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高中物理選修3-1學(xué)習(xí)的是電磁學(xué)部分電磁學(xué)部分,主要研究電場(chǎng)和磁場(chǎng)的特點(diǎn)、電荷在電場(chǎng)和磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)情況、電路問題以及電磁感應(yīng)、交變電流等問題。,下面小編為大家整理了高中物理選修3-1知識(shí)點(diǎn),希望能夠?qū)Υ蠹矣兴鶐椭?/p>
選修3-1
先進(jìn)章 靜電場(chǎng)
第1節(jié) 電荷及其守恒定律
一、起電方法的實(shí)驗(yàn)探究
1. 物體有了吸引輕小物體的性質(zhì),就說物體帶了電或有了電荷。
2. 兩種電荷
自然界中的電荷有2種,即正電荷和負(fù)電荷。如:絲綢摩擦過的玻璃棒所帶的電荷是正電荷;用干燥的毛皮摩擦過的硬橡膠棒所帶的電荷是負(fù)電荷。同種電荷相斥,異種電荷相吸。
相互吸引的一定是帶異種電荷的物體嗎?不一定,除了帶異種電荷的物體相互吸引之外,帶電體有吸引輕小物體的性質(zhì),這里的“輕小物體”可能不帶電。
3. 起電的方法
使物體起電的方法有三種:摩擦起電、接觸起電、感應(yīng)起電
。1)摩擦起電:兩種不同的物體原子核束縛電子的能力并不相同.兩種物體相互摩擦?xí)r,束縛電子能力強(qiáng)的物體就會(huì)得到電子而帶負(fù)電,束縛電子能力弱的物體會(huì)失去電子而帶正電.(正負(fù)電荷的分開與轉(zhuǎn)移)
。2)接觸起電:帶電物體由于缺少(或多余)電子,當(dāng)帶電體與不帶電的物體接觸時(shí),就會(huì)使不帶電的物體上失去電子(或得到電子),從而使不帶電的物體由于缺少(或多余)電子而帶正電(負(fù)電).(電荷從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分)
。3)感應(yīng)起電:當(dāng)帶電體靠近導(dǎo)體時(shí),導(dǎo)體內(nèi)的自由電子會(huì)向靠近或遠(yuǎn)離帶電體的方向移動(dòng).(電荷從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體)
三種起電的方式不同,但實(shí)質(zhì)都是發(fā)生電子的轉(zhuǎn)移,使多余電子的物體(部分)帶負(fù)電,使缺少電子的物體(部分)帶正電.在電子轉(zhuǎn)移的過程中,電荷的總量保持不變。
二、電荷守恒定律
1. 電荷量:電荷的多少。在國(guó)際單位制中,它的單位是庫(kù)侖,符號(hào)是C。
2. 元電荷:電子和質(zhì)子所帶電荷的少有值1.6×10-19C,所有帶電體的電荷量等于e或e的整數(shù)倍。(元電荷就是帶電荷量足夠小的帶電體嗎?提示:不是,元電荷是一個(gè)抽象的概念,不是指的某一個(gè)帶電體,它是指電荷的電荷量.另外任何帶電體所帶電荷量是1.6×10-19C的整數(shù)倍。)
3. 比荷:粒子的電荷量與粒子質(zhì)量的比值。
4. 電荷守恒定律
表述1:電荷守恒定律:電荷既不能憑空產(chǎn)生,也不能憑空消失,只能從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體,或從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分,在轉(zhuǎn)移的過程中,電荷的總量保持不變。
表述2:在一個(gè)與外界沒有電荷交換的系統(tǒng)內(nèi),正、負(fù)電荷的代數(shù)和保持不變。
例:有兩個(gè)完全相同的帶電絕緣金屬小球A、B,分別帶電荷量為QA=6.4×10-9 C,QB=-3.2×10-9 C,讓兩個(gè)絕緣小球接觸,在接觸過程中,電子如何轉(zhuǎn)移并轉(zhuǎn)移了多少?
【思路點(diǎn)撥】 當(dāng)兩個(gè)完全相同的金屬球接觸后,根據(jù)對(duì)稱性,兩個(gè)球一定帶等量的電荷量.若兩個(gè)球原先帶同種電荷,電荷量相加后均分;若兩個(gè)球原先帶異種電荷,則電荷先中和再均分.
第2節(jié) 庫(kù)侖定律
一、電荷間的相互作用
1. 點(diǎn)電荷:當(dāng)電荷本身的大小比起它到其他帶電體的距離小得多,這樣可以忽略電荷在帶電體上的具體分布情況,把它抽象成一個(gè)幾何點(diǎn)。這樣的帶電體就叫做點(diǎn)電荷。點(diǎn)電荷是一種理想化的物理模型。VS質(zhì)點(diǎn)
2. 帶電體看做點(diǎn)電荷的條件:
①兩帶電體間的距離遠(yuǎn)大于它們大。
、趦蓚(gè)電荷均勻分布的絕緣小球。
3. 影響電荷間相互作用的因素:①距離;②電量;③帶電體的形狀和大小
二、庫(kù)侖定律:在真空中兩個(gè)靜止點(diǎn)電荷間的作用力跟它們的電荷的乘積成正比,跟它們距離的平方成反比,作用力的方向在它們的連線上。
(靜電力常量——k=9.0×109N·m2/C2)
注意:
1. 定律成立條件:真空、點(diǎn)電荷
2. 靜電力常量——k=9.0×109N·m2/C2(庫(kù)侖扭秤)
3. 庫(kù)侖力時(shí),電荷只代入少有值
4. 方向在它們的連線上,同種電荷相斥,異種電荷相吸
5. 兩個(gè)電荷間的庫(kù)侖力是一對(duì)相互作用力
庫(kù)侖扭秤實(shí)驗(yàn)、控制變量法
例題:兩個(gè)帶電量分別為+3Q和-Q的點(diǎn)電荷分別固定在相距為2L的A、B兩點(diǎn),現(xiàn)在AB連線的中點(diǎn)O放一個(gè)帶電量為+q的點(diǎn)電荷。求q所受的庫(kù)侖力。
第3節(jié) 電場(chǎng)強(qiáng)度
一、電場(chǎng)——電荷間的相互作用是通過電場(chǎng)發(fā)生的
電荷(帶電體)周圍存在著的一種物質(zhì)。電場(chǎng)看不見又摸不著,但卻是客觀存在的一種特殊物質(zhì)形態(tài)。
其基本性質(zhì)就是對(duì)置于其中的電荷有力的作用,這種力就叫電場(chǎng)力。
電場(chǎng)的檢驗(yàn)方法:把一個(gè)帶電體放入其中,看是否受到力的作用。
試探電荷:用來檢驗(yàn)電場(chǎng)性質(zhì)的電荷。其電量很。ú挥绊懺妶(chǎng));體積很。ǹ梢援(dāng)作質(zhì)點(diǎn))的電荷,也稱點(diǎn)電荷。
二、電場(chǎng)強(qiáng)度
1. 場(chǎng)源電荷
2. 電場(chǎng)強(qiáng)度
放入電場(chǎng)中某點(diǎn)的電荷受到的電場(chǎng)力與它所帶電荷量的比值,叫做這一點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度,簡(jiǎn)稱場(chǎng)強(qiáng)。
(國(guó)際單位:N/C)
電場(chǎng)強(qiáng)度是矢量。規(guī)定:正電荷在電場(chǎng)中某一點(diǎn)受到的電場(chǎng)力方向就是那一點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度的方向。即如果Q是正電荷,E的方向就是沿著PQ的連線并背離Q;如果Q是負(fù)電荷,E的方向就是沿著PQ的連線并指向Q。(“離+Q而去,向-Q而來”)
電場(chǎng)強(qiáng)度是描述電場(chǎng)本身的力的性質(zhì)的物理量,反映電場(chǎng)中某一點(diǎn)的電場(chǎng)性質(zhì),其大小表示電場(chǎng)的強(qiáng)弱,由產(chǎn)生電場(chǎng)的場(chǎng)源電荷和點(diǎn)的位置決定,與檢驗(yàn)電荷無關(guān)。數(shù)值上等于單位電荷在該點(diǎn)所受的電場(chǎng)力。
1V/m=1N/C
三、點(diǎn)電荷的場(chǎng)強(qiáng)公式
四、電場(chǎng)的疊加
在幾個(gè)點(diǎn)電荷共同形成的電場(chǎng)中,某點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)等于各個(gè)電荷單獨(dú)存在時(shí)在該點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)的矢量和,這叫做電場(chǎng)的疊加原理。
五、電場(chǎng)線
1. 電場(chǎng)線:為了形象地描述電場(chǎng)而在電場(chǎng)中畫出的一些曲線,曲線的疏密程度表示場(chǎng)強(qiáng)的大小,曲線上某點(diǎn)的切線方向表示場(chǎng)強(qiáng)的方向。
2. 電場(chǎng)線的特征
(1)電場(chǎng)線密的地方場(chǎng)強(qiáng)強(qiáng),電場(chǎng)線疏的地方場(chǎng)強(qiáng)弱。
。2)靜電場(chǎng)的電場(chǎng)線起于正電荷止于負(fù)電荷,孤立的正電荷(或負(fù)電荷)的電場(chǎng)線止無窮遠(yuǎn)處點(diǎn)。
。3)電場(chǎng)線不會(huì)相交,也不會(huì)相切。
。4)電場(chǎng)線是假想的,實(shí)際電場(chǎng)中并不存在。
。5)電場(chǎng)線不是閉合曲線,且與帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡之間沒有必然聯(lián)系。
3. 幾種典型電場(chǎng)的電場(chǎng)線
。1)正、負(fù)點(diǎn)電荷的電場(chǎng)中電場(chǎng)線的分布
特點(diǎn):
、匐x點(diǎn)電荷越近,電場(chǎng)線越密,場(chǎng)強(qiáng)越大。
、趀以點(diǎn)電荷為球心作個(gè)球面,電場(chǎng)線處處與球面垂直,在此球面上場(chǎng)強(qiáng)大小處處相等,方向不同。
。2)等量異種點(diǎn)電荷形成的電場(chǎng)中的電場(chǎng)線分布
特點(diǎn):
①沿點(diǎn)電荷的連線,場(chǎng)強(qiáng)先變小后變大。
、趀兩點(diǎn)電荷連線中垂面(中垂線)上,場(chǎng)強(qiáng)方向均相同,且
總與中垂面(中垂線)垂直。
、墼谥写姑妫ㄖ写咕)上,與兩點(diǎn)電荷連線的中點(diǎn)0等距離
各點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)相等。
。3)等量同種點(diǎn)電荷形成的電場(chǎng)中電場(chǎng)中電場(chǎng)線分布情況
特點(diǎn):
①兩點(diǎn)電荷連線中點(diǎn)O處場(chǎng)強(qiáng)為0。
②兩點(diǎn)電荷連線中點(diǎn)附近的電場(chǎng)線非常稀疏,但場(chǎng)強(qiáng)并不為0。
、蹆牲c(diǎn)電荷連線的中點(diǎn)到無限遠(yuǎn)電場(chǎng)線先變密后變疏。
。4)勻強(qiáng)電場(chǎng)
特點(diǎn):
、賱驈(qiáng)電場(chǎng)是大小和方向都相同的電場(chǎng),故勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)線是平行等距同向的直線。
②e電場(chǎng)線的疏密反映場(chǎng)強(qiáng)大小,電場(chǎng)方向與電場(chǎng)線平行。
第4節(jié) 電勢(shì)能和電勢(shì)
一、電勢(shì)差:電勢(shì)差等于電場(chǎng)中兩點(diǎn)電勢(shì)的差值。電場(chǎng)中某點(diǎn)的電勢(shì),就是該點(diǎn)相對(duì)于零勢(shì)點(diǎn)的電勢(shì)差。
。1)式
。2)單位:伏特(V)
(3)電勢(shì)差是標(biāo)量。其正負(fù)表示大小。
二、電場(chǎng)力的功
電場(chǎng)力做功的特點(diǎn):
電場(chǎng)力做功與重力做功一樣,只與始末位置有關(guān),與路徑無關(guān)。
1. 電勢(shì)能:電荷處于電場(chǎng)中時(shí)所具有的,由其在電場(chǎng)中的位置決定的能量稱為電勢(shì)能.
注意:系統(tǒng)性、相對(duì)性
2. 電勢(shì)能的變化與電場(chǎng)力做功的關(guān)系
。1)電荷在電場(chǎng)中具有電勢(shì)能。
。2)電場(chǎng)力對(duì)電荷做正功,電荷的電勢(shì)能減小。
。3)電場(chǎng)力對(duì)電荷做負(fù)功,電荷的電勢(shì)能增大。
(4)電場(chǎng)力做多少功,電荷電勢(shì)能就變化多少。
。5)電勢(shì)能是相對(duì)的,與零電勢(shì)能面有關(guān)(通常把電荷在離場(chǎng)源電荷無限遠(yuǎn)處的電勢(shì)能規(guī)定為零,或把電荷在大地表面上電勢(shì)能規(guī)定為零。)
(6)電勢(shì)能是電荷和電場(chǎng)所共有的,具有系統(tǒng)性。
。7)電勢(shì)能是標(biāo)量。
3. 電勢(shì)能大小的確定
電荷在電場(chǎng)中某點(diǎn)的電勢(shì)能在數(shù)值上等于把電荷從這點(diǎn)移到電勢(shì)能為零處電場(chǎng)力所做的功。
三、電勢(shì)
電勢(shì):置于電場(chǎng)中某點(diǎn)的試探電荷具有的電勢(shì)能與其電量的比叫做該點(diǎn)的電勢(shì)。是描述電場(chǎng)的能的性質(zhì)的物理量。其大小與試探電荷的正負(fù)及電量q均無關(guān),只與電場(chǎng)中該點(diǎn)在電場(chǎng)中的位置有關(guān),故其可衡量電場(chǎng)的性質(zhì)。
單位:伏特(V)標(biāo)量
1. 電勢(shì)的相對(duì)性:某點(diǎn)電勢(shì)的大小是相對(duì)于零點(diǎn)電勢(shì)而言的。零電勢(shì)的選擇是任意的,一般選地面和無窮遠(yuǎn)為零勢(shì)能面。
2. 電勢(shì)的固有性:電場(chǎng)中某點(diǎn)的電勢(shì)的大小是由電場(chǎng)本身的性質(zhì)決定的,與放不放電荷及放什么電荷無關(guān)。
3. 電勢(shì)是標(biāo)量,只有大小,沒有方向.(負(fù)電勢(shì)表示該處的電勢(shì)比零電勢(shì)處電勢(shì)低.)
4. 時(shí)EP,q, 都帶正負(fù)號(hào)。
5. 順著電場(chǎng)線的方向,電勢(shì)越來越低。
6. 與電勢(shì)能的情況相似,應(yīng)先確定電場(chǎng)中某點(diǎn)的電勢(shì)為零.(通常取離場(chǎng)源電荷無限遠(yuǎn)處或大地的電勢(shì)為零.)
三、等勢(shì)面
1. 等勢(shì)面:電場(chǎng)中電勢(shì)相等的各點(diǎn)構(gòu)成的面。
2. 等勢(shì)面的特點(diǎn)
、俚葎(shì)面一定跟電場(chǎng)線垂直,在同一等勢(shì)面的兩點(diǎn)間移動(dòng)電荷,電場(chǎng)力不做功;
、陔妶(chǎng)線總是由電勢(shì)高的等勢(shì)面指向電勢(shì)低的等勢(shì)面,任意兩個(gè)等勢(shì)面都不會(huì)相交;
③等差等勢(shì)面越密的地方電場(chǎng)強(qiáng)度越大。
第5節(jié) 電勢(shì)差
一、電勢(shì)差:電勢(shì)差等于電場(chǎng)中兩點(diǎn)電勢(shì)的差值
二、電場(chǎng)力的功
電場(chǎng)力做功的特點(diǎn):電場(chǎng)力做功與重力做功一樣,只與始末位置有關(guān),與路徑無關(guān)。
第6節(jié) 電勢(shì)差與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系
一、場(chǎng)強(qiáng)與電勢(shì)的關(guān)系? (下圖)
結(jié)論:電勢(shì)與場(chǎng)強(qiáng)沒有直接關(guān)系!
二、勻強(qiáng)電場(chǎng)中場(chǎng)強(qiáng)與電勢(shì)差的關(guān)系
勻強(qiáng)電場(chǎng)中兩點(diǎn)間的電勢(shì)差等于場(chǎng)強(qiáng)與這兩點(diǎn)間沿電場(chǎng)方向距離的乘積
在勻強(qiáng)電場(chǎng)中,場(chǎng)強(qiáng)在數(shù)值上等于沿場(chǎng)強(qiáng)方向每單位距離上降低的電勢(shì).
電場(chǎng)強(qiáng)度的方向是電勢(shì)降低較快的方向.
推論:在勻強(qiáng)電場(chǎng)中,沿任意一個(gè)方向上,電勢(shì)降落都是均勻的,故在同一直線上間距相同的兩點(diǎn)間的電勢(shì)差相等。
第7節(jié) 靜電現(xiàn)象的應(yīng)用
一、靜電感應(yīng)現(xiàn)象
1. 導(dǎo)體:容易導(dǎo)電的物體叫導(dǎo)體。
2. 導(dǎo)體中存在大量自由電荷。常見的導(dǎo)體有:金屬、石墨、人體、大地、酸堿鹽溶液等。
3. 靜電感應(yīng)現(xiàn)象:放入電場(chǎng)中的導(dǎo)體,其內(nèi)部的自由電子在電場(chǎng)力的作用下向電場(chǎng)的反方向作定向移動(dòng),致使導(dǎo)體的兩端分別出現(xiàn)等量的正、負(fù)電荷。這種現(xiàn)象叫靜電感應(yīng)現(xiàn)象。
4. 感應(yīng)電荷:靜電感應(yīng)現(xiàn)象中,導(dǎo)體不同部分出現(xiàn)的凈電荷。
二、靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體的電場(chǎng)
1. 靜電場(chǎng)中導(dǎo)體內(nèi)電場(chǎng)分布
2. 靜電平衡:電場(chǎng)中導(dǎo)體內(nèi)(包括表面上)自由電荷不再發(fā)生定向移動(dòng)的狀態(tài)叫做靜電平衡狀態(tài)。
3. 靜電平衡導(dǎo)體的特性:
。1)導(dǎo)體內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)處處為零
(2) 導(dǎo)體是等勢(shì)體,表面為等勢(shì)面
。3)導(dǎo)體外部表面附近場(chǎng)強(qiáng)方向與該點(diǎn)的表面垂直
三、導(dǎo)體上電荷分布
1. 法拉弟圓桶實(shí)驗(yàn)
2. 靜電平衡時(shí),超導(dǎo)體上電荷分布規(guī)律:
導(dǎo)體內(nèi)部無凈電荷,電荷只分布在導(dǎo)體的外表面
在超導(dǎo)體表面,越尖銳的位置,電荷的密度(單位面積上的電荷量)越大,凹陷位置幾乎沒有電荷。
3. 較好放電:
四、靜電屏蔽
1. 空腔導(dǎo)體或金屬網(wǎng)罩可以把外部電場(chǎng)遮住,使其不受外電場(chǎng)的影響。
2. 靜電屏蔽的兩種情況
導(dǎo)體內(nèi)腔不受外界影響:
接地導(dǎo)體空腔外部不受內(nèi)部電荷影響:
3. 靜電屏蔽的本質(zhì):靜電感應(yīng)與靜電平衡
4. 靜電屏蔽的應(yīng)用:
電學(xué)儀器和電子設(shè)備外面金屬罩、通訊電纜外層金屬套
電力工人高壓帶電功課,全身穿戴金屬絲網(wǎng)制成的衣、帽、手套、鞋
第8節(jié) 電容器的電容
一、電容器
1. 電容器:任何兩個(gè)彼此絕緣、相互靠近的導(dǎo)體可組成一個(gè)電容器,貯藏電量和能量。兩個(gè)導(dǎo)體稱為電容器的兩極。
2. 電容器的帶電量:電容器一個(gè)極板所帶電量的少有值。
3. 電容器的充電、放電.
操作:把電容器的一個(gè)極板與電池組的正極相連,另一個(gè)極板與負(fù)極相連,兩個(gè)極板上就分別帶上了等量的異種電荷。這個(gè)過程叫做充電。
現(xiàn)象:從靈敏電流計(jì)可以觀察到短暫的充電電流。充電后,切斷與電源的聯(lián)系,兩個(gè)極板間有電場(chǎng)存在,充電過程中由電源獲得的電能貯存在電場(chǎng)中,稱為電場(chǎng)能。
操作:把充電后的電容器的兩個(gè)極板接通,兩極板上的電荷互相中和,電容器就不帶電了,這個(gè)過程叫放電。
充電——帶電量Q增加,板間電壓U增加,板間場(chǎng)強(qiáng)E增加, 電能轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能
放電——帶電量Q減少,板間電壓U減少,板間場(chǎng)強(qiáng)E減少,電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電能
二、電容
1. 定義:電容器所帶的電荷量Q與電容器兩極板間的電勢(shì)U的比值,叫做電容器的電容
C=Q/U,式中Q指每一個(gè)極板帶電量的少有值
、匐娙菔欠从畴娙萜鞅旧砣菁{電荷本領(lǐng)大小的物理量,跟電容器是否帶電無關(guān)。
、陔娙莸膯挝唬涸趪(guó)際單位制中,電容的單位是法拉,簡(jiǎn)稱法,符號(hào)是F。
常用單位有微法(μF),皮法(pF) 1μF = 10-6F,1 pF =10-12F
2. 平行板電容器的電容C:跟介電常數(shù)成正比,跟正對(duì)面積S成正比,跟極板間的距離d成反比。
是電介質(zhì)的介電常數(shù),k是靜電力常量;空氣的介電常數(shù)較小。
3. 電容器始終接在電源上,電壓不變;電容器充電后斷開電源,帶電量不變。
第9節(jié) 帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)
研究帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)要注意以下三點(diǎn):
1. 帶電粒子受力特點(diǎn)。
2. 結(jié)合帶電粒子的受力和初速度分析其運(yùn)動(dòng)性質(zhì)。
3. 注意選取合適的方法解決帶電粒子的運(yùn)動(dòng)問題。
一、帶電粒子在電場(chǎng)中的加速
例1:在真空中有一對(duì)帶電平行金屬板,板間電勢(shì)差為U,若一個(gè)質(zhì)量為m,帶正電電荷量為q的粒子,在靜電力的作用下由靜止開始從正極板向負(fù)極板運(yùn)動(dòng),它到達(dá)負(fù)極板時(shí)的速度。
二、帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)
例2:如圖所示,一個(gè)質(zhì)量為m,電荷量為+q的粒子,從兩平行板左側(cè)中點(diǎn)以初速度v0沿垂直場(chǎng)強(qiáng)方向射入,兩平行板的間距為d,兩板間的電勢(shì)差為U,金屬板長(zhǎng)度為L(zhǎng),
。1)若帶電粒子能從兩極板間射出,求粒子射出電場(chǎng)時(shí)的側(cè)移量。
(2)若帶電粒子能從兩極板間射出,求粒子射出電場(chǎng)時(shí)的偏轉(zhuǎn)角度。
三、帶電粒子的分類
(1)基本粒子
如電子、質(zhì)子、α粒子、離子等除有說明或有明確的暗示以外,一般都不考慮重力(但并不忽略質(zhì)量)。
(2)帶電微粒
如液滴、油滴、塵埃、小球等,除有說明或有明確的暗示以外,一般都不能忽略重力。
第二章 恒定電流
第1節(jié) 電源和電流
一、電源
電源就是把自由電子從正極搬遷到負(fù)極的裝置。(從能量的角度看,電源是一種能夠不斷地把其他形式的能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置)
二、電流
1. 電流:電荷的定向移動(dòng)形成電流。
2. 產(chǎn)生電流的條件
。1)導(dǎo)體中存在著能夠自由移動(dòng)的電荷
金屬導(dǎo)體——自由電子 電解液——正、負(fù)離子
。2)導(dǎo)體兩端存在著電勢(shì)差
三、恒定電場(chǎng)和恒定電流
1. 恒定電場(chǎng):由穩(wěn)定分布的電荷產(chǎn)生穩(wěn)定的電場(chǎng)稱為恒定電場(chǎng)。
2. 恒定電流: 大小、方向都不隨時(shí)間變化的電流稱為恒定電流。
四、電流(強(qiáng)度)
1. 電流:通過導(dǎo)體橫截面的電荷量q跟通過這些電荷量所用時(shí)間t的比值叫做電流,即:?jiǎn)挝唬喊才?A) 常用單位:毫安(mA)、微安(μA)
2、電流是標(biāo)量,但有方向?規(guī)定正電荷定向移動(dòng)方向?yàn)殡娏鞣较?/p>
注意:
(1)在金屬導(dǎo)體中,電流方向與自由電荷(電子)的定向移動(dòng)方向相反;
。2)在電解液中,電流方向與正離子定向移動(dòng)方向相同,與負(fù)離子走向移動(dòng)方向相反,導(dǎo)電時(shí),是正負(fù)離子向相反方向定向移動(dòng)形成電流,電量q表示通過截面的正、負(fù)離子電量少有值之和。
第2節(jié) 電動(dòng)勢(shì)
一、電動(dòng)勢(shì)
(1)定義:在電源內(nèi)部,非靜電力所做的功W與被移送的電荷q的比值叫電源的電動(dòng)勢(shì)。
。2)定義式:E=W/q
。3)單位:伏(V)
。4)物理意義:表示電源把其它形式的能(非靜電力做功)轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)大小。電動(dòng)勢(shì)越大,電路中每通過1C電量時(shí),電源將其它形式的能轉(zhuǎn)化成電能的數(shù)值就越多。
二、電源(池)的幾個(gè)重要參數(shù)
。1)電動(dòng)勢(shì):它取決于電池的正負(fù)極材料及電解液的化學(xué)性質(zhì),與電池的大小無關(guān)。
。2)內(nèi)阻(r):電源內(nèi)部的電阻。
(3)容量:電池放電時(shí)能輸出的總電荷量。其單位是:A·h,mA·h.
第3節(jié) 歐姆定律
一、導(dǎo)體的電阻
。1)定義:導(dǎo)體兩端電壓與通過導(dǎo)體電流的比值,叫做這段導(dǎo)體的電阻。
。2)公式:R=U/I(定義式)
說明:
A、對(duì)于給定導(dǎo)體,R一定,不存在R與U成正比,與I成反比的關(guān)系,R只跟導(dǎo)體本身的性質(zhì)有關(guān)。
B、這個(gè)式子(定義)給出了測(cè)量電阻的方法——伏安法。
C、電阻反映導(dǎo)體對(duì)電流的阻礙作用
二、歐姆定律
(1)定律內(nèi)容:導(dǎo)體中電流強(qiáng)度跟它兩端電壓成正比,跟它的電阻成反比。
。2)公式:I=U/R
(3)適應(yīng)范圍:一是部分電路,二是金屬導(dǎo)體、電解質(zhì)溶液。
三、導(dǎo)體的伏安特性曲線
。1)伏安特性曲線:用縱坐標(biāo)表示電流I,橫坐標(biāo)表示電壓U,這樣畫出的I-U圖象叫做導(dǎo)體的伏安特性曲線。
。2)線性元件和非線性元件
線性元件:伏安特性曲線是通過原點(diǎn)的直線的電學(xué)元件。
非線性元件:伏安特性曲線是曲線,即電流與電壓不成正比的電學(xué)元件。
四、導(dǎo)體中的電流與導(dǎo)體兩端電壓的關(guān)系
。1)對(duì)同一導(dǎo)體,導(dǎo)體中的電流跟它兩端的電壓成正比。
。2)在相同電壓下,U/I大的導(dǎo)體中電流小,U/I小的導(dǎo)體中電流大。所以U/I反映了導(dǎo)體阻礙電流的性質(zhì),叫做電阻(R)
。3)在相同電壓下,對(duì)電阻不同的導(dǎo)體,導(dǎo)體的電流跟它的電阻成反比。
第4節(jié) 串聯(lián)電路和并聯(lián)電路
一、串聯(lián)電路
1.串聯(lián)電路的基本特點(diǎn):
2.串聯(lián)電路的性質(zhì):
等效電阻: 電壓分配: 功率分配:
二、并聯(lián)電路
1.并聯(lián)電路的基本特點(diǎn):
2.并聯(lián)電路的性質(zhì):
等效電阻: 電流分配: 功率分配:
第5節(jié)焦耳定律
一、電功和電功率
。ㄒ唬⿲(dǎo)體中的自由電荷在電場(chǎng)力作用下定向移動(dòng),電場(chǎng)力所做的功稱為電功。適用于一切電路.包括純電阻和非純電阻電路。
1、純電阻電路:只含有電阻的電路、如電爐、電烙鐵等電熱器件組成的電路,白熾燈及轉(zhuǎn)子被卡住的電動(dòng)機(jī)也是純電阻器件。
2、非純電阻電路:電路中含有電動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)動(dòng)或有電解槽在發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的電路。
在國(guó)際單位制中電功的單位是焦(J),常用單位有千瓦時(shí)(kW·h)。
1kW·h=3.6×106J
。ǘ╇姽β适敲枋鲭娏髯龉炻奈锢砹。
額定功率:是指用電器在額定電壓下工作時(shí)消耗的功率,銘牌上所標(biāo)稱的功率。
實(shí)際功率:是指用電器在實(shí)際電壓下工作時(shí)消耗的功率。
用電器只有在額定電壓下工作實(shí)際功率才等于額定功率。
二、焦耳定律和熱功率
(一)焦耳定律:電流流過導(dǎo)體時(shí),導(dǎo)體上產(chǎn)生的熱量Q=I 2Rt
此式也適用于任何電路,包括電動(dòng)機(jī)等非純電阻發(fā)熱的.產(chǎn)生電熱的過程,是電流做功,把電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的過程。
。ǘ峁β剩?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)導(dǎo)體的發(fā)熱功率叫做熱功率。
熱功率等于通電導(dǎo)體中電流I 的二次方與導(dǎo)體電阻R 的乘積。
。ㄈ╇姽β逝c熱功率
1、區(qū)別:
電功率是指某段電路的全部電功率,或這段電路上消耗的全部電功率,決定于這段電路兩端電壓和通過的電流強(qiáng)度的乘積。
熱功率是指在這段電路上因發(fā)熱而消耗的功率.決定于通過這段電路電流強(qiáng)度的平方和這段電路電阻的乘積。
2、聯(lián)系:
對(duì)純電阻電路,電功率等于熱功率;
對(duì)非純電阻電路,電功率等于熱功率與轉(zhuǎn)化為除熱能外其他形式的功率之和。
(四)電功和電熱的關(guān)系
1、在純電阻電路中,電流做功,電能完全轉(zhuǎn)化為電路的內(nèi)能.因而電功等于電熱,有:
2、在非純電阻電路中,電流做功,電能除了一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能外,還要轉(zhuǎn)化為機(jī)械能、化學(xué)能等其他形式的能.因而電功大于電熱,電功率大于電路的熱功率。.即有:W=UIt=E機(jī)、化+I2Rt或UI=I2R+P其他(P其他指除熱功率之外的其他形式能的功率)
第6節(jié) 導(dǎo)體的電阻
一、電阻定律
電阻定律:實(shí)驗(yàn)表明,均勻?qū)w的電阻R跟它的長(zhǎng)度l成正比,跟它的橫截面積S成反比,用公式表示為
1. ρ表示材料的電阻率,與材料和溫度有關(guān);
2. l表示沿電流方向?qū)w的長(zhǎng)度;
3. S表示垂直于電流方向?qū)w的橫截面積。
二、電阻率
。ㄒ唬╇娮瓒芍斜壤Aρ跟導(dǎo)體的材料有關(guān),是一個(gè)反映材料導(dǎo)電性能的物理量,稱為材料的電阻率.ρ值越大,材料的導(dǎo)電性能越差。
(二)電阻率的單位是Ω·m,讀作歐姆米,簡(jiǎn)稱歐米。
(三)材料的電阻率隨溫度的變化而改變,金屬的電阻率隨溫度的升高而增大。錳銅合金和鎳銅合金的電阻率受溫度影響很小,常用來制作標(biāo)準(zhǔn)電阻。
。ㄋ模└鞣N材料的電阻率一般都隨溫度的變化而變化。
1、金屬的電阻率隨溫度的升高而增大。
2、半導(dǎo)體(熱敏電阻)的電阻率隨溫度的升高而減小。
第7節(jié) 閉合電路歐姆定律
一、閉合電路
外電路:電源的外部叫做外電路,其電阻稱為外電阻,R。
外電壓 U外:外電阻兩端的電壓。常也叫路端電壓。
內(nèi)電路:電源內(nèi)部的電路叫做內(nèi)電路,其電阻稱為內(nèi)電阻,r。
二、閉合電路歐姆定律
閉合電路中的電流跟電源的電動(dòng)勢(shì)成正比,跟內(nèi)、外電路的電阻之和成反比。這一結(jié)論稱為閉合電路歐姆定律。
三、路端電壓跟負(fù)載的關(guān)系
(一)路端電壓:外電路兩端的電壓叫做路端電壓。
(二)路端電壓是用電器(負(fù)載)的實(shí)際工作電壓。
電動(dòng)勢(shì)為E , 內(nèi)阻為r=E / I短
注意:
1、U—I圖象是一向下傾斜的直線,路端電壓隨電流的增大而減小。
2、圖象的斜率表示電源的內(nèi)阻,圖象與縱軸的交點(diǎn)坐標(biāo)表示電源電動(dòng)勢(shì),與橫軸的交點(diǎn)坐標(biāo)表示短路電流。
3、斜率大,內(nèi)阻大。
四、測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻
。ㄒ唬╇娐穲D
(二)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法比較:
1、法:原理清晰但處理繁雜,偶然誤差處理不好。
2、作圖法:原理清晰、處理簡(jiǎn)單,偶然誤差得到很好處理,可以根據(jù)圖線外推得出意想不到的結(jié)論。
第8節(jié) 多用電表的原理
一、內(nèi)部結(jié)構(gòu)
測(cè)量時(shí),黑表筆插入“-”插孔,紅表筆插入“+”插孔,并通過轉(zhuǎn)換開關(guān)接入與待測(cè)量相應(yīng)的測(cè)量端。使用時(shí),電路只有一部分起作用。
二、測(cè)量原理
。ㄒ唬y(cè)直流電流和直流電壓的原理,就是電阻的分流和分壓原理,其中轉(zhuǎn)換開關(guān)接 1 或 2 時(shí)測(cè)直流電流;接 3 或 4 時(shí)測(cè)直流電壓;轉(zhuǎn)換開關(guān)接 5 時(shí),測(cè)電阻。
。ǘ┒嘤秒姳黼娮钃(歐姆擋)原理。
1.
第三章 磁場(chǎng)
第1節(jié) 磁現(xiàn)象和磁場(chǎng)
一、磁現(xiàn)象
磁性、磁體、磁極:能吸引鐵質(zhì)物體的性質(zhì)叫磁性。具有磁性的物體叫磁體,磁體中磁性較強(qiáng)的區(qū)域叫磁極。
二、磁極間的相互作用規(guī)律:同名磁極相互排斥,異名磁極相互吸引.(與電荷類比)
三、磁場(chǎng)
。ㄒ唬┐朋w的周圍有磁場(chǎng)
。ǘ⿰W斯特實(shí)驗(yàn)的啟示:電流能夠產(chǎn)生磁場(chǎng),運(yùn)動(dòng)電荷周圍空間有磁場(chǎng)。
導(dǎo)線南北放置
(三)安培的研究:磁體能產(chǎn)生磁場(chǎng),磁場(chǎng)對(duì)磁體有力的作用;電流能產(chǎn)生磁場(chǎng),那么磁場(chǎng)對(duì)電流也應(yīng)該有力的作用。
(四)磁場(chǎng)的基本性質(zhì):
1、磁場(chǎng)對(duì)處于場(chǎng)中的磁體有力的作用。
2、磁場(chǎng)對(duì)處于場(chǎng)中的電流有力的作用。
第2、4節(jié) 磁感應(yīng)強(qiáng)度、通電導(dǎo)線和磁場(chǎng)中受到的力
一、安培力的方向
安培力——磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力稱為安培力。
左手定則:伸開左手,使拇指與四指在同一個(gè)平面內(nèi)并跟四指垂直,讓磁感線垂直穿入手心,使四指指向電流的方向,這時(shí)拇指所指的就是通電導(dǎo)體所受安培力的方向。
二、安培力方向的判斷
1.安培力的方向總是垂直于磁場(chǎng)方向和電流方向所決定的平面,在判斷安培力方向時(shí)首先確定磁場(chǎng)和電流所確定的平面,從而判斷出安培力的方向在哪一條直線上,然后再根據(jù)左手定則判斷出安培力的具體方向。
2.已知I、B的方向,可先進(jìn)確定F的方向;已知F、B的方向,且導(dǎo)線的位置確定時(shí),可先進(jìn)確定I的方向;已知F、I的方向時(shí),磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向不能先進(jìn)確定。
3.由于B、I、F的方向關(guān)系在三維立體空間中,所以解決該類問題時(shí),應(yīng)具有較好的空間想像力.如果是在立體圖中,還要善于把立體圖轉(zhuǎn)換成平面圖。
三、安培力的大小
實(shí)驗(yàn)表明:把一段通電直導(dǎo)線放在磁場(chǎng)里,當(dāng)導(dǎo)線方向與磁場(chǎng)方向垂直時(shí),導(dǎo)線所受到的安培力較大;當(dāng)導(dǎo)線方向與磁場(chǎng)方向一致時(shí),導(dǎo)線所受到的安培力等于零;當(dāng)導(dǎo)線方向與磁場(chǎng)方向斜交時(shí),所受到的安培力介于較大值和零之間。
四、磁感應(yīng)強(qiáng)度
定義:當(dāng)通電導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向垂直時(shí),通電導(dǎo)線所受的安培力F跟電流I和導(dǎo)線長(zhǎng)度L的乘積IL的比值叫做磁感應(yīng)強(qiáng)度。
對(duì)磁感應(yīng)強(qiáng)度的理解
1、公式B=F/IL是磁感應(yīng)強(qiáng)度的定義式,是用比值定義的,磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小只決定于磁場(chǎng)本身的性質(zhì),與F、I、L均無關(guān)。
2、定義式B=FIL成立的條件是:通電導(dǎo)線必須垂直于磁場(chǎng)方向放置。因?yàn)榇艌?chǎng)中某點(diǎn)通電導(dǎo)線受力的大小,除了與磁場(chǎng)強(qiáng)弱有關(guān)外,還與導(dǎo)線的方向有關(guān)。導(dǎo)線放入磁場(chǎng)中的方向不同,所受磁場(chǎng)力也不相同.通電導(dǎo)線受力為零的地方,磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小不一定為零,這可能是電流方向與B的方向在一條直線上的原因造成的。
3、磁感應(yīng)強(qiáng)度的定義式也適用于非勻強(qiáng)磁場(chǎng),這時(shí)L應(yīng)很短,IL稱作“電流元”,相當(dāng)于靜電場(chǎng)中的試探電荷。
4、通電導(dǎo)線受力的方向不是磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向。
5、磁感應(yīng)強(qiáng)度與電場(chǎng)強(qiáng)度的區(qū)別:磁感應(yīng)強(qiáng)度B是描述磁場(chǎng)的性質(zhì)的物理量,電場(chǎng)強(qiáng)度E是描述電場(chǎng)的性質(zhì)的物理量,它們都是矢量,現(xiàn)把它們的區(qū)別列表如下:
(1)磁感應(yīng)強(qiáng)度是矢量,遵循平行四邊形定則。如果空間同時(shí)存在兩個(gè)或兩個(gè)以上的磁場(chǎng)時(shí),某點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B是各磁感應(yīng)強(qiáng)度的矢量和。
五、勻強(qiáng)磁場(chǎng):如果磁場(chǎng)的某一區(qū)域里,磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向處處相同,這個(gè)區(qū)域的磁場(chǎng)叫做勻強(qiáng)磁場(chǎng).在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,在通電直導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向垂直的情況下,導(dǎo)線所受的安培力F= BIL。
。ㄒ唬┕紽=BIL中L指的是“有效長(zhǎng)度”.當(dāng)B與I垂直時(shí),F(xiàn)較大,F(xiàn)=BIL;當(dāng)B與I平行時(shí),F(xiàn)=0。
。ǘ⿵澢鷮(dǎo)線的有效長(zhǎng)度L,等于連接兩端點(diǎn)直線的長(zhǎng)度,如下圖相應(yīng)的電流沿L由始端流向末端。
1、當(dāng)電流與磁場(chǎng)方向垂直時(shí),F(xiàn) = ILB
2、當(dāng)電流與磁場(chǎng)方向夾θ角時(shí),F(xiàn) = ILBsinθ
第3節(jié) 幾種常見的磁場(chǎng)
一、磁場(chǎng)的方向
物理學(xué)規(guī)定:
在磁場(chǎng)中的任一點(diǎn),小磁針北極受力的方向,亦即小磁針靜止時(shí)北極所指的方向,就是該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向。
二、圖示磁場(chǎng)
(一)磁感線——在磁場(chǎng)中假想出的一系列曲線
1、磁感線上任意點(diǎn)的切線方向與該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向一致(小磁針靜止時(shí)N極所指的方向)。
2、磁感線的疏密程度表示磁場(chǎng)的強(qiáng)弱。
。ǘ┏R姶艌(chǎng)的磁感線
1、長(zhǎng)久性磁體的磁場(chǎng):條形,蹄形
2、直線電流的磁場(chǎng)
剖面圖(注意“ ”和“×”的意思)箭頭從紙里到紙外看到的是點(diǎn),從紙外到紙里看到的是叉。
3、環(huán)形電流的磁場(chǎng)(安培定則:讓右手彎曲的四指和環(huán)形電流的方向一致,伸直的大拇指所指的方向就是環(huán)形導(dǎo)線中心軸線上磁感線的方向。)
4、螺線管電流的磁場(chǎng)(安培定則:用右手握住螺旋管,讓彎曲的四指所指的方向跟電流方向一致,大拇指所指的方向就是螺旋管內(nèi)部磁感線的方向。)
常見的圖示:
三、磁感線的特點(diǎn):
1、磁感線的疏密表示磁場(chǎng)的強(qiáng)弱。
2、磁感線上的切線方向?yàn)樵擖c(diǎn)的磁場(chǎng)方向。
3、在磁體外部,磁感線從N極指向S極;在磁體內(nèi)部,磁感線從S極指向N極。
4、磁感線是閉合的曲線(與電場(chǎng)線不同)。
5、任意兩條磁感線一定不相交。
6、常見磁感線是立體空間分布的。
7、磁場(chǎng)在客觀存在的,磁感線是人為畫出的,實(shí)際不存在。
四、安培分子環(huán)流假說
。ㄒ唬┓肿与娏骷僬f
任何物質(zhì)的分子中都存在環(huán)形電流——分子電流,分子電流使每個(gè)分子都成為一個(gè)微小的磁體。
。ǘ┌才喾肿迎h(huán)流假說對(duì)一些磁現(xiàn)象的解釋:
、傥幢淮呕蔫F棒,磁化后的鐵棒。
、谟来朋w之所以具有磁性,是因?yàn)樗鼉?nèi)部的環(huán)形分子電流本來就排列整齊。
③永磁體受到高溫或猛烈的敲擊會(huì)失去磁性,這是因?yàn)樵诩ち业臒徇\(yùn)動(dòng)或機(jī)械振動(dòng)的影響下,分子電流的取向又變得雜亂無章了。
。ㄈ┐努F(xiàn)象的電本質(zhì)
第5、6節(jié) 運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中受到的力和帶電粒子勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)
一、磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷有力的作用——這個(gè)力叫洛侖茲力。
二、磁場(chǎng)對(duì)電流有安培力的作用,而電流是由電荷定向運(yùn)動(dòng)形成的。所以磁場(chǎng)對(duì)電流的安培力可能是磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力的宏觀表現(xiàn)。即:
。ㄒ唬┌才嗔κ锹鍌惼澚Φ暮暧^表現(xiàn)。
。ǘ┞鍌惼澚κ前才嗔Φ奈⒂^本質(zhì)。
三、洛倫茲力的方向
。ㄒ唬┞鍌惼澚Φ姆较蚍献笫侄▌t:伸開左手,使大拇指跟其余四指垂直,且處于同一平面內(nèi),把手放入磁場(chǎng)中,磁感線垂直穿過手心,四指指向正電荷運(yùn)動(dòng)的方向,那么,拇指所指的方向就是正電荷所受洛倫茲力的方向;若是負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)的方向,那么四指應(yīng)指向其反方向。
。ǘ╆P(guān)于洛侖茲力的說明:
1、洛侖茲力的方向垂直于v和B組成的平面。
2、洛侖茲力永遠(yuǎn)與速度方向垂直。
3、洛侖茲力對(duì)電荷不做功。
4、洛侖茲力只改變速度的方向,不改變速度的大小。
5、洛侖茲力對(duì)電荷只起向心力的作用,故只在洛侖茲力的作用下,電荷將作勻速圓周運(yùn)動(dòng)。
四、洛倫茲力的大小
(一)安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)。
(二)洛倫茲力是安培力的微觀本質(zhì)。
五、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng):做勻速圓周運(yùn)動(dòng)
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