电荷思维导图
《电荷思维导图》
1. 电荷基础概念
1.1 电荷的定义
- 电荷是物质的一种基本属性，表现为物体具有吸引或排斥其他带电物体的能力。
- 符号：Q 或 q
- 单位：库仑 (C)
1.2 电荷的分类
- 正电荷：与玻璃棒摩擦过的丝绸带有的电荷相似的电荷。
- 负电荷：与橡胶棒摩擦过的毛皮带有的电荷相似的电荷。
1.3 电荷的性质
- 电荷守恒定律：孤立系统中，正负电荷的总量保持不变。 可以相互转移，但不能凭空产生或消失。
- 电荷的量子化：任何电荷的电量都是元电荷 e 的整数倍。 e = 1.602 × 10⁻¹⁹ C
- 同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。
1.4 元电荷
- 定义：最小的独立存在的电荷量，通常指电子的电荷量。
- 符号：e
- 数值：e = 1.602 × 10⁻¹⁹ C
2. 电荷的产生与转移
2.1 摩擦起电
- 原理：不同物质原子核束缚电子的能力不同，摩擦时电子发生转移。
- 过程：
- 两种不同的物质相互摩擦。
- 原子束缚电子能力弱的失去电子，带正电。
- 原子束缚电子能力强的得到电子，带负电。
- 实例：丝绸摩擦玻璃棒、毛皮摩擦橡胶棒。
2.2 接触起电
- 原理：带电体与不带电体接触，电荷发生转移。
- 过程：带电体将其多余的同种电荷转移一部分给不带电体，使得不带电体也带上同种电荷。
- 实例：带电金属球接触不带电金属球。
2.3 感应起电
- 原理：导体在电场中，电荷受到电场力的作用而重新分布。
- 过程：
- 带电体靠近导体。
- 导体内部的自由电荷受到电场力的作用。
- 正负电荷分别移动到导体的两端。
- 导体两端分别带有异种电荷。
- 注意：感应起电物体本身仍是电中性。
2.4 静电屏蔽
- 原理：利用金属外壳阻止外部电场进入其内部。
- 应用：电子设备外壳、同轴电缆、静电喷涂。
3. 电场
3.1 电场强度
- 定义：描述电场对放入其中的电荷的作用力的物理量。
- 符号：E
- 单位：牛/库 (N/C) 或 伏/米 (V/m)
- 公式：
- E = F/q （定义式）
- E = kQ/r² （点电荷电场）
- E = U/d （匀强电场）
- 方向：正电荷在该点所受电场力的方向。
3.2 电场线
- 定义：一种假想的曲线，用来形象地描述电场的分布情况。
- 特点：
- 电场线起于正电荷或无穷远处，止于负电荷或无穷远处。
- 电场线不相交。
- 电场线的疏密程度反映电场强度的大小。
- 电场线上某点的切线方向为该点的电场强度方向。
3.3 电势
- 定义：描述电场中某点电势高低的物理量。
- 符号：φ
- 单位：伏 (V)
- 特点：电势是标量，有正负之分。
- 电势零点：人为选定的电势参考点，通常选大地或无穷远处为零电势点。
3.4 电势差
- 定义：电场中两点间的电势之差，也称为电压。
- 符号：U
- 单位：伏 (V)
- 公式：U = φA - φB
- 电势差与电场强度的关系：U = Ed （匀强电场）
3.5 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。
- 电场力不做功时，电荷沿等势面移动。
- 等势面上任意两点间的电势差为零。
- 等差等势面越密，电场强度越大。
4. 电荷的运动
4.1 电场力做功
- 公式：W = qU = qEd cosθ (θ 为电场力方向与位移方向的夹角)
- 电场力做功的特点：只与初末位置有关，与路径无关。
4.2 电势能
- 定义：电荷在电场中具有的能量。
- 符号：Ep
- 公式：Ep = qφ
- 电势能的变化：ΔEp = -W （电场力做的功等于电势能的减少量）
4.3 电荷在电场中的运动
- 匀强电场中的加速运动：类平抛运动或直线运动，根据牛顿第二定律和运动学公式求解。
- 变电场中的运动：利用动能定理或能量守恒定律求解。
- 带电粒子在磁场中的运动（洛伦兹力）：通常结合牛顿第二定律和圆周运动的规律进行分析。
5. 电容
5.1 电容的定义
- 定义：表示电容器容纳电荷本领的物理量。
- 符号：C
- 单位：法拉 (F)
- 公式：C = Q/U
5.2 电容器
- 定义：储存电荷的元件。
- 种类：平行板电容器、可变电容器等。
- 平行板电容器的电容：C = εS/4πkd （ε为介电常数，S为正对面积，d为极板间距）
- 电容器的充放电：充放电过程中电荷、电压发生变化。
6. 应用
6.1 静电的应用
6.2 避雷针
6.3 电路设计
