2.静电平衡状态:
发生静电感应后的导体,两端面出现等量感应电荷,感应电荷产生一个附加电场E附,这个E附与原电场方向相反,当E附增到与原电场等大时,(即E附=E外),合场强为零,自由电子定向移动停止,这时的导体处于静电平衡状态。
注意:这时没有定向移动而不是说导体内部的电荷不动,内部的电子仍在做无规则的运动。
1、静电感应:把金属导体放在外电场E外中,由于导体内的自由电子受电场力作用定向移动,使得导体两端出现等量的异种电荷,这种由于导体内的自由电子在外电场作用下重新分布的现象叫做静电感应。
(在靠近带电体端感应出异种电荷,在远离带电体端感应出同种电荷).由带电粒子在电场中受力去分析。
静电感应可从两个角度来理解:
①根据同种电荷相排斥,异种电荷相吸引来解释;
②也可以从电势的角度来解释,导体中的电子总是沿电势高的方向移动.
3、 电场力做功与能量的变化应用
电场力做功,可与牛顿第二定律,功和能等相综合,解题的思路和步骤与力学中的完全相同,但要注意电场力做功的特点--与路径无关
电场中的导体、电容器
知识简析 一、电场中的导体
2、 公式E=U/d的理解与应用
(1)公式E=U/d反映了电场强度与电势差之间的关系,由公式可知,电场强度的方向就是电势降低最快的方向.
(2)公式E=U/d只适用于匀强电场,且d表示沿电场线方向两点间的距离,或两点所在等势面的范离.
(3)对非匀强电场,此公式也可用来定性分析,但非匀强电场中,各相邻等势面的电势差为一定值时,那么E越大处,d越小,即等势面越密.
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,
在等势面上移动电荷(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。
沿电场线移动电荷,电场力一定做功.
(2) 画法规定:相邻的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,电场线越密,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.
(6) 电场线总是⊥等势面,且从高等势面指向低等势面.沿着电场线方向电势降低。
(7) 两个等势面永不相交.
(8)实际中测量等电势点较容易,所以往往通过描绘等势线来确定电场线.
规律方法 1、一组概念的理解与应用
电势、电势能、电场强度都是用来描述电场性质的物理,它们之间有十分密切的联系,但也有很大区别,现列表进行比较
(1)电势与电势能比较:
|
电势φ |
电势能ε |
1 |
反映电场能的性质的物理量 |
荷在电场中某点时所具有的电势能 |
2 |
电场中某一点的电势φ的大小,只跟电场本身有关,跟点电荷无关 |
电势能的大小是由点电荷q和该点电势φ共同决定的 |
3 |
电势差却是指电场中两点间的电势之差, ΔU=φA-φB,取φB =0时,φA=ΔU |
电势能差ΔE是指点电荷在电场中两点间的电势能之差ΔE=EA-EB=W,取EB=0时,EA=Δε |
4 |
沿电场线方向电势逐渐降低,取定零电势点后,某点的电势高于零者,为正值.某点的电势低于零者,为负值 |
正点荷(十q):电势能的正负跟电势的正负相同 负电荷(一q):电势能的正负限电势的正负相反 |
5 |
单位:伏特 |
单位:焦耳 |
6 |
联系:ε=qφ,w=Δε=qΔU |
(2)电场强度与电势的对比
|
电场强度E |
电势φ |
1 |
描述电场的力的性质 |
描述电场的能的性质 |
2 |
电场中某点的场强等于放在该点的正点电荷所受的电场力F跟正点电荷电荷量q的比值·E=F/q,E在数值上等于单位正电荷所受的电场力 |
电场中某点的电势等于该点跟选定的标准位置(零电势点)间的电势差,φ=E/q,φ在数值上等于单位正电荷所具有的电势能 |
3 |
矢量 |
标量 |
4 |
单位:N/C;V/m |
V(1V=1J/C) |
5 |
联系:①在匀强电场中UAB=Ed (d为A、B间沿电场线方向的距离). ②电势沿着电场强度的方向降落 |
1.电场中电势相等的点构成的面叫做等势面.,电场线和等势面都是人们虚拟出来形象描述电场的工具.
2电势能的变化: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数量。
电场力做正功电势能减少;电场力做负功电势能增加.电场力对电荷做功的多少等于电荷电势能的变化量,所以电场力的功是电荷电势能变化的量度.用ε表示电势能,则将电荷从A点移到B点有:.
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电势能变化的判断方法: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(逆)电场方向移动的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)
a.依电场力做功正负判断:
b.由电荷沿电场线移动方向判断: 正电荷顺电场线移动时,电场力是做正功,电势能减少,
负电荷顺电场线移动时,电场力是做负功,电势能增加.
c.若只有电场力做功时,动能和电势能互相转化,则动能增加,电势能就减少,反之,电势能就增加.
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(重力)做功跟路径无关,是由初末位置的电势差(高度差)与电量(重量)决定
1概念:电荷在电场中所具有的势能叫电势能,电势能是电荷与所在电场所共有的,具有相对性,与参考位置(势能零点)的选择有关.(通常选地面或∞远为电势能零点)
由电荷(场源)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
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。
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:是指这点与电势零点之间的电势差叫做该点的电势,是标量.令.
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。
电势高低的判断方法:
1根据电场线的方向判断;沿电场线方向电势降低。
2电场力做功判断;电荷的正负及移动的方向。
3电势能变化判断;
4场源电荷判断:跟场源正电荷越近,电势越高。跟场源负电荷越近,电势越低。
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) 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.
类似于高度是相对的.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.
(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.
电势与电场强度的关系
⑴电势反映电场能的特性, 而电场强度反映电场力的特性.
⑵电势是标量,具有相对性,而电场强度是矢量,不具相对性,两者叠加时运算法则不同.
电势的正负有大小的含义,而电场强度的正、负表示方向不同,并不表示大小.
⑶电势与电场强度的大小没有必然的联系,某点的电势为零,电场强度可不为零,反之亦然.
⑷同一检验电荷在E大处F大,但正电荷在φ高处,ε才大,而负电荷在φ高处ε反而小.
(5)电势和电场强度都是由电场本身的因素决定的,与检验电荷无关.
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两点的电势之差,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q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。W=qu
电动势对应非静电力做功 电能其它形式的能
匀强电场中电势差与电场强度的关系 公式表达: 或
理解①公式反映了电场强度与电势差之间的关系,由公式可知:电场强度的方向就是电势降低最快的方向.
②公式的应用只适用于匀强电场,且应用时注意d的含义是表示某两点沿电场线方向上的距离,或两点所在等势面之间的距离,由公式可得结论:在匀强电场中,两长度相等且相互平行的线段的两端点间的电势差相等.
③对于非匀强电场,此公式可以用来定性分析某些问题,如在非匀强电场中,各相邻等势面的电势差为一定值时,那么E越大处,d越小,即等势面越密.
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