為該點電場強度方向,負電荷受電場力方向與場強方向相反。
電場強度的單位:N/C,讀牛每庫侖。
勻強電場:在某個區域內各處場強大小相等,方向相同,該區域電場為勻強電場。
點電荷的場強: ,Q:產生電場的電荷電量,r為電場中某點到Q本身的距離(Q是點電荷)。從此式也可以知道距離場源(Q)為r的點有無數多個,而同在以場源為球心,以r為半徑的球面上,這些點場強大小均相等,但各點的方向均不同,不能認為是勻強電場。
3.電場線:形象地描述電場中各點場強大小和方向的曲線,曲線上各點的切線方向與該點場強方向相同,曲線疏密程度表示場強大小。曲線從正電荷出發到負電荷終止。
勻強電場的電場線,是疏密相同的平行的直線。
4.電勢差:電勢差就是電壓。在電路中要指明電阻兩端的電壓或兩點間的電壓,在電場中必須指明某兩點之間的電勢差,用U表示。
電荷在電場中受到電場力,電場力移動電荷做功W,被移動電荷的電量為q,則:
,電荷在電場中兩點間移動時,電場力所做的功跟它電量的比值,就叫做這兩點間的電勢差,也可理解為:兩點間的電勢差在數值上就表示單位電量的電荷從其中一點移到另一點電場力所做功。
單位:伏特,符號V,1V=1J/C,兩點間電壓為10V,即在兩點間從高電勢到底電勢移動1C正電荷,電場力要做10J的功。
5.電勢能,電荷在電場中具有勢能,也簡稱為電勢能,是標量。電勢能的變化與電場力做功的關系是:電場力做正功,電勢能減少,電場力做負功,電勢能增加,電場力做多少功,電勢能變化多少。
電場力做正功,把電勢能轉化為其它形式的能,電場力做負功,把其它形式能轉化為電勢能。
在勻強電場中, ,U為兩點間電勢差,d為沿電場線方向的距離,單位是:伏/米或伏/厘米。其物理意義為:沿電場線方向單位長度的電勢降落,單位長度電壓越大,場強越大。此公式只適用于勻強電場。
三.電容器:兩個互相平行,相互絕緣的金屬板,就是最簡單的平行板電容器。
電容器帶電量,指電容器一個極板帶上電量,且取正值。
放電:使充電后的電容器失去電荷的過程。
2.電容:我們把使電容器的兩極板間電勢差增加1伏所需的電量叫電容器的電容。用符號C表示,單位:國際單位制里:法拉:F,若使電容器帶電1庫侖,兩板間電勢差為1伏,則電容器的電容為1F,微法:μF 1F=106 ,皮法:1PF=1F=10-12F
平行板電容器電容的大小由兩板正面積S,兩板間距離d,中間的電介質的電常數ε決定。在處理電容器問題時,有兩個基本東西必須注意①,當電容器充電后,仍與電源接通,無論電容器兩板間距離如何變化,電容器兩極板間電壓不變。(2)電容器充電后與電源斷開,無論電容器極板間距離如何變化,電容器帶電量都是不變的,只要電量保持不變,板間電場強度就不變。
常用電容器主要有兩類,其一,固定電容器的電容是不變,其種類有紙質電容器和電解電容器,其二,可變電容器,電容大小是可以改變的。它們的符號如圖1所示。圖中甲為固定電容器,乙為電解電容器,丙為可變電容器。
【解題要點】
例一.在光滑絕緣的水平面上,帶負電的小球甲固定不動,帶同種電荷的小球乙以一定速度v0向甲運動時,則小球乙的速度和加速度將( )
A.加速度變小,速度變小 B.加速度變大,速度變小
C.加速度變大,速度變大 D.加速度變小,速度變大
解析:在光滑絕緣的水平面的小球乙,帶電量不會減少,在水平方向上只受甲球給靜電力,方向與v0方向相反,在逐漸接近甲球過程中,靜電力逐漸增大,因此小球乙產生的加速度應逐漸加大。加速度方向與速度方向相反,小球乙做減速運動,速度逐漸減少。另外題中要求只討論小球乙向甲球運動過程,至于小球速度減少為零,而后又遠離甲球運動,不在本題討論范圍之內。故此本題答案:B。
電場力應是我們學過的第四種力(前面學過三種常見的力、重力、彈力、摩擦力)具有力的所有性質,在解答問題時,不能怎樣分析電場力,它與前面三種力是并列的。
例二.如圖2中畫出了某一個電場的一些電場線,將一個正點電荷q置于該電場中,下面說法正確的是( )
A.電場線所表示的電場方向是自左向左的。
B.電場線所表示的電場方向是自右向左的。
C.正電荷q受電場力方向是自左向左的。
D.正電荷q受電場力方向是自右向左的。
解析:本題非常簡單,只需準確掌握電場線如何描述電場,就可正確解答此題,電場線是一組平行線,其切線方向即為直線本身,電場方向自左向右 A選項正確,正電荷在電場中受電場力的方向與電場方向相同,也應是自左向右,C選項正確。
本題是99年普通高中畢業會考原題,可以看出掌握基本概念,基本規律是會考基本要求。
例三:10電子伏特就是( )
A.相當于在電壓為10V的兩點間移動一個電子電場力所做的功
B.相當于在電壓為1V的兩點間移動10個電子電場力所做的功
C.相當于在電壓為10V的兩點間移動1庫侖電量的電荷,電場力所做的功
D.相當于一個靜止質子,通過電勢差為10V的電場加速后所獲得的動能
解析:電子伏特是功的單位也是能量單位。根據電場力做功,W=Uq,當電壓用伏特為單位,電量q用電子的電量為單位時,功的單位即為電子伏特,10電子伏特可為10伏×1電子,也可為1伏×10電子選項A、B均正確,選項C錯誤。根據動能定理,電場對質做功為10電子伏特,質子獲及10電子伏特動能,D選項正確。
本題也提醒應從多方面理解一些物理概念,物理單位,是加深理解物理含義的方法。
例四.一個正電荷帶電量為1.2×10-9C,從電場中A點移動B點,電場力對它做了3.6×10-7J的功,則A、B兩點間的電勢差是 如果一個負電荷,帶電量大小為4.0×10-9C,從B點到A點它的電勢能將 ,(填增大、減小或不變)電勢能改變量為 。
解析:根據電場力對電荷做功W=Uq,A、B兩點間電勢差
正電荷從A到B電場力做正功,負電荷從B到A電場力也做正功,所示電勢能減小,電場力對負電荷做功W=3.0×102×4.0×10-9=1.2×10-6J,電勢能減少1.2×10-6J。
【課余思考】
1.在真空中點電荷之間相互作用力的規律是什么,若Q1>Q2,則Q1受力大于Q2受力對嗎?
2.電場強度,電勢差的物理意義是什么?電場強度與電勢差的關系是什么?
【同步練習】
1.關于電場線下述說法正確的是( )
A.電場線是客觀存在的
B.電場線與運動電荷的軌跡是一致的
C.電場線上某點的切線方向與電荷在該點受力方向可以不相同
D.沿電場線方向、場強一定越來越大
2.兩個帶電小球,電量分別為+q和-q,固定在長度為L的細絕緣桿的兩端,置于電場中A、B兩點,如圖3所示。A、B間電勢差為U,若桿繞中間O點轉180°,則此過程電場力的功為( )
A.電場力不做功
B.電場力做功為qU,電勢能減少qU
C.電場力做功為2qU,電勢能減少2qU
D.克服電場力做功為2qU,電勢能增加2qU
3.一個電容器帶電量為Q時,兩極板間的電壓為U,下述敘述中錯誤的是( )
A.若它帶電量減半,則它的電容減半,兩板電壓不變
B.若它帶電量減半,則它的電容不變,兩板的電壓減半
C.若它帶電量為0,則它的電容不變,兩板電壓為0
D.若它的帶電量加倍,則它的電容不變,兩板電壓加倍
4.已知點電荷A的電量是點電荷B的2倍,則A對B作用力大小跟B對A作用力大小比值為 ,若把每個電荷電量都減少一半,則A對B作用力為原來的 倍。
5.有一帶電量是q=-2×10-6C的點電荷,在電場中A點移到B點,電場力做6×10-4J的負功,從B移到C電場力做8×10-4J正功,求AB、BC、CA間電勢差各是多少?
6.一個電容器,當帶的電量增加5.1×10-8C時,兩極板電勢差增加300V。則這個電容的電容是 。如果使其中一板帶的電量減為原來的 ,這個電容器的電容將是 。
【參考答案】
1. C 2. C 3. A 4. 1,