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高中物理 09 静电场、电荷、库仑定律、电场强度

电势

定义:电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值,叫做这一点的电势。用φ表示,即φ=Epq

单位:伏特,简称伏,符号是V

相对性:电势是相对的,只有先确定了零电势点,才能确定某点的电势值。通常选取无穷远处或大地为零电势点。

等势面:电场中电势相同的各点构成的面叫做等势面。等势面一定与电场线垂直,在同一等势面上移动电荷时,电场力不做功。

电势差

定义:电场中两点间电势的差值,也叫电压。用UAB表示AB两点间的电势差,即UAB=φAφB

与电场力做功的关系:电场力做功与电势差的关系为WAB=qUAB,由此可知,电场力做功与路径无关,只与初末位置的电势差有关。

电场中的功能关系

电势能:电荷在电场中具有的势能叫做电势能,用Ep表示。电势能是相对的,其大小与零电势点的选取有关。电场力做正功时,电势能减小;电场力做负功时,电势能增加,即WAB=EpAEpB

动能定理在电场中的应用:在电场中,合外力对电荷做功等于电荷动能的增量,即W=ΔEk。这里的合外力做功包括电场力做功以及其他力做功。

电容

定义:电容器所带的电荷量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,用C表示,即C=QU

单位:法拉,简称法,符号是F1F=1C/V,常用的单位还有微法(μF)和皮法(pF)1μF=106F1pF=1012F

平行板电容器:平行板电容器的电容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,与两极板间电介质的介电常数ε成正比,其表达式为C=εS4πkd,其中k为静电力常量。

电容器的充电和放电:充电时,电源的电能转化为电容器的电场能,使电容器两极板带上等量异种电荷;放电时,电容器的电场能转化为其他形式的能,两极板上的电荷中和。

静电场中的能量问题

电场能的性质:电场具有能量,电场的能量与电场强度、电势等物理量有关。在电容器充电过程中,电源提供的能量一部分转化为电容器储存的电场能,另一部分转化为电路中的热能等其他形式的能。

电场力做功与能量转化:电场力做功的过程就是电势能与其他形式的能相互转化的过程。例如,在带电粒子在电场中的加速或偏转问题中,电场力做功使粒子的动能增加,电势能减小,实现了电场能与动能的相互转化。

电势、电容等概念是静电场中的重要知识点,它们不仅有助于深入理解电场的性质,而且在电子技术、电力工程等领域有着广泛的应用。同时,这些内容也是高中物理电学部分的重点和难点,在高考中经常出现相关的考题。

物理基础