电场与恒定电流:看不见的力与走不丢的流
电荷与库仑定律
电荷守恒定律:电荷既不能创造也不能消灭,只能从一个物体转移到另一个物体(或从物体的一部分转移到另一部分)。
真空中两个静止点电荷之间的作用力——库仑定律:
它与万有引力 形式完全一致,都是平方反比律。区别在于:引力只有吸引,库仑力可引可斥;库仑力远强于引力(电子与质子间的库仑力约为引力的 倍)。
电场与电场强度
电场的物质性
电荷周围存在电场,它对放入其中的电荷有力的作用——电场是传递电荷间相互作用的媒介,不需要接触。
电场强度(描述电场强弱的物理量)
检验电荷 在某点所受电场力 与 之比,叫该点的电场强度:
它是矢量,方向与正电荷受力方向相同,由场源电荷与位置决定,与检验电荷无关。点电荷的场强公式(由 式 与 式 联立得到):
| 比较 | (定义式) | (决定式) |
| 适用范围 | 任何电场 | 真空点电荷 |
| 物理意义 | 比值定义,与 、 无关 | 由场源电荷 与距离 决定 |
| 矢量性 | 方向为正电荷受力方向 | 时背离场源, 时指向场源 |
场强叠加原理:多个点电荷在某点产生的场强,等于各电荷单独存在时在该点场强的矢量和——这是电场“独立作用”的体现。
电势、电势差与电势能
电势差(电压)
电场力做功与电荷量的比值,反映电场本身的性质:
电场力做功的特点
电场力做功与路径无关,只与初末位置的电势差有关——因此静电场是保守场,可以定义电势能。电场力做正功,电势能减少;做负功,电势能增加。
匀强电场中的关系
匀强电场中,电势差等于场强与沿场强方向距离的乘积,这是连接 与 的桥梁:
由 式 可得场强的另一个单位 ——两个单位完全等价。
电容器与电容
电容器是储存电荷与电能的元件。电容定义:所带电荷量 与两极板电势差 之比:
平行板电容器电容的决定式( 为相对介电常数):
动态分析口诀:“始终连接电源, 不变;充电后断开电源, 不变”。判断场强 变化时优先用 或 。
带电粒子在电场中的运动
加速:粒子沿电场方向穿过电势差 ,电场力做功与路径形状无关,一律用动能定理:
偏转:初速 垂直于场强射入匀强电场(板长 、板距 、电压 ),受力恒定且垂直于初速——与平抛同构的类平抛运动:沿 方向匀速,沿场强方向初速为零的匀加速 。
穿越时间 ,出射时:
两式相除立得几何结论:出射方向的反向延长线交入射轴线于板中央( 处)——示波管荧光屏定位全靠它。
记忆点:能否射出极板先看临界——侧移 才能飞出;判断「打板还是飞出」时先比 式 的 与 ,不要硬算轨迹。
恒定电流
欧姆定律
导体中电流与两端电压成正比、与电阻成反比:
串并联电路规律
| 规律 | 串联 | 并联 |
| 电流 | 处处相等 | (各支路按需分配) |
| 电压 | (分压) | 处处相等 |
| 电阻 | (越串越大) | (越并越小) |
| 功率分配 | (大电阻多耗电) | (小电阻多耗电) |
闭合电路欧姆定律
电源内部也有电阻(内阻 ),电动势 等于内外电压之和:
外电路断路时路端电压等于电动势;短路时电流 (很大,危险)。当外电阻等于内阻()时,电源输出功率最大。
电功与电功率
电流做功的本质是电场力搬运电荷:
纯电阻电路中 ,电功率与热功率一致:。但非纯电阻电路(电动机、电解槽)中 ,差值转化为机械能或化学能——此时 ,欧姆定律不适用!
易错点:看到“电动机”三个字,先问自己——它是纯电阻吗?不是。凡是含电动机的电路,一律不能用 反推电流,只能用 与能量守恒联合求解。