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物理选修3-1
第一章 《静电场》
一、电荷、电荷守恒定律
1、两种电荷：“+”“-”用毛皮摩擦过的橡胶棒带负电荷，用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电荷。 2、元电荷：所带电荷的最小基元，一个元电荷的电量为1．6×10明：任何带电体的带电量皆为元电荷电量的整数倍。 荷质比(比荷)：电荷量q与质量m之比，(q/m)叫电荷的比荷 3、起电方式有三种 ①摩擦起电
②接触起电 注意：电荷的变化是电子的转移引起的；完全相同的带电金属球相接触，同种电荷总电荷量平均分配，异种电荷先中和后再平分。 ③感应起电——切割B，或磁通量发生变化。 ④光电效应——在光的照射下使物体发射出电子 4、电荷守恒定律：
电荷既不能创造，也不能被消灭，它们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，系统的电荷总数是不变的． 二、库仑定律
1． 内容：真空中两个点电荷之间相互作用的电力，跟它们的电荷量的乘积成正比，跟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。方向由电性决定(同性相斥、异性相吸) 2． 公式：F?k－19
C，是一个电子(或质子)所带的电量。说
Q1Q2922
k＝9．0×10N·m／C r2 极大值问题：在r和两带电体电量和一定的情况下，当Q1=Q2时，有F最大值。 3．适用条件：（1）真空中； （2）点电荷．
点电荷是一个理想化的模型，在实际中，当带电体的形状和大小对相互作用力的影响可以忽略不计时，就可以把带电体视为点电荷．（这一点与万有引力很相似，但又有不同：对质量均匀分布的球，无论两球相距多近，r都等于球心距；而对带电导体球，距离近了以后，电荷会重新分布，不能再用球心距代替r）。点电荷很相似于我们力学中的质点．
注意：①两电荷之间的作用力是相互的，遵守牛顿第三定律
②使用库仑定律计算时，电量用绝对值代入，作用力的方向根据“同性相排斥，异性相吸引”的规律
定性判定。
计算方法：①带正负计算，为正表示斥力；为负表示引力。 ②一般电荷用绝对值计算，方向由电性异、同判断。
三个自由点电荷平衡问题，静电场的典型问题，它们均处于平衡状态时的规律。 ① “三点共线，两同夹异，两大夹小” ② 中间电荷靠近另两个中电量较小的。
③ 中间点电荷的平衡求间距，两边之一平衡求中间点电荷的电量，关系式为q1q2?q2q3?q1q3或2Q中?Q左Q右 ④ q1、q3固定时，q2的平衡位置具有唯一性，且与q2的电量多少，电性正负无关。 三、电场：
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1、存在于带电体周围的传递电荷之间相互作用的特殊媒介物质．电荷间的作用总是通过电场进行的。 电场：只要电荷存在它周围就存在电场，电场是客观存在的，它具有力和能的特性。力(电场强度)；能(磁．．．通量)
若电荷不动周围的是静电场，若电荷运动周围不单有电场而且产生磁场，
2、电场的基本性质-------①是对放入其中的电荷有力的作用。②能使放入电场中的导体产生静电感应现象 3、电场可以由存在的电荷产生，也可以由变化的磁场产生。 四、电场强度(E)——描述电场力特性的物理量。（矢量）
1．定义：放入电场中某一点的电荷受到的电场力F跟它的电量q的比值叫做该点的电场强度，表示该处电场的强弱
2．求E的规律及方法(有如下5种)：
①E＝
F (定义 普遍适用)单位是：N/C或V/m； “描述自身的物理量”统统不能说××正此，×q×反比(下同)
②E?k③E?Q (导出式，真空中的点电荷，其中Q是产生该电场的电荷) r2U (导出式，仅适用于匀强电场，其中d是沿电场线方向上的距离) d ④ 电场的矢量叠加：当存在几个场源时，某处的合场强=各个场源单独存在时在此处产生场强的矢量和 ⑤ 利用对称性求解。
3．方向： ①与该点正电荷受力方向相同，与负电荷的受力方向相反；
②电场线的切线方向是该点场强的方向；
③场强的方向与该处等势面的方向垂直．平行板电容器边缘除外。
4．在电场中某一点确定了，则该点场强的大小与方向就是一个定值，与放入的检验电荷无关，即使不放入检验电荷，该处的场强大小方向仍不变。检验电荷q充当“测量工具”的作用．
某点的E取决于电场本身,(即场源及这点的位置,)与q检的正负,电何量q检和受到的电场力F无关. 这一点很相似于重力场中的重力加速度,点定则重力加速度定.与放入该处物体的质量无关,即使不放入物体,该处的重力加速度仍为一个定值．
5、电场强度是矢量，电场强度的合成按照矢量的合成法则．（平行四边形法则和三角形法则）
6、电场强度和电场力是两个概念，电场强度的大小与方向跟放入的检验电荷无关，而电场力的大小与方向则跟放入的检验电荷有关， 五、电场线：
定义：在电场中为了形象的描绘电场而人为想象出或假想的曲线[描述E的强弱(疏密)和方向]。电场线实际上并不存．但E又是客观存在的，电场线是人为引入的研究工具。电场线是人为引进的，实际上是不存在的；法拉第首先提出用电场线形象生动地描绘电场或磁场。 ① 切线方向表示该点场强的方向，也是正电荷的受力方向．
② 静电场电场线有始有终：始于“+”，终止于“-”或无穷远，从正电荷出发到负电荷终止，或从正电荷出发 到无穷远处终止，或者从无穷远处出发到负电荷终止． ③ 疏密表示该处电场的强弱，也表示该处场强的大小．越密，则E越强
④ 匀强电场的电场线平行且等间距直线表示．(平行板电容器间的电场，边缘除外)
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⑤ 没有画出电场线的地方不一定没有电场．
⑥ 沿着电场线方向，电势越来越低．但E不一定减小；沿E方向电势降低最快的方向。 ⑦ 电场线⊥等势面．电场线由高等势面批向低等势面.
⑧ 静电场的电场线不相交,不终断,不成闭合曲线。但变化的电场的电场线是闭合的。 ⑨ 电场线不是电荷运动的轨迹．也不能确定电荷的速度方向。
除非三个条件同时满足：①电场线为直线，②v0=0或v0方向与E方向平行。③仅受电场力作用。 熟记几种典型电场的电场线特点：（重点）
①孤立点电荷周围的电场；②等量异种点电荷的电场(连线和中垂线上的电场特点)；③等量同种点电荷的电场(连线和中垂线上的电场特点)；④匀强电场；⑤点电荷与带电平板；⑥具有某种对称性的电场；⑦均匀辐射状的电场⑧周期性变化的电场。
+ 匀强电场
孤立点电荷周围的电场
－ － － －
点电荷与带电平板
等量异种点电荷的电场
等量同种点电荷的电场
一、电势差U （是指两点间的） ．．．．①定义：电场中两点间移动检验电荷q（从A→B），电场力做的功WAB跟其电量q的比值叫做这两点间的电势．．．．．．
差，UAB=WAB/q 是标量．UAB的正负只表示两点电势谁高谁低。UAB为正表示A点的电势高于B点的电．
势。
②数值上=单位正电荷从A→B过程中电场力所做的功。 ③等于A、B的电势之差,即UAB=φA－φB
④在匀强电场中UAB= EdE (dE表示沿电场方向上的距离)
意义：反映电场本身性质，取决于电场两点，与移动的电荷无关，与零电势的选取无关，
电势差对应静电力做功， 电能?其它形式的能。 ．．．
电动势对应非静电力做功 电能?其它形式的能 ．．．
点评：电势差很类似于重力场中的高度差．物体从重力场中的一点移到另一点，重力做的功跟其重量的比
值叫做这两点的高度差h＝W/G．
二、电势?（是指某点的）描述电场能性质的物理量。 ．．．．
必须先选一个零势点，（具有相对性）相对零势点而言，常选无穷远或大地作为零电势。 正点电荷产生的电场中各点的电势为正，负点电荷产生的电场中各点的电势为负。 ①定义：某点相对零电势的电势差叫做该点的电势，是标量． ②在数值上=单位正电荷由该点移到零电势点时电场力所做的功. 特点：⑴ 标量：有正负，无方向，只表示相对零势点比较的结果。
⑵ 电场中某点的电势由电场本身因素决定，与检验电荷无关。与零势点的选取有关。 ⑶ 沿电场线方向电势降低，逆。。。。。。（但场强不一定减小）。沿E方向电势降得最快。 ⑷ 当存在几个场源时，某处合电场的电势等于各个场源在此处产生电势代数和的叠加。
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电势高低的判断方法：1根据电场线的方向判断；2电场力做功判断；3电势能变化判断。 点评：类似于重力场中的高度．某点相对参考面的高度差为该点的高度．
注意：(1) 高度是相对的．与参考面的选取有关，而高度差是绝对的与参考面的选取无关．同样电势是相对的与 零电势的选取有关，而电势差是绝对的，与零电势的选取无关．
(2) 一般选取无限远处或大地的电势为零．当零电势选定以后，电场中各点的电势为定值． (3) 电场中A、B两点的电势差等于A、B的电势之差,即UAB=φA－φB,沿电场线方向电势降低. 三、电势能EP
1概念：由电荷及电荷在电场中的相对位置决定的能量，叫电荷的电势能。
电势能具有相对性，与零参考点的选取有关(通常选地面或∞远为电势能零点) 特别指出：电势能实际应用不大，常实际应用的是电势能的变化。
电荷在电场中某点的电势能=把电荷从此点移到电势能零处电场力所做的功。E=q φA→0
四、电场力做功与电势能
1．电势能：电场中电荷具有的势能称为该电荷的电势能．电势能是电荷与所在电所共有的。 2．电势能的变化：电场力做正功电势能减少；电场力做负功电势能增加． 重力势能变化：重力做正功重力势能减少；重力做负功重力势能增加．
3. 电场力做功：由电荷的正负和移动的方向去判断(4种情况)?功的正负?电势能的变化（重点和难点
知识）
正、负电荷沿电场方向和逆电场方向的4种情况。?（上课时一定要搞清楚的，否则对以后的学习带来困难）
电场力做功过程就是电势能与其它形式能转化的过程（电势差），做功的数值就是能量转化的多少。 W=FSCOS?(匀强电场)? W=qEd (d为沿场强方向上的距离) W=qU= — △Ep，U为电势差，q为电量． 重力做功：W＝Gh，h为高度差，G为重量．
电场力做功跟路径无关，是由初末位置的电势差与电量决定
重力做功跟路径无关，是由初末位置的高度差与重量决定． 五、等势面
1．电场中电势相等的点所组成的面为等势面．
2．特点(1) 各点电势相等，等势面上任意两点间的电势差为零，
在特势面上移动电荷(不论方式如何,只要起终点在同一等势面上)电场力不做功 电场力做功为零，路径不一定沿等势面运动，但起点、终点一定在同一等势面上。 (2) 画法规定：相领等势面间的电势差相等?等差等势面的蔬密可表示电场的强弱．
(3) 处于静电平衡状态的导体：整个导体是一个等势体，其表面为等势面．E内=0，任两点间UAB=0 越靠近导体表面等势面越密，形状越与导体形状相似，等势面越密电场强度越大，曲率半径越小(越尖)的地方，等势面(电场线)都越密,这就可解释尖端放电现象，如避雷针。 (4) 匀强电场，电势差相等的等势面间距离相等，点电荷形成的电场，电势差相等的等势面间距不相等，越向外距离越大．
(5) 等势面上各点的电势相等但电场强度不一定相等．
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