1. 电场力做功与电势差
核心公式:电场力做功 \(W = qU\),电势差 \(U_{AB} = \varphi_A – \varphi_B\),匀强电场中 \(U = Ed\)(d 为沿电场线方向的距离)。关键计算:通过电场力做功求电势差、电势,判断电场线方向(沿电场线电势降低);静电力做功与路径无关,只与初末位置电势差有关。电势与电势能:电势能 \(E_p = q\varphi\),电场力做正功电势能减小,做负功电势能增大。
2. 电容器相关规律
核心公式:电容定义式 \(C = \frac{Q}{U}\),决定式 \(C = \frac{\varepsilon S}{4\pi kd}\),储存电场能 \(E = \frac{1}{2}CU^2 = \frac{Q^2}{2C}\)。实验与图像:探究影响电容的因素(极板间距、正对面积、电介质),通过 \(Q-U\) 图像面积求电场能;电容器充放电的 \(I-t\) 图像分析(面积表示电荷量)。应用:静电除尘、静电喷漆中电容器形成的匀强电场对带电微粒的作用。
3. 带电粒子在电场中的运动
加速运动:利用动能定理 \(qU = \frac{1}{2}mv^2 – \frac{1}{2}mv_0^2\) 求末速度,适用于加速电场。偏转运动(类平抛):水平方向匀速直线运动(\(L = v_0t\)),竖直方向匀加速直线运动(\(a = \frac{qE}{m} = \frac{qU}{md}\)),侧移量 \(y = \frac{1}{2}at^2\),偏转角正切 \(tan\theta = \frac{at}{v_0}\)。综合应用:示波管工作原理(加速 + 偏转),荧光屏偏移量计算;带电粒子在复合场(电场 + 重力场)中的平衡与圆周运动(等效重力场分析)。
4. 电场强度与电势的综合
电场强度:定义式 \(E = \frac{F}{q}\),点电荷场强公式 \(E = k\frac{Q}{r^2}\),匀强电场 \(E = \frac{U}{d}\)。电势与等势面:等势面与电场线垂直,电势沿电场线降低;通过电场强度叠加求电势最低点、场强为零的位置。类比思想:重力场与静电场类比,推导引力场强度、引力势的表达式。
5. 实际应用与综合计算
实际装置:静电除尘、静电喷漆、质子加速等,结合电场力做功、类平抛运动求收集效率、微粒动能、运动时间。综合问题:带电小球在电场中的平衡、圆周运动(临界条件分析);带电体在电场与粗糙水平面、光滑圆弧轨道组成的系统中的动能变化(结合动能定理、摩擦力做功)。