电场和电动势
一、电场
1.两种电荷
（1）自然界中存在两种电荷:正电荷与负电荷.
（2）电荷守恒定律:
2. 库仑定律
（1）内容:在真空中两个点电荷间的作用力跟它们的电荷量的乘积成正比，跟它们之间的距离的平方成反比，作用力的方向在它们的连线上. （2）公式:
（3）适用条件:真空中的点电荷.
点电荷是一种理想化的模型.如果带电体本身的线度比相互作用的带电体之间的距离小得多，以致带电体的体积和形状对相互作用力的影响可以忽略不计时，这种带电体就可以看成点电荷，但点电荷自身不一定很小，所带电荷量也不一定很少.
3.电场强度、电场线
（1）电场:带电体周围存在的一种物质，是电荷间相互作用的媒体.电场是客观存在的，电场具有力的特性和能的特性.
（2）电场强度:放入电场中某一点的电荷受到的电场力跟它的电荷量的比值，叫做这一点的电场强度.
定义式: E=F/q 方向:正电荷在该点受力方向.
（3）电场线:在电场中画出一系列的从正电荷出发到负电荷终止的曲线，使曲线上每一点的切线方向都跟该点的场强方向一致，这些曲线叫做电场线.
电场线的性质:①电场线是起始于正电荷（或无穷远处），终止于负电荷（或无穷远处）;②电场线的疏密反映电场的强弱;③电场线不相交;④电场线不是真实存在的;⑤电场线不一定是电荷运动轨迹.
（4）匀强电场:在电场中，如果各点的场强的大小和方向都相同，这样的电场叫匀强电场.匀强电场中的电场线是间距相等且互相平行的直线.
（5）电场强度的叠加:电场强度是矢量，当空间的电场是由几个点电荷共同激发的时候，空间某点的电场强度等于每个点电荷单独存在时所激发的电场在该点的场强的矢量和.
4.电势差U
电荷在电场中由一点A移动到另一点B时，电场力所做的功W AB 与电荷量q的比值WAB/q叫做AB两点间的电势差.公式:U AB =W AB /q 电势差有正负:U AB =-U BA ，一般常取绝对值，写成U.
5.电势φ
电场中某点的电势等于该点相对零电势点的电势差.
（1）电势是个相对的量，某点的电势与零电势点的选取有关（通常取离电场无穷远处或大地的电势为零电势）.因此电势有正、负，电势的正负表示该点电势比零电势点高还是低.
（2）沿着电场线的方向，电势越来越低.
6.电势能
电荷在电场中某点的电势能在数值上等于把电荷从这点移到电势能为零处（电势为零处）电场力所做的功 ε=qU
7.等势面
电场中电势相等的点构成的面叫做等势面.
（1）等势面上各点电势相等，在等势面上移动电荷电场力不做功.
（2）等势面一定跟电场线垂直，而且电场线总是由电势较高的等势面指向电势较低的等势面.
（3）画等势面（线）时，一般相邻两等势面（或线）间的电势差相等.这样，在等势面（线）密处场强大，等势面（线）疏处场强小.
8.电场中的功能关系
（1）电场力做功与路径无关，只与初、末位置有关. 计算方法有:由公式W=qEcosθ计算（此公式只适合于匀强电场中），或由动能定理计算. （2）只有电场力做功，电势能和电荷的动能之和保持不变.
（3）只有电场力和重力做功，电势能、重力势能、动能三者之和保持不变.
9.静电屏蔽
处于电场中的空腔导体或金属网罩，其空腔部分的场强处处为零，即能把外电场遮住，使内部不受外电场的影响，这就是静电屏蔽.
10. 带电粒子在电场中的运动
（1）带电粒子在电场中加速
带电粒子在电场中加速，若不计粒子的重力，则电场力对带电粒子做功等于带电粒子动能的增量.
（2）带电粒子在电场中的偏转
带电粒子以垂直匀强电场的场强方向进入电场后，做类平抛运动.垂直于场强方向做匀速直线运动:Vx =V0 ，
L=V0 t.平行于场强方向做初速为零的匀加速直线运动:
（3）是否考虑带电粒子的重力要根据具体情况而定.一般说来:
①基本粒子:如电子、质子、α粒子、离子等除有说明或明确的暗示以外，一般都不考虑重力（但不能忽略质量）.
②带电颗粒:如液滴、油滴、尘埃、小球等，除有说明或明确的暗示以外，一般都不能忽略重力.
（4）带电粒子在匀强电场与重力场的复合场中运动
由于带电粒子在匀强电场中所受电场力与重力都是恒力，因此可以用两种方法处理:①正交分解法;②等效“重力”法.
11.示波管的原理
示波管由电子枪，偏转电极和荧光屏组成，管内抽成真空.如果在偏转电极XX′上加扫描电压，同时加在偏转电极YY′上所要研究的信号电压，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.
12.电容
（1）定义:电容器的带电荷量跟它的两板间的电势差的比值
（2）定义式:
［注意］电容器的电容是反映电容本身贮电特性的物理量，由电容器本身的介质特性与几何尺寸决定，与电容器是否带电、带电荷量的多少、板间电势差的大小等均无关。
（3）单位:法拉
（4）平行板电容器的电容:在分析平行板电容器有关物理量变化情况时，往往需将结合在一起加以考虑，
其中C=反映了电容器本身的属性，是定义式，适用于各种电容器;表明了平行板电容器的电容决定于哪些因素，仅适用于平
行板电容器;若电容器始终连接在电池上，两极板的电压不变.若电容器充电后，切断与电池的连接，电容器的带电荷量不变.
十、稳恒电流
1.电流
（1）定义:电荷的定向移动形成电流.
（2）电流的方向:规定正电荷定向移动的方向为电流的方向.
在外电路中电流由高电势点流向低电势点，在电源的内部电流由低电势点流向高电势点（由负极流向正极）.
2.电流强度
（1）定义:通过导体横截面的电量跟通过这些电量所用时间的比值，I=q/t
（2）在国际单位制中电流的单位是安.
（3）电流强度的定义式中，如果是正、负离子同时定向移动，q应为正负离子的电荷量和.
3.电阻
（1）定义:导体两端的电压与通过导体中的电流的比值叫导体的电阻.
（2）定义式:R=U/I，单位:Ω
（3）电阻是导体本身的属性，跟导体两端的电压及通过电流无关.
4.电阻定律
（1）内容:在温度不变时，导体的电阻R与它的长度L成正比，与它的横截面积S成反比.
（2）公式:R=ρL/S.
（3）适用条件:①粗细均匀的导线;②浓度均匀的电解液.
5.电阻率
反映了材料对电流的阻碍作用.
（1）有些材料的电阻率随温度升高而增大（如金属）;有些材料的电阻率随温度升高而减小（如半导体和绝缘体）;有些材料的电阻率几乎不受温度影响（如锰铜和康铜）.
（2）半导体:导电性能介于导体和绝缘体之间，而且电阻随温度的增加而减小，这种材料称为半导体，半导体有热敏特性，光敏特性，掺入微量杂质特性.
（3）超导现象:当温度降低到绝对零度附近时，某些材料的电阻率突然减小到零，这种现象叫超导现象，处于这种状态的物体叫超导体.
6.电功和电热
（1）电功和电功率:
电流做功的实质是电场力对电荷做功.电场力对电荷做功，电荷的电势能减少，电势能转化为其他形式的能.因此电功W=qU=UIt，这是计算电功普遍适用的公式.
单位时间内电流做的功叫电功率，P=W/t=UI，这是计算电功率普遍适用的公式.
（2）焦耳定律:式中Q表示电流通过导体产生的热量，单位是J.焦耳定律无论是对纯电阻电路还是对非纯电阻电路都是适用的. （3）电功和电热的关系
①纯电阻电路消耗的电能全部转化为热能，电功和电热是相等的.所以有U=IR（欧姆定律成立），
②非纯电阻电路消耗的电能一部分转化为热能，另一部分转化为其他形式的能.所以有（欧姆定律不成立）.
7.电动势
（1）物理意义:反映电源把其他形式能转化为电能本领大小的物理量.例如一节干电池的电动势E=15V，物理意义是指:电路闭合后，电流通过电源，每通过1C的电荷，干电池就把15J的化学能转化为电能.
（2）大小:等于电路中通过1C电荷量时电源所提供的电能的数值，等于电源没有接入电路时两极间的电压，在闭合电路中等于内外电路上电势降落之和E=U 外 +U 内 .
8.闭合电路欧姆定律
（1）内容:闭合电路的电流强度跟电源的电动势成正比，跟闭合电路总电阻成反比.
（2）表达式:I=E/（R+r）
（3）总电流I和路端电压U随外电阻R的变化规律
当R增大时，I变小，又据U=E-Ir知，U变大.当R增大到∞时，I=0，U=E（断路）. 当R减小时，I变大，又据U=E-Ir知，U变小.当R减小到零时，I=E r ，U=0（短路）.
9.路端电压随电流变化关系图像
U 端 =E-Ir.上式的函数图像是一条向下倾斜的直线.纵坐标轴上的截距等于电动势的大小;横坐标轴上的截距等于短路电流I短;图线的斜率值等于电源内阻的大小.
10.闭合电路中的三个功率
（1）电源的总功率:就是电源提供的总功率，即电源将其他形式的能转化为电能的功率，也叫电源消耗的功率 P 总 =EI.
11.电阻的测量
原理是欧姆定律.因此只要用电压表测出电阻两端的电压，用安培表测出通过电流，用R=U/ I 即可得到阻值.
①内、外接的判断方法:若R x 大大大于R A ，采用内接法;R x 小小小于R V ，采用外接法.
②滑动变阻器的两种接法:分压法的优势是电压变化范围大;限流接法的优势在于电路连接简便，附加功率损耗小.当两种接法均能满足实验要求时，一般选限流接法.当负载R L 较小、变阻器总阻值较大时（RL的几倍），一般用限流接法.但以下三种情况必须采用分压式接法:
a.要使某部分电路的电压或电流从零开始连接调节，只有分压电路才能满足.
b.如果实验所提供的电压表、电流表量程或电阻元件允许最大电流较小，采用限流接法时，无论怎样调节，电路中实际电流（压）都会超过电表量程或电阻元件允许的最大电流（压），为了保护电表或电阻元件免受损坏，必须要采用分压接法电路.
c.伏安法测电阻实验中，若所用的变阻器阻值远小于待测电阻阻值，采用限流接法时，即使变阻器触头从一端滑至另一端，待测电阻上的电流（压）变化也很小，这不利于多次测量求平均值或用图像法处理数据.为了在变阻器阻值远小于待测电阻阻值的情况下能大范围地调节待测电阻上的电流（压），应选择变阻器的分压接法.
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