第一章 静电场 知识清单 -2026-2027学年高二上学期物理教科版必修第三册

教科版（2019）·必修第三册·高二上·第一章 静电场 每日必背 · 北京高中物理 【考纲要求/本章地位】 本章是电磁学的基础与重点，普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）要求：了解电荷守恒定律，掌握库仑定律；理解电场强度、电场线、电势能、电势、电势差等概念，理解匀强电场中电势差与电场强度的关系；了解电容器电容及带电粒子在电场中的运动。本章概念抽象、矢量与能量方法交织，是高考计算题与选择题的高频考点，须准确辨析电场线、电势、电势能等概念并熟练运用公式。 【知识框架】 1. 电荷 电荷守恒定律 （1）两种电荷、元电荷 e=1.6×10-19 C、起电的三种方式 （2）电荷守恒定律：电荷既不会创生也不会消灭，只会转移 2. 库仑定律 （1）点电荷：理想化模型 （2）真空中两点电荷间作用力 F=kq1q2/r2 3. 静电场 电场强度和电场线 （1）电场强度定义 E=F/q，方向规定为正电荷受力方向 （2）点电荷场强 E=kQ/r2；电场线的性质与典型分布 4. 电场力的功 电势能 （1）电场力做功与路径无关 （2）电势能 Ep：电场力做正功电势能减小 5. 电势 电势差 （1）电势 φ=Ep/q，标量，相对零点 （2）电势差 UAB=φA-φB=WAB/q 6. 电势差与电场强度的关系 （1）匀强电场中 U=Ed，E 方向是电势降低最快的方向 7. 静电的利用和防护 （1）静电平衡、导体表面电荷分布；避雷针、静电除尘 8. 电容器 电容 （1）电容 C=Q/U；平行板电容器 C=εrS/(4πkd) 9. 带电粒子在电场中的运动 （1）加速：qU=½mv2；偏转：类平抛运动 【核心概念与规律】 1. 两种电荷：自然界只存在正、负两种电荷；同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。元电荷 e=1.6×10-19 C，任何带电体所带电荷量都是 e 的整数倍。 2. 起电方式：摩擦起电、接触起电、感应起电，其本质都是电子的转移，并非创造电荷。 3. 电荷守恒定律：电荷既不会创生，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。 4. 库仑定律：真空中两个静止点电荷之间的相互作用力，与它们电荷量的乘积成正比，与它们距离的二次方成反比，作用力方向在它们的连线上。表达式 F=kq1q2/r2，其中静电力常量 k=9.0×109 N·m2/C2。点电荷是理想化模型，当带电体间距离远大于自身大小时可视为点电荷。 5. 电场：电荷周围存在的一种特殊物质，电荷间的相互作用通过电场发生。电场对放入其中的电荷有力的作用。 6. 电场强度：放入电场中某点的试探电荷所受电场力 F 与其电荷量 q 之比，E=F/q，单位 N/C（即 V/m）。E 是描述电场强弱和方向的物理量，由电场本身决定，与试探电荷 q、F 无关；方向规定为正电荷在该点所受电场力方向。 7. 点电荷的场强：E=kQ/r2，Q 为场源电荷，r 为到场源的距离；点电荷电场中越靠近场源场强越大。 8. 电场线：为形象描述电场而画出的有方向的曲线。特点：从正电荷（或无穷远）出发，到负电荷（或无穷远）终止；不闭合、不相交；线上每一点切线方向为该点场强方向；电场线的疏密表示场强的大小。电场线不是电荷的运动轨迹。 9. 电场力做功：电荷在电场中移动时电场力所做的功，只与初、末位置有关，与路径无关，这一点与重力做功相似。电场力做正功，电势能减小；电场力做负功，电势能增大。 10. 电势能：电荷在电场中具有的势能，用 Ep 表示。电场力做功等于电势能的减少量，即 WAB=EpA-EpB。 11. 电势：电荷在某点的电势能与它电荷量之比，φ=Ep/q，单位 V。电势是标量，只有大小没有方向，其数值与零电势点的选取有关；沿电场线方向电势逐渐降低。 12. 电势差：电场中两点间电势的差值，UAB=φA-φB，也等于电荷由 A 移到 B 时电场力做功与电荷量之比，UAB=WAB/q。电势差与零电势点选取无关。 13. 匀强电场中电势差与场强的关系：U=Ed，其中 d 是沿场强方向两点间的距离。场强方向是电势降低最快的方向；场强的物理意义可理解为“沿场强方向单位距离上的电势降落”。 14. 静电的利用和防护：利用静电除尘、静电喷涂、静电复印等；防护如接地、保持湿度、避雷针等。处于静电平衡的导体，内部场强为零，电荷只分布在导体外表面，导体是等势体、表面是等势面。 15. 电容器与电容：任何两个彼此绝缘又相距很近的导体组成电容器，用来储存电荷和电能。电容 C=Q/U，单位法拉（F），1 F=106 μF=1012 pF。电容由电容器本身结构决定，与是否带电、带多少电无关。 16. 平行板电容器：电容 C=εrS/(4πkd)，S 为极板正对面积，d 为极板间距，εr 为电介质相对介电常数。 17. 带电粒子在电场中的加速：初速度可忽略时，由动能定理 qU=½mv2，得 v=√(2qU/m)。 18. 带电粒子在匀强电场中的偏转：以初速度 v0 垂直进入匀强电场做类平抛运动。侧移量 y=qUl2/(2mdv02)，偏转角 tanθ=qUl/(mdv02)，与平抛运动规律完全类比。 【必背公式】 公式 物理量含义·单位 适用条件 F = k q1q2/r2 F：库仑力（N）；q1、q2：点电荷电荷量（C）；r：间距（m）；k=9.0×109 N·m2/C2 真空中静止的点电荷 E = F/q E：电场强度（N/C 或 V/m）；F：试探电荷受力（N）；q：试探电荷电荷量（C） 场强定义式，适用于一切电场 E = kQ/r2 Q：场源电荷电荷量（C）；r：到场源距离（m） 真空中点电荷产生的电场 UAB = WAB/q = φA - φB UAB：电势差（V）；WAB：电场力做功（J）；q：移动电荷（C） 适用于一切电场 WAB = qUAB = EpA - EpB WAB：电场力做功（J）；Ep：电势能（J） 电场力做功与路径无关 φ = Ep/q φ：电势（V）；Ep：电势能（J）；q：电荷量（C） 电势定义，相对零电势点 E = U/d E：匀强电场场强（V/m）；U：两点电势差（V）；d：沿场强方向距离（m） 仅适用于匀强电场 C = Q/U C：电容（F）；Q：一个极板带电荷量（C）；U：两极板电势差（V） 电容定义式，适用于一切电容器 C = εrS/(4πkd) εr：相对介电常数；S：极板正对面积（m2）；d：极板间距（m） 平行板电容器 qU = ½mv2 q：粒子电荷量（C）；U：加速电压（V）；m：质量（kg）；v：末速度（m/s） 带电粒子由静止经电压 U 加速，不计重力 y = qUl2/(2mdv02) y：侧移量（m）；l：极板长（m）；d：板间距（m）；v0：初速度（m/s） 匀强电场中垂直射入的类平抛偏转，不计重力 【重要模型与结论】 1. 电场线与等势面模型：电场线总与等势面垂直；沿电场线方向电势降低、电场线密处场强大；等差等势面越密处场强越大。 2. 匀强电场偏转（类平抛）模型：垂直进入匀强电场的带电粒子，沿初速度方向匀速、沿电场力方向匀加速，侧移 y 与偏转角 tanθ 公式与平抛运动完全类比；不同粒子经同一加速电场再进入同一偏转电场，侧移与偏转方向相同。 3. 电容器两类动态分析模型：保持电容器与电源连接则 U 不变；充电后断开电源则 Q 不变。由 C=εrS/(4πkd) 判 C 变化，再由 C=Q/U 判 Q、U 的变化。 4. 电场叠加模型：多个点电荷的电场中，某点场强等于各点电荷单独在该点产生场强的矢量和（平行四边形定则）。 5. 电场力做功与电势能变化模型：只在电场力作用下动能与电势能之和守恒；电场力做正功，动能增大、电势能减小。 【易错点提醒】 1. 公式混用：E=F/q 是定义式，对任何电场都成立，与试探电荷无关；E=kQ/r2 只适用于真空中点电荷，不可乱用。 2. 电场强度方向与电荷受力方向混淆：场强方向规定为正电荷受力方向，负电荷受力方向与场强方向相反。 3. 电势与场强无必然联系：场强大处电势不一定高，电势为零处场强不一定为零（如等量异种电荷连线中垂线电势为零而场强不为零）。 4. 电势能正负与大小：电势能是标量，正负表示相对零点的高低；电场力做正功电势能减小，与重力做功类比，切勿记反。 5. 匀强电场 U=Ed 中 d 必须是沿场强方向的距离，不是两点直线距离；两点连线不沿场强方向时要投影。 6. 电容 C=Q/U 是定义式，C 由本身结构（S、d、εr）决定，不能说 C 与 Q 成正比、与 U 成反比。 7. 带电粒子是否考虑重力：基本粒子（电子、质子、α 粒子等）一般不计重力；带电小球、油滴、尘埃等通常要计重力，审题须明确。 8. 电场线不是运动轨迹：只有当电场线为直线且电荷初速度沿电场线方向时，运动轨迹才与电场线重合。 学科网（北京）股份有限公司 $