第 1 关电荷会隔空推拉
头发被气球吸起来,不是“碰巧粘住”,是电荷在动手。
摩擦会让电子从一个物体跑到另一个物体。失去电子,物体带正电;得到电子,物体带负电。电荷量用 q 表示,单位库仑(C)。
电荷不是随便切的最小的一份叫元电荷:e = 1.60×10−19 C。任何带电体的电荷量都是 e 的整数倍。电子带 −e,质子带 +e;e 本身说的是正的“大小”。
两个很小、距离又比自身尺寸大得多的带电体,可以看成点电荷。它们之间遵守库仑定律:
F = k |q₁q₂| / r²
k = 9.0×10⁹ N·m²/C²;大小用绝对值,方向另判断:同号排斥,异号吸引。若 q₁、q₂ 表示电荷量大小,也常写成 F=kq₁q₂/r²。
关系
互相吸引
力的大小
0.60 N
双方受力
等大反向
过关题:q₁、q₂ 不变,距离变成原来的 2 倍,静电力变成多少?
第 2 关别盯着试探电荷:看“场”
电荷没接触也能受力,中间传话的就是电场。
把很小的正试探电荷 q 放到某点,它受到电场力 F。用“每 1 C 正电荷能分到多少力”描述那一点:
E = F / q
单位 N/C(也等于 V/m)。方向就是正电荷在该点的受力方向。
最要紧的一句E 描述的是场本身。换试探电荷,F 会变,但 F/q 不变。不能说“q 越大,那点的 E 越大”。
这里的 E(固定)
300 N/C
q
2 nC
F = qE
600 nN
如果场源是一个点电荷 Q,离它 r 远的地方:
E = k |Q| / r²
Q 是“造场的人”;Q 为正,E 向外;Q 为负,E 向内。
过关题:同一点,把 +2 nC 试探电荷换成 +6 nC,E 怎样变?
第 3 关电场可视化台
放电荷、拖电荷。看不见的场,今天让它显形。
拖动电荷;移动指针查看该点 E
指针位置
—
场强 |E|
—
E 的方向
—
图上的每样东西在说什么画布宽度按 1.0 m,每颗电荷是 ±1.0 μC。蓝色带箭头曲线是电场线:切线方向就是 E 的方向,越密处场越强;它从正电荷或无穷远出发,到负电荷或无穷远结束。橙色线是等势面的二维截线。
别把电场线当跑道它是为了画场而造的线,不是带电粒子的运动轨迹。粒子还带着原来的速度,轨迹由速度和受力一起决定。
过关题:关于电场线,哪句话对?(先拖一次电荷再答)
第 4 关电势:给电场画“海拔”
只看力还不够。从高处滑到低处,用“能量账本”更省事。
电势 φ 像地形的海拔,是电场给出的“电学高度”,单位伏特(V)。正电荷更愿意往低电势走;负电荷反过来。
UAB = φA − φB
WAB = qUAB
WAB = qUAB
UAB 是电势差;WAB 是电场力把电荷从 A 移到 B 做的功。
能量账本电势能 Ep = qφ。电场力做正功,电势能减少:ΔEp = −WAB。
WAB = qUAB
+300 nJ
ΔEp
−300 nJ
电场力
做正功
匀强电场:每个地方的 E 都一样
平行金属板中间(忽略边缘),电场线是等距平行直线。沿电场方向走距离 d:
U = Ed
d 必须是沿电场线方向的距离。斜着走,要用两点沿 E 方向的距离。
过关题:等势面和电场线是什么关系?
第 5 关粒子进电场:加速与偏转
电场给速度“掰方向”。横着飞进去,就会拐出一条抛物线。
沿电场线进入,电场力持续做功:qU = ΔEk。垂直电场线进入匀强电场,横向匀速、竖向匀加速:
a = qE/m x = v₀t y = ½at²
合起来:y = qU x² / (2mdv₀²),所以轨迹是抛物线。
板间场强 |E|
1667 V/m
飞过极板用时
2.00 μs
出口偏移 y
3.33 cm
本模拟固定正粒子 q/m = 1.0×10⁷ C/kg,板间距 d = 0.12 m。U 为正时,上板电势高,E 向下,正粒子向下偏。
过关题:其他都不变,v₀ 变成 2 倍,出口偏移 y 变成多少?
第 6 关坑点排雷
这些话看着顺眼,考试时最会骗人。逐个拆。
挑战关一发擦中极板边缘
只调电压。让正粒子刚好打中标记的极板边缘,拿 10 附加分。
固定 v₀ = 2.0×10⁵ m/s、L = 0.40 m、d = 0.12 m。
通关测随机 10 题
覆盖前面全部内容。数字每套会换,交卷后逐题拆错因。
小抄把整章压成 9 句话
- 元电荷 e = 1.60×10−19 C;电荷量是 e 的整数倍。
- 库仑力大小 F = k|q₁q₂|/r²;同号斥、异号吸。
- E = F/q 用正试探电荷定义;E 是场的性质,不跟试探电荷走。
- 点电荷场强 E = k|Q|/r²;正 Q 向外,负 Q 向内。
- 电场线切线是 E 的方向,疏密表示强弱,但它不是运动轨迹。
- UAB = φA−φB,WAB = qUAB,ΔEp = −WAB。
- 等势面和电场线垂直;沿等势面移动,电场力不做功。
- 匀强电场沿场线方向 U = Ed;平行板中 E = U/d。
- 带电粒子:a=qE/m;垂直入射时横向匀速、竖向匀加速,轨迹是抛物线。