《物理电场思维导图》

一、 电场的基本概念

1.1 电荷与电荷守恒定律

• 1.1.1 电荷的种类:
  • 正电荷
  • 负电荷
    • 1.1.2 电荷的性质:
  • 同种电荷相互排斥
  • 异种电荷相互吸引
    • 1.1.3 元电荷:
  • e = 1.60 x 10^-19 C
    • 1.1.4 电荷守恒定律:
  • 电荷不会凭空产生或消失，只能从一个物体转移到另一个物体，或者从物体的一部分转移到另一部分，在转移过程中，电荷的总量保持不变。

1.2 电场

• 1.2.1 电场的定义:
  • 存在于电荷周围的能够传递电荷之间相互作用的特殊物质。
    • 1.2.2 电场的产生:
  • 电荷（静止或运动的）
    • 1.2.3 电场的基本性质:
  • 对放入其中的电荷有力的作用 (电场力)
    • 1.2.4 电场强度:
  • 定义式: E = F/q
  • 点电荷的电场强度: E = kQ/r^2
  • 单位: N/C 或 V/m
  • 方向: 正电荷所受电场力方向；负电荷所受电场力反方向

1.3 电场线

• 1.3.1 定义:
  • 一种假想的曲线，用于形象地描述电场的分布。
    • 1.3.2 特点:
  • 起于正电荷，止于负电荷或无穷远
  • 不相交
  • 疏密程度表示场强的大小
  • 沿电场线方向电势降低
  • 电场线与等势面垂直

1.4 等势面

• 1.4.1 定义:
  • 电场中电势相等的各点构成的面。
    • 1.4.2 特点:
  • 等势面与电场线垂直
  • 在同一等势面上移动电荷，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
  • 等差等势面越密的地方，电场强度越大

二、 电场力与电势能

2.1 电场力

• 2.1.1 定义:
  • 电场对放入其中的电荷的作用力。
    • 2.1.2 计算:
  • F = qE
    • 2.1.3 电场力做功:
  • W = qU (U是电势差)
    • 2.1.4 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。

2.2 电势能

• 2.2.1 定义:
  • 电荷在电场中具有的势能。
    • 2.2.2 电势能的变化:
  • ΔEp = -W
    • 2.2.3 电势能与电场力做功的关系:
  • 电场力做正功，电势能减小；电场力做负功，电势能增加。
    • 2.2.4 电势:
  • 定义: 电荷在某点的电势能与它的电荷量的比值。 φ = Ep/q
  • 单位: 伏特 (V)

2.3 电势差

• 2.3.1 定义:
  • 电场中两点电势的差值。
    • 2.3.2 计算:
  • U = φA - φB
    • 2.3.3 电场强度与电势差的关系:
  • U = Ed (匀强电场)

三、 几种典型的电场

3.1 点电荷的电场

• 3.1.1 电场线:
  • 正点电荷：向外辐射
  • 负点电荷：向内汇聚
    • 3.1.2 等势面:
  • 以点电荷为球心的球面

3.2 匀强电场

• 3.2.1 电场线:
  • 平行且等间距的直线
    • 3.2.2 等势面:
  • 平行且等间距的平面
    • 3.2.3 特点:
  • 电场强度处处相等

3.3 等量同种电荷的电场

• 3.3.1 电场线:
  • 对称分布，中间有一点场强为零
    • 3.3.2 等势面:
  • 分布复杂，中间有一等势面近似为平面

3.4 等量异种电荷的电场

• 3.4.1 电场线:
  • 从正电荷指向负电荷
    • 3.4.2 等势面:
  • 对称分布，中垂线为零等势面
    • 3.4.3 特点:
  • 中垂线上各点电势相等

四、 电场的应用

4.1 静电屏蔽

• 4.1.1 定义:
  • 用金属壳体将电场屏蔽起来，使内部不受外部电场的影响。
    • 4.1.2 原理:
  • 静电平衡状态下，导体内部场强为零。

4.2 示波器

• 4.2.1 原理:
  • 利用电场偏转电子束。
    • 4.2.2 组成:
  • 电子枪、偏转电极、荧光屏等。

4.3 静电除尘

• 4.3.1 原理:
  • 利用电场力使带电尘埃吸附到电极上。

4.4 喷墨打印机

• 4.4.1 原理:
  • 利用电场控制墨滴的方向和位置。

五、 带电粒子在电场中的运动

5.1 匀强电场中的加速运动

• 5.1.1 加速度:
  • a = qE/m
    • 5.1.2 速度:
  • v = at
    • 5.1.3 位移:
  • x = 1/2 at^2
    • 5.1.4 动能定理:
  • qU = 1/2 mv^2

5.2 匀强电场中的偏转运动

• 5.2.1 运动分解:
  • 水平方向：匀速直线运动
  • 竖直方向：匀加速直线运动
    • 5.2.2 出射速度:
  • v = √(vx^2 + vy^2)
    • 5.2.3 偏转角度:
  • tanθ = vy/vx

5.3 复杂电场中的运动

• 5.3.1 能量守恒:
  • 动能 + 电势能 = 常数
    • 5.3.2 动能定理:
  • 合外力做功等于动能的变化。

六、 电容

6.1 定义

• 存储电荷的器件

6.2 电容的决定式

• C = Q/U (电容器的电容)
  • C = εS / 4πkd (平行板电容器)

6.3 电容的单位

• 法拉(F)

6.4 电容器的应用

• 滤波，储能等

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