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教科版 高中物理 选修3-1知识点



高二物理(选修 3-1) 知识点梳理

第一章 静电场
第 1 节 电荷 电荷守恒定律 1、摩擦起电:通过摩擦使物体带电的方法称为摩擦起电 实质:不同物质的原子核对电子的束缚能力不同,从而在摩擦时导致电子的不均匀 分配 将与丝绸摩擦过的玻璃棒所带电荷命名为正电荷 将与毛皮摩擦过的橡胶棒所带电荷命名为负电荷 2、电荷性质:带电体有吸引轻小物的性质 同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引 3、电荷量:电荷的多少叫做电荷量,简称电量,单位:库仑 C 最小的电荷量叫做元电荷,用 e 表示 e=1.60×10 C,即为电子的电量 4、材料不相同的两个物体摩擦起电后各自所带电量必定等值异号 5、电荷守恒定律:电荷既不能被创造,也不能被消灭,它们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 6、静电感应与感应起电 当带电体向另一个不带电的物体靠近而不接触时,由于静电相互作用力而使其中的电荷 发生定向移动后不均匀分布而带上电荷的现象称为静电感应。 以静电感应的方式使物体带电的方法称为感应起电。 7、验电器:用来检验物体是否带电的仪器,其原理是同种电荷相互排斥。
-19

1

第 2 节 库仑定律 1、点电荷:当研究的总量与带电体本身的形状大小以及电荷分布情况关系不大时,可以把 抽象成一个带电的点,称为点电荷。 . 两带电体的距离远大于带电体的尺寸,带电体就可视为点电荷. 2、库仑定律 ⑴内容:真空中两个点电荷之间的相互作用力的大小,跟它们的电荷量的乘积成正比,跟它 们的距离的二次方成反比,作用力的方向沿着它们的连线.

⑵表达式: F ? k

Q1Q2 r2

(其中 k=9.0×10 N·m /C ,叫静电力常量)

9

2

2

⑶适用条件:①.真空; ②点电荷.

第 3 节 电场 电场强度和电场线 1、电场 ⑴定义:存在于电荷周围,能传递电荷间相互作用的一种特殊物质. ⑵基本性质:对放入其中的电荷有力的作用. 2、电场强度 ⑴定义:放入电场中某点的电荷受到的电场力 F 与它的电荷量 q 的比值,叫做该点的电场 强度. ⑵定义式: E ?

F q

单位:N/C

注: 电场中某点场强的大小和方向与该点放不放电荷及所放电荷的大小和电性无关, 由电场 本身决定. ⑶矢量性:规定正电荷在电场中某点所受电场力的方向为该点的电场强度的方向. ⑷真空中点电荷场强的计算式: E ? k

Q r2

(其中 Q 叫做场源电荷).

⑸电场的叠加: 空间同时存在几个电场时, 空间某点的场强等于各电场在该点的场强的矢量

2

和,电场强度的叠加遵循平行四边形定则.

3、电场线 1)定义:画在电场中有方向的曲线,曲线上每点的切线方向表示该点的电场强度的方向 2)电场线的特征 ⑴电场线是人们为了形象的描绘电场而想象出的一些线,客观并不存在. ⑵切线方向表示该点场强的方向,也是正电荷的受力方向. ⑶疏密程度表示该处电场强度的大小. ⑷从正电荷出发到负电荷终止, 或从正电荷出发到无穷远处终止, 或者从无穷远处出发到 负电荷终止. ⑸没有画出电场线的地方不一定没有电场 ⑹匀强电场的电场线平行且距离相等. ⑺顺着电场线方向,电势越来越低. ⑻电场线的方向是电势降落陡度最大的方向,电场线跟等势面垂直. ⑼电场线永不相交也不闭合. ⑽电场线不是电荷运动的轨迹. 3)几种常见电场的电场线分布:

点电荷的电场线分布

相互靠近的等量异种点电荷的电场

点电荷与带电平板间的电场

平行板电容器的电场

3

第 4 节 电势能 电势与电势差 一、电场力做功的特点 1、在电场中移动电荷时,电场力做功与路径无关,只与始末位置有关(与重力相似) 。 2、在匀强电场中,电场力做的功 W ? qEd ,其中 d 为沿电场线方向的位移. 二、电势能 ⑴定义:电荷因处于静电场中而具有的能 ⑵大小:等于把电荷从这点移到选定的参考点的过程中电场力所做的功,WAB=EpA-EpB. 即: E p ? qEd ⑶电势能的相对性:电势能是相对的,通常把电荷在离场源电荷无穷远处的电势能规定为 零. 三、电势与电势差 1、电势 ⑴定义:电荷在电场中某点具有的电势能 Ep 与本身电荷量 q 的比值. ⑵公式: ? ?

Ep q

,单位:V

⑶正负:电势是标量,但有正负,电势的正或负表示该点电势比零电势点高或低. ⑷与电场方向的关系:沿电场(电场线)方向电势降低. 2、电势差:电场中两点间电势的差 ⑴匀强电场中两点间的电势差等于电场强度与这两点间沿电场线方向的距离的乘 积,即 U=Ed. ⑵场强 E 物理意义的另一种表述: E ? 3、等势面 ⑴定义:电场中电势相等的点构成的面(与地图中的等高线相似) . ⑵特点: 等势面一定与电场方向垂直 在同一等势面上移动电荷时电场力不做功

U d

4

第 6 节 电容器和电容 一、电容器 1、定义:指储存电荷和电能的元件 2、实质:两个彼此绝缘又互相靠近的导体 3、原理:异种电荷相互吸引 4、充电:使两极板带上异种电荷的过程;放电:两极板电荷通过导线中和的过程 二、电容 1、定义:电容器储存电荷的能力 2、公式: C ?

Q U

单位:F

注:电容器的电容与带电量 Q 和极板间电势差无关 3、与极板正对面积、间距、和介电质的介电常数有关 即: C ?

εs 4?kd

5

第二章 直流电路

第 1 节 欧姆定律 1、自由电荷,自由电子 2、电流:单位时间内通过导体横截面的电荷量叫做电流。 即: I ?

Q , t

单位:C/s=A

3、方向不改变的电流叫做直流电,方向和强弱都不改变的电流叫做恒定电流 4、 欧姆定律: 导体两端的电压 U 和通过它的电流 I 的比值是一个跟导体本身性质有关的量, 我们称它为电阻,即是对电流的阻碍作用。 即: R ?

U I

单位:Ω

5、伏安特性曲线:以 U 为横坐标,I 为纵坐标建立直角坐标系,绘出 U-I 图象即为伏安特 性曲线。 线性元件:伏安曲线为过原点的直线 非线性元件:伏安曲线不是直线

第 2 节 电阻定律 1、决定导体电阻的因素:材料、长度、横截面积 2、电阻定律:导体的电阻 R 与其长度 l 成正比,与横截面积 S 成反比,比例系数ρ 与其材 料有关 即: R ? ?

l S

注:导体的电阻率由材料决定,受温度影响 3、导体、绝缘体、半导体

6

第 3 节、电阻的串联并联及应用 一、串联与并联 1、串联:把各电阻依次首尾连接

串联电路总电阻: R总 ? R1 ? R2 ? R 3 ....R n 串联电路各处电流的关系: I ? I1 ? I 2 ? I 3 ? ... ? I n 2、并联:把各电阻并列地连接起来

并联电路的总电阻:

1 1 1 1 1 ? ? ? ? ..... ? R总 R1 R2 R3 Rn

并联电路总电流与各支路电流: I 总 ? I1 ? I 2 ? I 3 ? ...... ? I n 二、电压表和电流表的改装 1、表头:满偏电流很小的灵敏电流计。 原理:通电导体在磁场中受到力的作用,弹簧的弹力和电磁力平衡时指针指示的 位置可表征通过线圈的电流大小 2、电压表:将一个较大的电阻与表头串联,在较大电压条件下与表头分电压,使通过表头 的电流较小,可将整个装置直接接在电源两极。 3、电流表:将一个较小的电阻与表头并联,在较小的电压下与表头分电流,使通过表头的 电流较小,不能将其直接接在电源两极 四、限流电路和分压电路

五、伏安法测电阻的两种电路

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电流表外接

电流表内接
UV ? R实 IA UV ? R实 IA

1、电流表外接: I A ? I R ? IV ,所以: R测 ?

电流表内接: U V ? U R ? U A ,所以: R测 ?

2、两种电路接法都有系统误差,为减小误差,当待测电阻较小时,电流表外接,反之,内接。

第 4 节 电源的电动势和内阻 闭合电路欧姆定律 1、电源电动势:用来表征电源将其它形式的能转化为电势能的特性,它等于电源未接入电 路时两极间的电势差,常用字母 E 表示 2、电源的内阻:有电流通过时,电源的内部也是一段电路,有电阻,称为内阻,用 r 表示。 3、闭合电路的欧姆定律: I ? 当电路断开时, I ? 0, U ? E ; (U 为路端电压)

E R?r
当外电路短路时,

R ? 0, I 0 ?

E r

第 5 节 学生实验:测量电源电动势和内阻

(1)对电源有: U ? E ? Ir ,如图中 a 线。 (2)对定值电阻有: U ? IR ,如图中 b 线. (3)图中 a 线常用来分析电源电压和内阻的测量实验.

U-I 图象

(4)图中矩形 OABD、OCPD 和 ABPC 的“面积”分别表示电源的总功率、输出功率和内电阻消耗 的功率.

第 6 节 焦耳定律 电路中的能量转化

8

1、电荷的定向移动产生电流,而电荷之所以运动就是电场力对自由电荷做功的过程,电场 力做功等于导体两端的电压 U 和移动的电荷 q 的乘积,即:

W ? qU
代入 q ? It , 得

W ? UIt
2、电功率:表征电流做功的快慢,用功与时间的比值表示:

P?

W ? UI t

3、焦耳定律:在电路中,电场力对正负电荷均做正功,在纯电阻电路中,电场加所做的功 就等于电路产生的热量,即:

Q ? W ? UIt
代入欧姆定律 U ? IR ,得

Q ? I 2 Rt ? Q U2 ? I 2R ? t R

U2 t R

4、电流热功率: P热 ?

5、电路中的能量转化:

I?
两边同时乘以 I,得:

E R?r



E ? IR ? Ir

IE ? I 2 R ? I 2 r ? IU ? I 2 r
这个式子表示:电源把其它形式的能转化为电能的功率 IE,等于电路中外电路消耗的总 功率 I R 与电源内阻消耗的功率 I r 之和
2 2

第 7 节 练习使用多用表 P67 第 8 节 逻辑电路和控制电路 P71

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第三章

磁场

第 1 节 磁现象 磁场 1、磁现象 2、磁场:一种特殊物质,对放入其中的磁体具的力的作用, 3、磁感线:为了方便研究磁场假想的曲线 1)磁感线是闭合的曲线,在磁体外部由 N 极指向 S 极,内部则相反 2)曲线上任一点的切线方向就是该点的磁场方向 3)在磁场中任一点小磁针静止时 N 极所指方向就是该点磁场方向 4)曲线的疏密程度表示该点磁场的强弱(矢量) ,越密越强,所以磁感线不能相交

4、电流周围的磁场:电流周围存在磁场,其方向由安培定则判定 安培定则:1)通电直导线:右手握住导线,大姆指指向电流的方向,四指的指向就是周围 磁场的方向 2)通电螺线管:右手握住线圈,四指指向电流的方向,大姆指的指向就是磁场 的方向

附:地磁场的 NS 极和地理 NS 极方向相反

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★第 2 节 磁场对通电导线的作用——安培力 1、安培力:通电导线放在磁场中,当电流方向不与磁场方向平行时,导体会受到力的作用, 这个力叫做安培力. 2、安培力的大小与电流成正比,与位于磁场中的导线长度成正比,与磁感应强度(用 B 表 示)成正比 3、当电流方向与磁场方向垂直时,安培力有最大值为

F ? BIL
4、安培力的方向判定:左手定则:伸出左手,四指并拢,使大姆指和其它四指垂直,并与 手掌在同一平面内,让磁感线垂直于手心穿入,四指指向电流的方向,则大姆指所指的方向就是 安培力的方向 练习:并行通电直导线间的相互作用力 5、电动机

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第 3 节 磁感应强度 磁通量 1、磁感应强度定义:实验发现,在磁场中某一点,安培力与电流和导线长度乘积的比值是 一个定值,这个比值可以表征磁场的强度,称为磁感应强度,用 B 表示

B?

F IL

单位:T

注:此为磁感应强度的定义式,B 的大小与 F、I、L 均无关 2、匀强磁场:在某个磁场区域内,如果各点的磁感应强度的大小和方向都相同,这个区域 的磁场就叫做匀强磁场。

3、安培力的另一个表示: F ? BIL sin ? 4、磁通量:假设在磁场中的某一垂直于磁感线的平面面积为 S,定义 BS 为通过这个平面的 磁通量,用 ? 表示

? ? BS
另:当 B 与 S 不垂直时, ? ? BS cos ?

单位:Wb=T/m

2

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★第 4 节 磁场对运动电荷的作用——洛伦兹力 1、洛伦兹力:运动电荷在磁场中受到的磁场力(本质上同安培力) 大小:与电量成正比,与运动速度成正比,与磁感应强度成正比. 当速度与磁感线垂直时

F ? qvB
方向:用左手定则判定(即始终垂直于速度方向,这恰好构成了做圆周运动的条件) 注:洛伦兹力在任何情况下都不做功 2、带电粒子在磁场中的运动 由洛伦兹力的性质可知,当带电粒子以初速度 v 垂直于磁感线射入磁场后,将在磁场中做 匀速圆周运动

qvB ? m mv qB 2?m qB

v2 ? mR? 2 R

可知

粒子运动半径 R ?

粒子运动周期 T ?

第 5 节 洛伦兹力的运用 1、电视显像管 2、质谱仪:测定粒子荷质比的仪器

q v ? m RB

3、回旋加速器:获得高速粒子的仪器 根据 T ?

2?m ,粒子在磁场中做圆周运动的周期与其速度无关 qB

所以,可用与其同周期的交流电场在两个 D 形盒间不停给粒子加速,直到运动半径大于盒 半径,粒子射出 vmax ? BR

q m 1 2 mv 2

此过程中,洛伦兹力不做功,只有电场力做正功 qUn ?

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