师:今天我们来复习高二粤教版物理第一单元静电场的描述。静电场这一单元是认识整个电磁学的基石,在这一章中,我们要学习以下内容:

  首先,通过实验了解静电现象,能用原子结构模型和电荷守恒知识分析静电现象;知道点电荷模型,掌握两个点电荷间相互作用的规律,体会探究库仑定律过程中库仑扭秤实验的科学思想和方法。

  其次,要明白电场是一种物质,虽看不见、摸不着却真实存在。理解时可类比重力场,学习电场强度,体会用电场力除以电荷量这种物理量之比定义新物理量的方法。为直观描述电场,引入电场线概念。

  最后,要知道静电场中的电荷具有电势能,了解电势能、电势以及电势差的含义,掌握匀强电场中电势差与电场强度的关系。下面我们简单回顾各章节的基础知识。

  在静电现象部分,自然界存在正负两种电荷,同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引。三种起电方式为摩擦起电、接触起电以及感应起电。电荷守恒定律的内容是,电荷既不能被创造,也不能消失,它只能从一个物体转移到另一物体,或者从物体的一部分转移到另一部分,在任何转移过程中,电荷的总量保持不变。我们还定义了元电荷,它指的是一个电子或质子所带电荷量的绝对值。

  第二部分是库仑定律,其大小满足公式(F = k\frac{Q_1Q_2}{r^2}),其中(k)是静电力常量,方向遵循同种电荷相互排斥、异种电荷相互吸引的原则。注意库仑定律的适用条件,一是要在真空中,二是要满足点电荷条件,即带电体的形状、大小以及电荷分布状况可忽略,这一点可与质点模型作对比理解。

  第三部分是电场。我们定义电场强度为,把一个试探电荷放到电场中,它所受电场力与它电量之比。其方向为正电荷所受电场力的方向。点电荷电场强度的表达式可由库仑定律结合电场强度定义式推出,即(E = k\frac{Q}{r^2})。场强的叠加遵循平行四边形定则。电场线是为直观描述电场而定义的,在电场中画出一系列有方向的曲线,使曲线上每一点的切线方向都和该处的场强方向一致,其特点是不闭合、不相交,疏密表示电场的强弱。

  第四部分是电势能以及电势。首先要掌握电场力做功的特点,它与重力做功、弹力做功类似,做功只与初末位置有关,与路径无关。电场力做功和电势能的关系是(W_{AB} = E_{PA} - E_{PB})。电势能是指电荷在电场中某点所具有的势能,与具体位置有关,一般取大地或无限远处为零电势能点。电势的定义是,把某电荷的电势能比上该电荷量,它是一个标量,有正负,具体数值与电势零点的选取有关。等势面是为直观描述电场电势能分布,将电场中电势相同的各点构成的面。其特点有:在同一等势面上移动电荷,电场力不做功;等势面与电场线垂直,电场线由电势高的等势面指向电势低的等势面;等差等势面越密的地方,电场线越密集,场强越大。

  最后一部分是电势差及其与电场强度的关系。电势差的定义要注意,(U_{AB} = \varphi_A - \varphi_B),同理(U_{BA} = \varphi_B - \varphi_A),与一般物理量变化的末减初不同。电场力做功和电势差的关系是(W_{AB} = qU_{AB})。在匀强电场中还有关系式(U_{AB} = Ed),其中(d)为(AB)两点沿电场方向的距离,沿电场方向电势降落最快。

  整个电场中我们可总结为六个物理量:电场力、电场强度、电场力做功、电势能、电势以及电势差。它们之间的关系如下:

  最初定义了电场力,借助电场力,通过(E = \frac{F}{q})定义了电场强度,这是定义式,可针对任意电场。之后根据电场力,利用(W = Fs\cos\theta)定义了电场力做功。功和能相关联,借助做功找到与电势能的关系,即势能定理(W_{AB} = -\Delta E_P),写成(W_{AB} = E_{PA} - E_{PB})。借助电势能,通过(\varphi = \frac{E_P}{q})定义了电势,同样是定义式。对比可知,电场强度是力除以电荷量,电势是电势能除以电荷量,凸显了电场力的性质和能的性质,这也是后面学习的重点。从电势到电势差,(U_{AB} = \varphi_A - \varphi_B)。补齐电场强度和电势差的关系(E = \frac{U}{d}),但要注意此公式只在匀强电场中成立,同时点电荷场强表达式(E = k\frac{Q}{r^2})也包含在内,还有电场力做功和电势差的关系(W_{AB} = qU_{AB})。通过这些梳理清楚六个物理量之间的关系。下面通过具体例题感受电场力的性质以及能量的性质。

  首先是力的性质部分的例题,关于电场中的动力学问题。题目如下:如图所示,光滑固定斜面倾角为(37)度,一带正电小物块质量为(m),电荷量为(q),置于斜面上。当沿水平方向加如图所示的匀强电场时,带电小物块恰好静止在斜面上。从某时刻开始,电场强度变化为原来的(\frac{1}{2})。求:第一问,原来电场强度的大小,用字母表示;第二问,小物块运动的加速度(注意是电场变化后的加速度);第三问,小物块在(2)秒末的速度大小以及(2)秒内的位移大小。

  先看第一问,读完题干后重要的一步是做受力分析。学习电场后,在一重二弹三摩擦基础上,要加上电场力分析。小物块受到重力、弹力以及向右的电场力(因为带正电),处于受力平衡状态。画出这三个力后,将重力和电场力沿斜面方向分解,沿斜面向下的力(mg\sin37^{\circ})等于电场力沿斜面向上的分量(Eq\cos37^{\circ})。经过数学运算可得电场强度大小(E = \frac{3mg}{4q})。

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《物理 选择性必修3 第1章 静电场的描述单元复习 逐字稿-4,387字 第5版》.docx
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