《静电场》是高二物理选修3-1中的重要章节,主要涵盖了电荷、电场、电势能等相关概念。以下是对这部分内容的详细解释:
1. **电荷**:电荷是物质的一种基本属性,分为正电荷和负电荷。电荷守恒定律表明,一个孤立系统的总电荷量是恒定不变的。
2. **元电荷**:e=1.602×10^-19C,是最小的电荷单位,所有其他电荷都是元电荷的整数倍。
3. **库仑定律**:F=k|q1q2|/r^2,描述了两个点电荷之间的相互作用力,其中F是力,k是库仑常数,q1和q2是电荷量,r是它们之间的距离。
4. **电场与电场强度**:电场是电荷产生的力场,电场强度E=F/q,表示单位正电荷在电场中受到的力,单位是牛顿/库仑(N/C)。
5. **点电荷的场强**:E=k|q|/r^2,是点电荷周围任意点的电场强度,k是库仑常数,q是点电荷的电荷量,r是距离电荷中心的距离。
6. **电场线**:电场线用来形象表示电场的分布,特点是从正电荷出发,终止于负电荷,线的密度表示电场强度的大小,线的方向表示电场方向。
7. **静电力做功**:在电场中,静电力做的功只与电荷的初末位置有关,与路径无关。
8. **电势能**:电荷在电场中的电势能Ep=qφ,其中φ是电势,φ0是参考点的电势,通常取无穷远处为零电势点。
9. **电势**:电势是一个点的电势能与单位正电荷的比值,φ=Ep/q。
10. **电势差**:电势差U=φA-φB,表示从点A移到点B电荷的电势能变化,U=Ed,其中d是两点沿电场线方向的距离,E是电场强度。
11. **等势面**:等势面上任意两点间的电势差为零,电场线总是垂直于等势面。
12. **匀强电场**:电势差与电场强度的关系U=Ed,适用于匀强电场中沿着电场线方向的距离。
13. **电容**:电容C表示电容器储存电荷的能力,U=Q/C,电容的大小与Q和U无关,与电容器的结构和介质有关。
14. **带电粒子的加速**:
- 当粒子沿电场线方向进入匀强电场,粒子将做匀加速直线运动。
- 动能的变化等于电场力所做的功,如果初速度为零,末速度v=√(2qU/m),如果初速度不为零,v=√(v0²+2qU/m)。
15. **带电粒子的偏转**:
- 垂直于电场线方向飞入的粒子将做匀变速曲线运动,类似于平抛运动。
- 沿初速度方向做匀速直线运动,沿电场力方向做初速度为零的匀加速直线运动,可以利用运动学公式求解偏移量和偏转角。
通过实例探究,我们可以加深理解这些知识点的应用。例如:
- **点电荷的场强叠加**:考虑多个点电荷共同作用下的场强,可以通过矢量合成法则计算。
- **静电力做功与电势能关系**:W=q(UA-UB),电场力做功等于电势能的减少。
- **电场线与等势面**:电场线总是从高电势指向低电势,且与等势面垂直。
掌握这些基础知识,有助于理解和解决涉及静电场的复杂问题,如电容器充放电、带电粒子在电场中的运动等。