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、电势差;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;无穷远为零电势时,点电荷电势可通过做功推导。电势分布:等量同种电荷、匀强电场的电势分布,中垂线、连线上的电势特点。
2. 电容器相关规律
核心公式:电容定义式 \(C = \frac{Q}{U}\),决定式(平行板 \(C = \frac{\varepsilon S}{4\pi kd}\)、球形 \(C = \frac{R_1R_2}{k(R_2-R_1)}\)),储存电场能 \(E = \frac{1}{2}CU^2 = \frac{Q^2}{2C}\)。图像与能量:通过 \(U-Q\) 图像面积求电场能;充放电过程中电源非静电力做功与电场能的关系,考虑能量损耗。应用:平行板电容器与电路结合,分析极板间电场对带电小球的平衡作用;电容器放电对粒子运动的影响。
3. 带电粒子在电场中的运动
加速运动:动能定理 \(qU = \frac{1}{2}mv^2 - \frac{1}{2}mv_0^2\),适用于加速电场,求解粒子末速度。偏转运动(类平抛):水平方向匀速(\(L = v_0t\)),竖直方向匀加速(\(a = \frac{qE}{m} = \frac{qU}{md}\)),侧移量 \(y = \frac{1}{2}at^2\),偏转角正切 \(tan\theta = \frac{at}{v_0}\)。复合场运动:电场 + 重力场中粒子的平衡、圆周运动(等效重力场分析临界条件);含空气阻力时粒子的匀速偏转。
4. 实际应用与综合计算
实际装置:静电除尘、空气净化,结合类平抛运动求收集效率、极板电压;示波管(加速 + 偏转),荧光屏偏移量计算。综合问题:带电小球在电场中的摆动、圆周运动,结合动能定理、牛顿第二定律求速度、轨道压力;带电液滴在电场中的下落、往返运动,分析加速度与运动状态。
5. 电势与电场强度的综合
电势定义与类比:电势 \(\varphi = \frac{E_p}{q}\),类比定义重力势 \(\varphi_G = \frac{E_G}{m}\),二者均反映场的能的性质。电场强度与电势变化率:电势对空间位置的变化率与电场强度相关,匀强电场中变化率恒定,非匀强电场中变化率随位置改变。周期性运动:带电粒子在非匀强电场中的周期性运动,通过动能与电势能之和求运动区间和周期。
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