电场的思维导图
电场的思维导图
一、电场的基本概念
1. 定义：
- 定义：电荷周围存在的一种特殊物质，能传递电荷之间的相互作用。
- 本质：物质存在的一种形式。
- 作用：对放入其中的电荷有力的作用。
2. 电场力：
- 定义：电场对放入其中的电荷的作用力。
- 公式：
- 点电荷： F = qE
- 普遍适用： F = qE （E为电场强度）
- 方向：
- 正电荷受到的电场力方向与电场强度方向相同。
- 负电荷受到的电场力方向与电场强度方向相反。
3. 电场强度 (E)：
- 定义：描述电场强弱的物理量，等于放入电场中某点的电荷所受的电场力与该电荷电荷量的比值。
- 定义式： E = F/q (适用于计算某个点的场强)
- 单位： N/C 或 V/m
- 方向：
- 正电荷：电场强度方向与正电荷在该点所受电场力方向相同。
- 负电荷：电场强度方向与负电荷在该点所受电场力方向相反。
- 决定因素：
- 由电场本身决定，与试探电荷的电量和受力无关。
- 点电荷电场： E = kQ/r² (Q为源电荷电量，r为距离源电荷的距离)
- 匀强电场：各处电场强度大小和方向都相同。
4. 电场线：
- 定义：在电场中画出的一些曲线，使曲线上每一点的切线方向都跟该点的电场强度方向一致。
- 特点：
- 起始于正电荷或无穷远，终止于负电荷或无穷远。
- 电场线不相交。
- 电场线的疏密程度反映电场强度的强弱。
- 电场线是假想的，不是实际存在的线。
5. 电场力做功
- 做正功：电势能减少
- 做负功：电势能增加
- 电场力做功与路径无关，只与初末位置的电势差有关
二、几种典型的电场
1. 点电荷的电场：
- 电场线：以点电荷为中心，呈放射状分布。正电荷发出，负电荷进入。
- 电场强度：E = kQ/r² (Q为源电荷电量，r为距离源电荷的距离)
- 等势面：以点电荷为球心的球面。
2. 匀强电场：
- 电场线：平行且等间距的直线。
- 电场强度：各处电场强度大小和方向都相同。 E = U/d (U为两点之间的电势差，d为沿电场线方向两点之间的距离)
- 等势面：与电场线垂直的平面。
3. 等量同种电荷的电场：
- 电场线：关于两电荷连线的中垂线对称，连线中点处电场强度为零。
- 等势面：关于两电荷连线的中垂线对称，中垂线上的电势等于无穷远处的电势。
4. 等量异种电荷的电场：
- 电场线：由正电荷指向负电荷，连线中点处电场强度最大。
- 等势面：关于两电荷连线的中垂线对称，中垂线上的电势等于无穷远处的电势。
三、电势和电势能
1. 电势 (φ)：
- 定义：电场中某点的电势等于单位正电荷从该点移动到零电势点（通常取无穷远或大地）时电场力所做的功。
- 公式： φ = Ep/q
- 单位：伏特 (V)
- 特点：电势是标量，具有相对性，某点的电势数值与零电势的选择有关。
2. 电势差 (U)：
- 定义：电场中两点间的电势之差，等于单位正电荷从一点移动到另一点时电场力所做的功。
- 公式： Uab = φa - φb = Wab/q
- 单位：伏特 (V)
- 特点：电势差是标量，具有绝对性，与零电势的选择无关。
3. 等势面：
- 定义：电场中电势相等的点构成的面。
- 特点：
- 等势面与电场线垂直。
- 在等势面上移动电荷，电场力不做功。
- 电场线总是从电势高的等势面指向电势低的等势面。
4. 电势能 (Ep)：
- 定义：电荷在电场中具有的势能。
- 公式：Ep = qφ
- 单位：焦耳 (J)
- 电势能的变化：
- 电场力做正功，电势能减少。
- 电场力做负功，电势能增加。
- 电场力做功与电势能变化的关系：Wab = - ΔEp = Ep_a - Ep_b
四、电场的应用
1. 静电屏蔽：
- 原理：导体内部的电场强度为零，从而屏蔽外部电场对内部的影响。
- 应用：电子仪器的外壳、避雷针等。
2. 静电除尘：
- 原理：利用静电场使尘粒带电，然后被吸附到带有相反电荷的集尘板上。
- 应用：工业除尘、空气净化等。
3. 静电复印：
- 原理：利用静电吸引墨粉的原理将图像复制到纸上。
- 应用：复印机、激光打印机等。
4. 示波器和显像管
五、电场的性质总结
- 电场是物质的一种存在形式。
- 电场对放入其中的电荷有力的作用（电场力）。
- 电场有能量的性质（电势能）。
- 可以用电场强度描述电场的力的性质。
- 可以用电势描述电场的能的性质。
- 电场力做功与路径无关，只与初末位置的电势差有关。
