静电场思维导图

一张思维导图带你了解静电场的知识内容，包括两种电荷、两大定律、三种起电方式、电场的描述、电子元件、电场的应用等。

静电场

• 两种电荷
  • 正电荷
    • 丝绸–玻璃
      • e⁻由玻璃➪丝绸
  • 负电荷
    • 毛皮–橡胶
      • e⁻由毛皮➪橡胶
• 两大定律
  • 电荷守恒定律
    • 元电荷:最小的电荷量，e=1.6×10⁻¹⁹C
      • 注:元电荷是电荷量， 不是质子或电子本身
    • 内容:一个与外界没有电荷交换的系统， 电荷的代数和保持不变
  • 库仑定律
    • 内容:真空中两个静止点电荷之间的相互作用力，他们电荷量的乘积成正比， 与它的距离的二次方成反比，作用力的方向在他们的连线上，这种作用力叫做静电力
    • 表达式:F=kq1q2/r²
      • k=9×10⁹N·m²/C²
      • 类似于万有引力，F=GMm/r²
        • G=6.67×10⁻¹¹N·m²/kg²
    • 适用条件:真空中的点电荷
• 三种起电方式
  • 摩擦
    • 两种不同绝缘体摩擦
      • 绝缘体束缚电子能力不同
  • 接触
    • 导体与带电体接触
      • 自由电子的转移
  • 感应
    • 导体靠近带电体
      • 导体两端出现等量异种电荷
  • 本质:电荷/电子的转移
• 两种性质
  • 电场的描述
    • 力的性质
      • 物理量:电场强度E
        • 矢量
        • 定义式:E=F/q
          • 适用于一切电场
          • E与F,q无关，是电场的属性 但F∝q成立
        • 方向:与正电荷所受力的方向相同
          • 巧记: 正电荷光芒万丈； 负电荷万箭穿心
        • 单位:N/C或V/m
        • 性质:电场独立，互不影响
      • 图形:电场线
        • ❶起始于正电荷或无穷远处 终止于无穷远处或负电荷
        • ❷切线为场强方向
        • ❹疏密为场强大小
        • ❹假想模型
        • ❺𣎴中断,相交,重合
    • 能的性质
      • 物理量:电势能Ep，电势φ
        • 电场力做功:电场力做的功只与电荷的起始位置 和终止位置有关，与电荷经过的路径无关。
          • 类比盖斯定律 和向量
          • 做功–能量变化
          • W=FLcosθ
          • E=F/q d=Lcosθ
          • ➪W=qEd
        • 电势能Ep:静电力做的功等于电势能的减少量
          • 标量
          • 类比重力势能
          • ❶WAB=-(EpB-EpA) =Ep A-EpB
            • 初-末
          • ❷同种电荷靠得越近，电势能越大； 异种电荷离得越远，电势能越大；
          • ❸只受电场力➪动电守恒 ΔEk=ΔEp
        • 电势φ:
          • 标量
          • 定义式:φ=Ep/q
          • 单位:J/C=V
          • 性质:
            • ❶电势是电场自身性质， φ与Ep，q无关
            • ❷电势是相对量， 通常以大地或无穷远处为零电势点
            • ❸正电荷附近为正电势，负电荷附近为负电势 ➪沿电场线方向，电势降低
          • φ与Ep的关系:
            • ❶Ep为0φ𣎴一定为0
              • 如等量同种电荷连线的中点
            • ❷φ为0Ep𣎴一定为0
              • 如等量异种电荷连线的中垂线
        • 电势差:
          • 定义式:UAB=φA–φB
          • 单位:J/C=V
          • U与W，E的关系:
            • 推理过程: UAB=φA–φB ∵φ=Ep/q UAB=(EpA-EpB)/q=WAB/q ➪WAB=Uq ∵W=Fd UAB=Fd/q ∵E=F/q UAB=Eq ➪E=U/q
      • 图形:等势面
        • 不做功的轨迹
        • ❶与电场线垂直
        • ❷电荷沿等势面运动，电场力不做功
        • ❸等势面密 ➪ 电场线密 ➪ 场强大
        • ❹一般相邻等势面等差
        • ❺处于静电平衡， 导体当中电荷稳定不移动
• 电子元件
  • 电容器
    • 基本构造
      • 两个彼此绝缘，相距很近的导体
      • 电介质:制作电容器的隔离材料， 通用εr较大的材料
    • 作用:
      • 容纳电荷，储存电能
    • 充放电:
      • 充电:两极板各连正负极， 使两极板带上等量异种电荷
        • ❶Ⅰ流向正极板， 且由大变小
        • ❷电容器q,U,E↑
        • ❸充电结束，无I，U𣎴变=U电源
      • 放电:接通两极板，电荷中和
        • ❶Ⅰ由正极板→负极板， 且由大变小
        • ❷电容器q,U,E↓
        • ❸放电结束， 一切归0
    • 电容
      • 物质数字名牌
      • 定义式:
        • C=Q/U
          • Q为单极板电荷量的绝对值 U=|U|>0
      • 单位:
        • 1F=10³mF=10⁶μF=10⁹nF=10¹⁰AF=10¹²pF
      • 决定式:
        • C=εrS/4πkd
          • εr:电介质的相对介电常数 S:两极板的正对面积 k:静电力常量 d:两极板距离
          • C∝ε,C∝S,C∝1/d
• 电场的应用
  • 加速与偏转
    • 运动情况:类平抛
    • 主要内容:
      • ❶t=l/v0
      • ❷a=qU/md
      • ❸有v0,vt=√v0²+2qU/m； 无v0,vt=√2qU/m
      • ❹tanθ=qUl/mdv0² tanα=qUl/2mdv0²
      • ❺x=v0t y=1/2·qU/md·l²/v0²
    • 四个推论:
      • ❶tanθ=2tanα
      • ❷末速度方向的反向延长线与初速度方向的延长线 交于初速度方向分位移的中点
      • ❸同一电场中，𣎴计重力,电性相同的 带电粒子射出电场时y与θ相同
      • ❹同一电场中，q同，Ek0同， 则不论m大小，y与θ同
  • 静电屏蔽←静电平衡
    • 实质:电场对电荷的吸引能力有限
• 电场:传递相互作用力的一种特殊物质
• 电势(能)具有相对性， 电势(能)差具有绝对性
• E=kQ/r²
  • 适用于点电荷
  • E∝Q，E∝1/r²