第10章 静电场中的能量（知识清单）-【百汇大课堂·高中学习测试卷】2024-2025学年高中物理必修第三册（人教版2019）

3.应用：电子仪器外面都有金属壳，通信电缆外面包有一层金属网，高压线 路的检修人员要穿屏蔽服，野外高压线上方还有两条导线与大地相连等， 都是利用静电屏蔽消除外电场的影响。 四、静电吸附 1.原理：在电场中，带电粒子受到静电力的作用，向着电极运动，最后会被吸 附在电极上。 2.应用：静电除尘、静电喷漆、静电复印等。 第十章 静电场中的能量 1.电势能和电势 一、静电力做功的特点 1.静电力做功的特点：静电力对某电荷所做的功，只与该电荷的电荷量及电 荷的起始、终止位置有关，与电荷经过的路径无关。 类似重力做功 2.在匀强电场中，静电力做的功W=gEd,其中d为沿电场线方向的位移。 二、电势能 1.概念：电荷在电场中具有的势能为电势能，用E。表示。 类似重力做功与重力势能的变化 个 2.电势能与静电力做功的关系：静电力做的功等于电势能的减少量。静电 力做正功，电势能减少：静电力做负功，电势能增加。如果电荷由A运动 到B,静电力做功为WAB,EA、EB分别表示电荷在A点、B点的电势 能，则 ·适用于一切静电场 Ww-EM-E-AE 电势能的 减少量 初位置的电势能一→末位置的电势能 ·9· 3.电势能的大小：由于WAB=E4一EpB,若规定电荷在B点的电势能为O, 即E=O,则EM=WAB。由此可知，电荷在电场中某点的电势能，等于 把它从这点移动到零势能位置时静电力做的功。 4.对电势能及其变化的理解 电荷在电场中某点电势能的大小与零势能位置的选取有关。通 相对性 常把电荷在离场源电荷无限远处或大地表面的电势能规定为零 电势能由电场和处在电场中的电荷共同决定，属于电场和电荷 系统性 系统所共有。但我们习惯说成是电场中的电荷所具有的电势能 电势能是标量，有正负、无方向。电势能为正值表示高于零势 能，电势能为负值表示低于零势能 标矢性 比较电势能大小要考虑正负号 变化的 电势能具有相对性，但是电势能的变化量与零势能位置的选择 绝对性 无关，具有绝对性 三、电势 1.定义：电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量之比，叫作电场在这一 点的电势。 2.定义式 将各量的“+”“_” 电荷q在电场 直接代入计算 一中某点的电 势能 0= 该点的电势一 L→电荷量 ·10· 3.标矢性：电势是标量，有正负之分，其正（负）表示该点电势比零电势高 (低)。 4.相对性：电势具有相对性，同一点的电势因零电势点的选取不同而不同。 5.电势与电场线的关系：沿着电场线方向，电势逐渐降低。 ↓ 电势降低最快的方向为电场线的方向 2.电势差 一、电势差 1.定义：在电场中，两点之间电势的差值叫作电势差，也叫电压。→与零电 势点的选取无关 2.定义式：电场中A、B两点电势分别为PA、PB,它们之间的电势差为UB= PA一PB或UA=PB一PA,有UA二一U。→注意角标顺序 3.电场力做功与电势差的关系 电场中A、B两点间的电势差UAB等于电场力所做的功WAB与试探 电荷所带电荷量q的比值。公式为： ,W与U的角标要对应 W 计算时各量均代入正负号 4.电势能、电势、电势差、静电力做功的关系： WAB-EM-EpB-99A qpeqUA 5.对电势差的理解 (1)电场中两点间的电势差由电场本身的性质及两点的位置决定。在确 定的电场中，两点间的电势差有确定的值，与零电势点的选取无关。→电 势差具有绝对性，注意和电势区分 (2)电势差是标量，有正负，无方向。正负表示电势的高低，比如UAB= 一6V,说明A点电势比B点电势低6V。 ·11 (3)电场中某点的电势可以看成是该点与零电势点的差值。→原理：UA0 =PA一P0=PA 二、等势面 1.等势面：电场中电势相同的各点构成的面叫作等势面。 2.等势面的特点 (1)在同一等势面上，任何两点的电势都相等，所以在同一等势面上移动 电荷时，静电力不做功。 沿电场线方向电势降低 个 (2)电场线一定与等势面垂直，并且由电势高的等势面指向电势低的等 势面。 (3)等差等势面越密集处，电场强度越大。 (4)任意两个等势面不相交、不相切。 3.电势差与电场强度的关系 一、电势差与电场强度的关系 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，用公式表示为Ua=Ed。当电场中的两点不在同一条电场线上时， d应为两点在电场方向上的投影距离，如图所示，d=Lcos a。 B 2.在非匀强电场中，可以用公式定性比较电势差的大小，此时E表示平均电 场强度。 ·12· 二、电场强度的另一种表述 1.表述：在匀强电场中，电场强度的大小等于两点之间的电势差与两点沿电 场强度方向的距离之比。 2.公式 只适用于 →A、B两点的电势差 匀强电场 E= →A、B两点沿场强方向的距离 3.物理意义：电场强度E的大小描述了沿电场线方向电势下降的快慢，在数 值上等于沿电场线方向单位距离上降低的电势。 电势降低的方向不一定是电场强度的方向， 电场强度的方向是电势降低最快的方向 4.电容器的电容 一、电容器 1.构造：任何两个彼此绝缘又相距很近的导体，都可以看成一个电容器。 2.充电：把电容器的两个极板分别和电源的两极相连，使两极板分别带上等 量异种电荷的过程。各物理量变化如图所示。 +Q++ ©T Q1、U↑、E1,稳定后不变 充电完成后：电能→电场能 (1)两极板带等量异种电荷： (2)两极板间有与电源相等的电压； (3)两极板间有匀强电场； (4)两极板间储存有电场能。 ·13 3.放电：把充电后的电容器的两个极板接通，两极板上的电荷互相中和，使 电容器不再带电的过程。各物理量变化如图所示。 +Q++4+ Q,、川、E!,稳定后均为零 放电完成后：电场能→其他形式的能 (1)两极板带电荷量为0； (2)两极板间电压U=0: (3)两极板间场强E=0; (4)两极板间无电场能。 【温馨提示】充、放电过程中电路中均有短暂的电流通过。→充电、放电 瞬间，电流都是最大，后逐渐减小 二、电容 一个极板所带电荷量的绝对值 个 1.定义：电容器所带的电荷量Q与电容器两极板之间的电势差U之比，叫作 电容器的电容。 2.公式 C-多一比值定义式，C由电容器本身的一 性质决定，与Q、U无关 3.大小：电容是表示电容器储存电荷本领的物理量，在数值上等于两极板间 的电势差为1V时，电容器所带的电荷量。对于给定的电容器(C是定 值)，常见图像如下： C 图像 A -k=C= △U 0 0 电容C与 电容C与 解读 Q c- 或c= △Q △U 电压U无关电荷量Q无关 ·14· 4.单位：在国际单位制中，电容的单位是法拉，简称法，符号是F。实际中常 用的单位有微法(uF)和皮法(pF)。换算关系：1F=10F=10pF。 5.电容器的外壳上标的是工作电压，也称为额定电压。还有一个电压称为 击穿电压，加在电容器上的电压若超过这个值，电介质会被击穿，电容器 会损坏。→电容器成为导体 三、平行板电容器 1.构成：平行板电容器由靠得很近、相互平行，中间有绝缘物质的两片金属 板组成。 2.决定因素：平行板电容器的电容C与相对介电常数ε。成正比，与两极板的 正对面积S成正比，与两极板间的距离d成反比。 3.决定式 电介质的相对介电常数 两极板的正对 面积 C= 4πkd 静电力常量·」→两极板的距离 5.带电粒子在电场中的运动 一、带电粒子在电场中的加速 1.运动状态分析 带电粒子沿与电场线平行的方向进入匀强电场，只受到静电力作用， 且受力方向与运动方向在同一直线上，则粒子做匀加速或匀减速直线运 动。可根据带电粒子受到的静电力，用牛顿第二定律求出加速度，结合运 动学公式确定粒子的速度、位移等。 2.用功和能的观点分析 带电粒子在电场中只受静电力作用，只有电势能和动能的转化。可 以根据静电力对带电粒子做的功研究粒子的电势能变化，利用动能定理 研究全过程中动能的变化，研究带电粒子的速度变化、位移等。 ·15· (1)若初速度为零，则gU= 2m2 【《2)若初速度不为零，则qU=2mz21 2mo,2。 【温馨提示】微观粒子，一般不考虑重力（但不忽略质量）；带电微粒一般 不能忽略重力。 二、带电粒子在电场中的偏转 1.运动状态分析 带电粒子以初速度。沿垂直于电场线方向飞入匀强电场，只受到恒 定的与初速度方向垂直的静电力作用，则粒子做匀变速曲线运动。→类 平抛运动 2.偏转问题的处理方法 将带电粒子的运动沿初速度方向和静电力方向进行分解。 (1)沿初速度方向的分运动为匀速直线运动，满足1=v。t。 (2)沿静电力方向的分运动为初速度为零的匀加速直线运动。 ①加速度a=9E_gU m mdi ②离开电场时沿静电力方向偏移的距离y=) t=qU? 2mdu。2c ③设离开电场时速度偏转角为0，则tan0=”=gU vo mdv。2 第十一章 电路及其应用 1.电源和电流 一、电源 非静电力做功 个 1.定义：能把电子从正极搬运到负极，使正、负极之间始终存在电势差的 装置。 ·16·