3、电场中电势高低的判断和计算方法 (1)根据电场线方向判断.因沿电场线方向各点电势总是越来越低,而逆着电场线方向电势总是逐渐升高. (2)根据等势面的分布和数值,都画在同一图上,直接从图上判定电势高低. (3)根据电场力做功公式判定.当已知q和WAB时,由公式WAB=qUAB,则UAB?WAB判定. q4、电势能与电势的关系 (1)电势是反映电场电势能的性质的物理量.还可以从能的角度定义电势:电场中某点的电荷具有的电势能EP跟它的电荷量的比值,叫做该点的电势,即??Epq,某点的电势与该点是否有电荷无关. (2)电势是由电场决定,电势能是由电场和电荷共同决定的.它们都是标量、相对量.当零势点确定以后,各点电势有确定的值.由于存在两种电荷,则在某一点不同种电荷的电势能有的为正值,也有的为负值. 5、电势与场强的比较 (1)场强是反映电场力的性质,电势是反映电场能的性质,它们都是由比值定义的物理量,因而它们都是由电场本身确定的,与该点放不放电荷无关. (2)电场强度是矢量,电场确定后,各点的场强大小和方向都惟一地确定了.(即各点场强大小有确定的值)。电势是标量,是相对量.电场确定后,各点电势的数值还可随零电势点的不同而改变. (3)电场线都能描述它们,但又有所不同: 电场线的密度表示场强的大小,电场线上各点的切线方向表示场强的方向. 沿电场线的方向,电势越来越低,但不能表示电势的数值. 典型例题: 1、下图是一匀强电场,已知场强E=2×102N/C.现让一个电量q=-4×10-8C的电荷沿电场方向从M点移到N点,MN间的距离s=30cm.试求: (1)电荷从M点移到N点电势能的变化. (2)M,N两点间的电势差. 解析: (1)由图可知,负电荷在该电场中所受电场力F方向向左.因此从M点移到N点,电荷克服电场力做功,电势能增加,增加的电势能△E等于电荷克服电场力做的功W. 电荷克服电场力做功为W=qEs=4×10-8×2×102×0.3J=2.4×10-6J. 即电荷从M点移到N点电势能增加了2.4×10-6J. (2)从M点到N点电场力对电荷做负功为WMN=-2.4×10-6J. 则M,N两点间的电势差为
.即M,N两点间的电势差为60V. 6
2、下列一些说法,正确的是( ) A.电场中电势越高的地方,电荷在那一点具有的电势能越大 B.电场强度越大的地方,电场线一定越密,电势也一定越高 C.电场强度为零的地方,电势一定为零 D.某电荷在电场中沿电场线的方向移动一定距离,电场线越密的地方,它的电势能改变越大 解析:本题的关键是区分场强、电势、电势能概念以及与电场线的关系.最易错的是,总是用正电荷去考虑问题而忽略有两种电荷的存在.由于存在两种电荷,故A项错误.电场线的疏密表示场强大小,而电场线的方向才能反映电势的高低,故B项错.电势是相对量,其零电势位置可随研究问题的需要而任意确定.故“一定为零”是错误的. 答案:D 5、如图所示,P、Q两金属板间的电势差为50V,板间存在匀强电场,方向水平向左,板间的距离d=10cm,其中Q板接地,两板间的A点距P板4cm.求: (1)P板及A点的电势. (2)保持两板间的电势差不变,而将Q板向左平移5cm,则A点的电势将变为多少? 解析: 板间场强方向水平向左,可见Q板是电势最高处.Q板接地,则电势φQ=0,板间各点电U势均为负值.利用公式E?可求出板间匀强电场的场强,再由U=Ed可求出各点与Q板间的d电势差,即各点的电势值. (1)场强 . QA间电势差UQA=Ed′=5×102×(10-4)×10-2V=30V. ∴A点电势φA=-30V,P点电势φP=UPQ=-50V. (2)当Q板向左平移5cm时,两板间距离d1=10cm-5cm=5cm. Q板与A点间距离变为d″=(10-4)cm-5cm=lcm. . 电场强度 Q、A间电势差UQA=Ed″=1.0×103×1.0×10-2V=10V. 所以A点电势φA=-10V. 第八节、电容器的电容 1、电容器的电容、平行板电容器的电容
(1)电容器所带的电量Q与电容器两极板间的电势差U的比值,叫做电容器的电容。
Q公式:C? 单位:法拉(F)还有微法(?F)和皮法(pF) 1?F=10-6F 1pF=10-12F
U(2)常用电容器:聚苯乙烯电容器、电解电容器、平行板电容器、可变电容器.其中电解电容器连接时应注意其“+”、“-”极.
(3)电容的物理意义:电容是表示电容器容纳电荷本领的物理量,是由电容器本身的性质决定的,与电容器是不是带电无关
(4)平行板电容器:平行板电容器的电容C跟介电常数ε成比,跟两板正对面积S成正比,跟两板间距离d成反比,
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平行板电容器的决定式:真空 C?S 介质 C4?kd (6)对电容器电容的两个公式的理解. ①公式C?QU??rS
4?kd
是电容的定义式,适用于任何电容器.对于一个确定的电容器,其电容只由本身的因素决定,而与其电荷量Q和电压U无关. ②公式C??rS是平行板电容器的决定式,只适用于平行板电容器. 4?kd第九节、带电粒子在电场中的运动 1、带电粒子在电场中加速 121W?m??m?02 带电粒子进入电场中加速,若不计粒子重力,根据动能定理,有22W?qU qU?2qU112 m?2?m?02 ?=?0?22mq()和加速电压U有关,而与 当初速度?0?0时,末速度?的大小只与带电粒子的荷质比m粒子在电场中的位移无关. 2、带电粒子在电场中的偏转 带电粒子沿垂直匀强电场的场强方向进入电场后,做类平抛运动,如图所示,设粒子的电荷量为q,质量为m,初速度为v0,两平行金属板间电压为U,板长为L,板间距离为d,则平行于板方向的分运动是匀速直线运动,L=v0t 垂直于板方向的分运动是初速为零的匀加速直线运动。求电子射出电场时沿垂直于版面方向偏移的距离y和偏转的角度。 U12qU2qUFqE12E?y?at?t??at?ta??位移y?atyd 所以 22dm dm mm 2 因为 LL?0? t??0tqU2qUL2t?所以,侧移距离y?22dm2dm? 0 偏转角θ
?yqUL?满足 tg???0dm?02 8
3、示波管的原理
(1)结构:示波管是由电子枪、偏转电极和荧光屏组成的,管内抽成真空.
(2)原理:如果在偏转电极XX′上加上扫描电压,同时在偏转电极YY′上加上所要研究的信号电压,若其周期与扫描电压的周期相同,在荧光屏上就显示出信号电压随时间变化的图线.
4、研究带电粒子在电场中运动的两条主要线索
带电粒子在电场中的运动,是一个综合电场力、电势能的力学问题,研究的方法与质点动力学相同,它同样遵循运动的合成与分解、力的独立作用原理、牛顿运动定律、动能定理、功能原理等力学规律.研究时,主要可以按以下两条线索展开.
(1)力和运动的关系——牛顿第二定律
根据带电粒子受到的电场力,用牛顿第二定律找出加速度,结合运动学公式确定带电粒子的速度、位移等.这条线索通常适用于恒力作用下做匀变速运动的情况.
(2)功和能的关系——动能定理
根据电场力对带电粒子所做的功,引起带电粒子的能量发生变化,利用动能定理或从全过程中能量的转化,研究带电粒子的速度变化,经历的位移等.这条线索同样也适用于不均匀的电场.
5、研究带电粒子在电场中运动的两类重要的思维技巧
(1)类比与等效
电场力和重力都是恒力,在电场力作用下的运动可与重力作用下的运动类比.例如,垂直射入平行板电场中的带电粒子的运动可类比于平抛,带电单摆在竖直方向匀强电场中的运动可等效于重力场强度g值的变化等.
(2)整体法(全过程法)
电荷间的相互作用是成对出现的,把电荷系统的整体作为研究对象,就可以不必考虑其间的相互作用.
电场力的功与重力的功一样,都只与始末位置有关,与路径无关.它们分别引起电荷电势能的变化和重力势能的变化,从电荷运动的全过程中功能关系出发(尤其从静止出发末速度为零的问题)往往能迅速找到解题入口或简化计算. 恒定电流 一、欧姆定律 U 内容:导体中的电流I跟导体两端的电压U成正比,跟导体的电阻R成反比,即I?(适R用于金属导体和电解液,不适用于气体导电)。 单位:欧姆,符号Ω,且1Ω=1V/A,常用单位:Ω(欧姆)、kΩ(千欧) 、MΩ(兆欧)
换算关系:1kΩ=10Ω 1MΩ=10KΩ
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电阻的伏安特性曲线:注意I-U曲线和U-I曲线的区别。还要注意:当考虑到电阻率随温度的变化时,电阻的伏安特性曲线不再是过原点的直线。
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二、电阻定律:导体的电阻R跟它的长度l成正比,跟它的横截面积S成反比。R??l S (1)ρ是反映材料导电性能的物理量,叫材料的电阻率。单位是Ω·m。 (2)纯金属的电阻率小,合金的电阻率大。(3)材料的电阻率与温度有关系: ①金属的电阻率随温度的升高而增大。②半导体的电阻率随温度的升高而减小。 Ul注意:公式I?是电阻的定义式,而R??是电阻的决定式。R与U成正比或R与I成反RS比的说法是错误的,导体的电阻大小由长度、截面积及材料决定,一旦导体给定,即使它两端的电压U=0,它的电阻仍然存在。 三、难点知识剖析 例 1、一个标有“220V、60W”的白炽灯泡,加上的电压U由零逐渐增大到220V,在此过程中,电压U和电流I的关系可用图象表示,题中给出的四个图线中,肯定不符合实际的是( ) 解析: 本题的思路是 U—I图像中,图线的斜率表示电阻,斜率越大,电阻越大。如果图线是曲线,则表示导体中通过不同的电压、电流时它的电阻是变化的,这时电阻可以用该点曲线的切线斜率来表示。 灯泡在电压加大的过程中,灯丝中的电流增大,温度升高,而金属的电阻率随着温度的升高而增大,所以灯丝在加大电压的过程中电阻不断增大, U—I图线中曲线的斜率应不断增大。A图中斜率不变,表示电阻不变,C图中斜率减小,表示电阻减小,D图中斜率先变大后变小。只有B图中斜率不断增大,符合电压不断变大的实际情况。 答案: ACD U2说明: 本题的难点在于①是对 U—I图的物理意义的理解;②是由R?计算的电阻值只P是灯泡正常发光的阻值,而不是整个过程中的阻值。 例3、如图所示,由一个由电池、电阻R、开关S与平行板电容器组成的串联电路,开关闭合.在增大电容器两极板间距离的过程中( ) A.电阻R中没有电流 B.电容器的电容变小 C.电阻R中有从a流向b的电流 D.电阻R中有从b流向a的电流UAB 解析:图中电容器被充电,A极板带正电,B极板带负电。根据平行板电容器的大小决定因等可知,当增大电容器两极板间距离d时,电容C变小.由于电容器始终与电池相连,电容器两
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