物理选修3-1知识点

物理选修3-1知识点库仑定律、电场强度重难点知识归纳及讲解,一,电荷,库仑定律1、电荷守恒定律和元电荷自然界中只有两种电荷,正电荷和负电荷。电荷的多少叫做电荷量,正电荷的电荷量用正数表示,负电荷的电荷量用负数表示。同种电荷互相排斥,异种电荷互相吸引。使物体带电的方法有,,1,摩擦起电,,2,接触带电,,3,感应起电。不管哪种方式使物体带电,都,19是由于电荷转移的结果。元电荷e=1.60×10C.2、电荷守恒定律电荷既不能创造,也不能消灭,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。这个结论叫做电荷守恒定律。3、比荷,带电粒子的电荷量与粒子的的质量之比,叫做该粒子的比荷。4、库仑定律真空中两个静止点电荷之间的相互作用力,与它们的电荷量的乘积成正比,与它们距离的二次方成反比,作用力的方向在它们的连线上。,1,公式922,2,k=9.0×10N?m/c,3,适用于点电荷,注意,看作点电荷的前提是带电体间的距离远大于带电体的尺寸5、由于物体带电是由于电荷的转移,可知,物体所带电荷量或者等于电荷量e,或者等于电荷量e的整数倍。电荷量e称为元电荷,e=1.60,19×10C,比荷C/kg.6、点电荷,如果带电体的距离比它们自身的大小大得多,带电体的大小和形状忽略不计。这样的带电体可看作点电荷,它是一种理想化的物理模型。,二,电场,电场强度1、电场的基本性质,就是对放入其中的电荷有力的作用,这种力叫做电场力。2、电场是一种特殊的物质形态。3、电场强度放入电场中某点的电荷受到的电场力F跟它的电荷量q的比值,叫做该点的电场强度,简称场强。,1,公式,2,单位V/m,1V/m=1N/C,3,矢量性,规定正电荷在该点受电场力的方向为该点场强的方向。4、点电荷电场的场强5、电场的叠加原理,如果有几个点电荷同时存在,它们的电场就互相叠加,形成合电场。这时某点的场强等于各个电荷单独存在时在该点产生的场强的矢量和。这叫做电场的叠加原理。6、电场强度,电场强度是反映电场“力的性质”的物理量,是定义式,而仅适用于点电荷产生的电场。电场强度由表达,但E与F和q无关,E由场源和位置决定。7、匀强电场(1)定义,电场中各点场强的大小相等、方向相同的电场就叫匀强电场.(2)匀强电场的电场线,是一组疏密程度相同(等间距)的平行直线.例如,两等大、正对且带等量异种电荷的平行金属板间的电场中,除边缘附近外,就是匀强电场.如图所示。8、电场线在电场中画出一系列从正电荷或无穷远处出发到负电荷或无穷远处终止的曲线,曲线上每一点的切线方向都跟该点的场强方向一致,此曲线叫电场线。电场线的特点,(1)电场线是起源于正电荷或无穷远处,终止于负电荷或无穷远处的有源线。(2)电场线不闭合、不相交、不间断的曲线。(3)电场线的疏密反映电场的强弱,电场线密的地方场强大,电场线稀的地方场强小。(4)电场线不表示电荷在电场中的运动轨迹,也不是客观存在的曲线,而是人们为了形象直观的描述电场而假想的曲线。常见电场的电场线电场线图电场简要描述样正点电荷发散状负点电荷会聚状等量同号相斥状电荷等量异号相吸状电荷平行的、等间距的、同匀强电场向的直线电势差、电势能和等势面重难点知识归纳与讲解1、电势差,电荷在电场中由一点A移动到另一点B时,电场力所做的功WAB与电荷电量q的比值,叫做AB两点的电势差。表达式为,说明,,1,定义式中,为q从初位置A移动到末位置B电场力做的功,可为正值,也可为负值,q为电荷所带的电量,正电荷取正值,负电荷取负值。,2,电场中两点的电势差,由这两点本身的初、末位置决定。与在这两点间移动电荷的电量、电场力做功的大小无关。在确定的电场中,即使不放入电荷,任何两点间的电势差都有确定的值,不能认为与成正比,与q成反比。只是可以利用、q来计算A、B两点电势差。,3,公式适用于任何电场。2、电势,在电场中某点的电势等于该点相对零电势点的电势差,也等于单位正电荷由该点移动到参考点,零电势点,时电场力所做的功,电势记作,电势是相对的,某点的电势与零电势点的选取有关,沿电场线的方向,电势逐点降低。说明,,1,电势的相对性。,2,电势是标量。电势是只有大小、没有方向的物理量,电势的正负表示该点的电势高于和低于零电势。,3,电势与电势差的比较电势与电势差都是反映电场本身的性质,能的性质,的物理量,与检验电荷无关,电势与电势差都是标量,数值都有正负,单位相同,U=,。某点的电势与零电势点的选取有关,两点间的电势差与ABAB零电势点的选取无关。3、电场力做功与电势能变化的关系。,1,电场力做功的特点在电场中移动电荷时,电场力所做的功只与电荷的起止位置有关,与电荷经过的路径无关,这一点与重力做功相同。,2,电势能ε电荷在电场中具有的势能叫做电势能,电势能属于电荷和电场系统所有。,3,电场力做功与电势能变化的关系电场力的功与电势能的数量关系W=ε,ε=?ε。ABAB电场力做正功时,电荷的电势能减小,电场力做负功时,电荷的电势能增加,电场力做了多少功,电荷的电势能就变化多少,即?ε=W=qU。ABAB4、等势面的概念及特点,1,等势面电场中电势相同的各点构成的曲面叫做等势面。,2,等势面的特点?电场线与等势面处处垂直,且总是由电势高的等势面指向电势低的等势面,?在同一等势面上移动电荷时电场力不做功,?处于静电平衡的导体是一个等势体,导体表面是一个等势面,?导体表面的电场线与导体表面处处垂直。,3,熟悉匀强电场、点电荷的电场、等量异种电荷的电场、等量同种点电荷的电场的等势面的分布情况。?点电荷电场中的等势面,是以电荷为球心的一簇球面,?等量同种点电荷电场中的等势面,是两簇对称曲面?等量异种点电荷电场中的等势面,是两簇对称曲面,?匀强电场中的等势面,是垂直于电场线的一簇平面.三、重难点知识剖析5、电势与等势面,1,电势是描述电场中单个点的电场性质,而等势面是描述电场中各点的电势分布。,2,电场线是为了描述电场而人为引入的一组假想线,但等势面却是实际存在的一些面,它从另一角度描述了电场。,3,等势面的性质?同一等势面上任意两点间的电势差为零,?不同的等势面一定不会相交或相切,6、比较电荷在电场中某两点电势能大小的方法(1)场源电荷判断法离场源正电荷越近,试验正电荷的电势能越大,试验负电荷的电势能越小,离场源负电荷越近,试验正电荷的电势能越小,试验负电荷的电势能越大,(2)电场线法正电荷顺着电场线的方向移动时,电势能逐渐减小,逆着电场线的方向移动时,电势能逐渐增大,负电荷顺着电场线的方向移动时,电势能逐渐增大,逆着电场线的方向移动时,电势能逐渐减小,(3)做功判断法无论正、负电荷,电场力做正功,电荷从电势能较大的地方移向电势能较小的地方,反之,如果电荷克服电场力做功,那么电荷将从电势能较小的地方移向电势能较大的地方,7、电场中电势高低的判断和计算方法(1)根据电场线方向判断,因沿电场线方向各点电势总是越来越低,而逆着电场线方向电势总是逐渐升高,(2)根据等势面的分布和数值,都画在同一图上,直接从图上判定电势高低,(3)根据电场力做功公式判定,当已知q和W时,由公式W=qU,ABABAB则U=W/q判定,ABAB8、电势能与电势的关系(1)电势是反映电场电势能的性质的物理量,还可以从能的角度定义电势,电场中某点的电荷具有的电势能ε跟它的电荷量的比值,叫做该点的电势,即或者ε=qφ,某点的电势与该点是否有电荷无关,(2)正电荷在电势为正值的地方电势能为正值,在电势为负值的地方电势能为负值,负电荷在电势为正的地方电势能为负值,在电势为负的地方电势能为正值,(3)电势是由电场决定,电势能是由电场和电荷共同决定的,它们都是标量、相对量,当零势点确定以后,各点电势有确定的值,由于存在两种电荷,则在某一点不同种电荷的电势能有的为正值,也有的为负值,(4)在实际问题中,我们主要关心的是电场中两点间的电势差U和AB在这两点间移动电荷时,电荷电势能的改变量?ε。U和?ε都与ABABAB零电势点的选择无关,有关系式,?ε=qU,ABAB9、电势与场强的比较(1)场强是反映电场力的性质,电势是反映电场能的性质,它们都是由比值定义的物理量,因而它们都是由电场本身确定的,与该点放不放电荷无关,(2)电场强度是矢量,电场确定后,各点的场强大小和方向都惟一地确定了,(即各点场强大小有确定的值)电势是标量,是相对量,电场确定后,各点电势的数值还可随零电势点的不同而改变,电场线的密度表示场强的大小,电场线上各点的切线方向表示场强的方向,沿电场线的方向,电势越来越低,但不能表示电势的数值,电容器、带电粒子在电场中的运动重难点知识归纳与讲解1、电容器的电容、平行板电容器的电容(1)电容器,两个彼此绝缘又互相靠近的导体可构成一个电容器.(2)电容,电容器所带的电荷量Q(一个极板所带电荷量的绝对值)与两个极板间的电势差U的比值,即电容是表示电容器容纳电荷本领的物理量.(3)常用电容器,纸质电容器、电解电容器、平行板电容器、可变电容器.其中电解电容器连接时应注意其“，”、“,”极.(4)平行板电容器,平行板电容器的电容C跟介电常数ε成比,跟两板正对面积S成正比,跟两板间距离d成反比,即(5)对电容器电容的两个公式的理解.?公式是电容的定义式,适用于任何电容器.对于一个确定的电容器,其电容只由本身的因素决定,而与其电荷量Q和电压U无关.?公式是平行板电容器的决定式,只适用于平行板电容器.2、平行板电容器的动态分析充电后平行板电容器两极板间形成的电场,可认为是匀强电场,由于某种原因使电容C发生了改变,就会导致电容器的电荷量Q,两板间电压U,匀强电场的场强E发生相应的变化,这类问题常见于两种情况,(1)电容器一直与电源相连接.此时电容器两极板间电势差U保持不变.(2)电容器充电后与电源断开.此时电容器所带的电荷量Q保持不变.分析的基本思路是,3、带电粒子在电场中加速带电粒子进入电场中加速,若不计粒子重力,根据动能定理,有当初速度v=0时,末速度v的大小只与带电粒子的荷质比和加速0电压U有关,而与粒子在电场中的位移无关.4、带电粒子在电场中的偏转带电粒子沿垂直匀强电场的场强方向进入电场后,做类平抛运动,如图所示,设粒子的电荷量为q,质量为m,初速度为v,两平行金属0板间电压为U,板长为L,板间距离为d,则平行于板方向的分运动是匀速直线运动,L=vt0垂直于板方向的分运动是初速为零的匀加速直线运动所以,侧移距离偏转角θ满足5、示波管的原理(1)结构,示波管是由电子枪、偏转电极和荧光屏组成的,管内抽成真空.(2)原理,如果在偏转电极XX′上加上扫描电压,同时在偏转电极YY′上加上所要研究的信号电压,若其周期与扫描电压的周期相同,在荧光屏上就显示出信号电压随时间变化的图线.6、带电粒子在匀强电场中的运动带电粒子在匀强电场中的运动有两类问题,一是运动和力的关系问题,常用牛顿第二定律结合运动学公式去分析解决,二是运动过程中的能量转化问题,常用动能定理或能量守恒定律去分析解决.(1)在交变电场中的运动?在交变电场中做直线运动.粒子进入电场时的速度方向(或初速为零)跟电场力方向平行,在交变电场力作用下,做加速、减速交替变化的直线运动,通常运用牛顿运动定律和运动学公式分析求解.?在交变电场中的偏转,粒子进入电场时的速度方向跟电场力方向垂直,若粒子在电场中运动的时间远小于交变电场的周期,可近似认为粒子在通过电场的过程中电场力不变,而做类平抛运动.(2)在匀强电场与重力场的复合场中运动处理复合场有关问题的方法常有两种,?正交分解法,将复杂的运动分解为两个相互正交的简单直线运动,分别去研究这两个分运动的规律,然后运用运动合成的知识去求解复杂运动的有关物理量.?等效法,由于带电微粒在匀强电场中所受到的电场力和重力都是恒力,因此,可将电场力F和重力G进行合成如图所示,这样复合场就等效为一个简单场,将其合力F合与重力场的重力类比,然后利用力学规律和方法进行分析和解答.恒定电流重点知识归纳及讲解,一,电流1、电流的一层含义,1,大量自由电荷定向移动形成电流的现象,,2,物体中有大量的自由电荷是形成电流的内因,电压是形成电流的外因。2、电流的另一层含义,1,意义,表示电流强弱的物理量,2,定义,通过导体横截面的电荷量q跟通过这些电荷量所用时间的比值叫电流。,3,公式,,定义式,,4,单位,安培,A,,毫安,mA,、微安,μA,,5,是标量,方向规定,正电荷定向移动的方向为电流的方向,6,方向不随时间而改变的电流叫直流电,方向和强弱都不随时间而改变的电流叫恒定电流。3、电流的微观表达式,I=nqSvn—单位体积内电荷数q—自由电荷量S—导体的横截面v—电荷定向移动的速率4、导线中的电场,导线中的电场是两部分电荷共同作用的结果,其一是电源正、负极产生的电场,可以将该电场分解为两个方向,沿导线方向的分量使只有电子沿导线做定向移动,形成电流,垂直导线方向的分量使自由电子向导线的某一侧聚集,从而使导线的两侧出现正、负净电荷分布。这些电荷分布产生附加电场,该电场将削弱电源两极产生的垂直导线方向的电场,直到使导线中该方向合场强为零,而达到动态平衡状态。此时导线内的电场线保持与导线平行,自由电子只存在定向移动。,二,电动势1、电源,通过非静电力做功把其他形式的能转化为电势能的装置。2、电动势在数值上等于非静电力把1C的正电荷在电源内从负极移动到正极所做的功3、表达式,4、内阻,电源内部也是由导体组成,这个电阻叫做电源的内阻。,三,欧姆定律内容,导体中的电流I跟导体两端的电压U成正比,跟导体的电阻R成反比,即,适用于金属导体和电解液,不适用于气体导电,。电阻的伏安特性曲线,注意I-U曲线和U-I曲线的区别。还要注意,当考虑到电阻率随温度的变化时,电阻的伏安特性曲线不再是过原点的直线。,四,电阻定律,导体的电阻R跟它的长度l成正比,跟它的横截面积S成反比。,1,ρ是反映材料导电性能的物理量,叫材料的电阻率,反映该材料的性质,不是每根具体的导线的性质,。单位是Ω?m。,2,纯金属的电阻率小,合金的电阻率大。,3,材料的电阻率与温度有关系,?金属的电阻率随温度的升高而增大,可以理解为温度升高时金属原子热运动加剧,对自由电子的定向移动的阻碍增大。,铂较明显,可用于做温度计,锰铜、镍铜的电阻率几乎不随温度而变,可用于做标准电阻。?半导体的电阻率随温度的升高而减小,可以理解为半导体靠自由电子和空穴导电,温度升高时半导体中的自由电子和空穴的数量增大,导电能力提高,。?有些物质当温度接近0K时,电阻率突然减小到零——这种现象叫超导现象。能够发生超导现象的物体叫超导体。材料由正常状态转变为超导状态的温度叫超导材料的转变温度TC。我国科学家在1989年把T提高到130K。现在科学家们正努力做到室温超导。C注意,公式R,是电阻的定义式,而R=ρ是电阻的决定式。R与U成正比或R与I成反比的说法是错误的,导体的电阻大小由长度、截面积及材料决定,一旦导体给定,即使它两端的电压U,0,它的电阻仍然存在。电功和电功率重、难点知识归纳和讲解,一,电功和电热1、电功,电流流过导体,导体内的自由电荷在电场力的作用下发生定向移动,在驱使自由电荷定向运动的过程中,电场力对自由电荷做了功,简称为电功。电功是电能转化为其他形式能的量度。其计算公式,2W=qU,W=UIt,W=Pt是普适公式而W=IRt和,只适用于纯6电阻电路的运算。单位,1度=1千瓦时=3.6×10焦耳。22、电热,Q=IRt是焦耳通过多次实验得到的,是电能转化为热能的定量计算公式。变形公式,。3、电功和电热的关系,W?Q4、电流通过做功,电能全部转化为热能的电路叫纯电阻电路,电能只有一部分转化为内能,而大部分转化为机械能、化学能等的电路叫非纯电阻电路.,二,电功率和热功率1、电功率,电功率是描述电流做功快慢的物理量。由功率公式P=W/t得2P=UIt/t=UI,这两个公式是普适公式,而P=IR,P=只适用于纯电阻电路。2、电热功率,电热功率是描述电流做功产生电热快慢程度的物理量。由功率。3、电功率和电热功率的关系,P?PQ.4、额定功率和实际功率.,1,额定功率,指用电器正常工作时的功率,当用电器两端电压达到额定电压时,电流也达到额定电流,功率达到额定功率。,2,实际功率,指用电器在实际电压下电流做功的功率,只有当实际电压等于额定电压时,实际功率才等于额定功率。,3,在忽略R的变化时,有如下关系,,三,串联电路的特点1、电流,串联电路中电流强度处处相等,I=I=I=I.1232、电压,串联电路两端的总电压等于各串联导体两端的电压之和。U=U，U，U.1233、电阻,串联电路的总电阻等于各串联导体的电阻之和。R=R，R，R.1234、分压原理,串联电路中的电阻起分压作用,电压的分配与电阻成正比。U,U,U=IR,IR,IR=R,R,R1231231235、电功率、电功,串联电路中的电功率、电功与电阻成正比。222P,P,P=IR,IR,IR=R,R,R123123123222W,W,W=IRt,IRt,IRt=R,R,R123123123,四,并联电路的特点1、电流,并联电路中干路中的总电流等于各支路中电流之和。I=I，I，I.1232、电压,并联电路中,各支路两端的电压都相等。U=U=U=U1233、电阻,并联电路中,总电阻的倒数,等于各支路电阻的倒数之和..4、分流原理,并联电路中的电阻起分流作用,电流的分配与电阻成反比。I,I,I=1235、电功率、电功,并联电路中各支路中的电功率、电功与电阻成反比。P,P,P=123W,W,W=123,五,混联电路1、解决混联电路的方法是,,1,求混联电路的等效电路,,2,运用欧姆定律和串、并联电路的特点进行计算。2、画等效电路图即是等效替代的方法,对复杂电路进行等效变换的一般原则是,,1,无阻导线可缩成一点,一点也可以延展成无阻导线,,2,无电流的支路化简时可以去掉,,3,电势相同的点可以合并,,4,理想电流表可以认为短路,理想的电压表可认为断路,电压稳定时,电容器处可认为断路。一、基本规律1,电荷守恒定律(1)内容,电荷既不能创造,也不能消灭,它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。(2)变式表述,一个与外界没有电荷交换的系统,电荷的代数和不变。2,库仑定律(1)内容,真空中两个静止点电荷之间的相互作用力,与它们的电荷量的乘积成正比,与它们距离的二次方成反比,作用力的方向在它们的连线上。(2)表达式,F=q1q2,r2,F叫库仑力或静电力,F可以是引力(q1、q2为异种电荷),也可以是斥力(q1、q2为同种电荷)。k叫静电力常量,公式中各量均取国际单位制时,可k=(3)适用条件,q1、q2为真空中的两个点电荷。二、电场力的性质1,电场强度(1)定义,放入电场中某点的电荷所受的静电力F跟它的电荷量q的比值,叫做电场强度。电场强度是反映电场的力的性质的物理量,与试探电荷的电荷量q及其受到的静电力F都无关。(2)定义式,E=F,q,适用于任何电场,E的方向沿电场线的切线方向,与正电荷所受的电场力方向相同。变式表述,在匀强电场中,电场强度在数值上等于沿电场方向每单位距离上降低的电势,表达式,。(3)表达式,E=kq,r2,只适用于真空中的点电荷产生的电场。(4)叠加原理,电场中某点的电场强度为各个点电荷单独在该点产生的电场强度的矢量和。均匀带电球体(或球壳)外各点的电场强度,式中r为球心到该点的距离(r大于球体或球壳的半径),Q为整个球体(或球壳)所带的电荷量。2,电场线,为了形象地了解和描述电场中各点的电场强度的大小和方向而假想的线,电场线并不是带电粒子的运动轨迹。其特点,(1)电场线是起始于正电荷或无穷远,终止于无穷远或负电荷的不闭合的曲线,(2)电场线在电场中不相交,(3)用电场线的疏密程度表示电场强度的大小,电场线上某点的切线方向描述该点的电场强度的方向。实例,(1)匀强电场的电场线是间距相等、互相平行有方向的直线,(2)等量同(异)种电荷连线和中垂线上电场强度和电势的特点。三、电场能的性质1,能量描述(1)电势能,电荷在电场中具有的势能。与重力势能类比,电荷在某点的电势能,等于静电力是把它从该点移动到零势能位置时所做的功。(2)电势,电荷在电场中的某一点的电势能与它的电荷量的比值。其表达式,。(3)等势面,电场中电势相同的点构成的面。其特点,?等势面垂直电场线,?电场线总是从电势高的等势面指向电势低的等势面,等势面的疏密程度可表示电场强度的大小,?任意两个等势面都不会相交,?在同一等势面上移动电荷时电场力不相交。(4)电势差,电场中两点间电势的差值,即电压。其表达式,。在匀强电场中,可表示为,,其中d为电荷在电场强度方向上的位移。2,能量量度(1)电场力做功的特点,电场力对电荷做的功只与电荷的初、末位置有关,而与电荷经过的路径无关,电场力对电荷做正功时,电荷的电势能减小,电场力对电荷做负功时,电荷的电势能增加。电场力做的功等于电势能的减小量。(2)电场力做功的计算方法表述,?与电势能改变量的关系,?与电势差的关系,?根据动能定理计算,?由功的公式计算,,此方法只适用于匀强电场。四、静电场的应用1,静电平衡现象(1)静电平衡状态,导体中没有电荷的定向移动。(2)静电平衡的原因,外电场和感应电荷产生的电场所叠加的合电场为零。(3)静电平衡的特点,?导体内部的场强处处为零,?净电荷只分布在导体的外表面,分布情况与导体表面的曲率有关,?导体是等势体,导体表面是等势面,在导体表面上移动电荷,电场力不做功,?导体表面上任一点的电场强度方向垂直该点所在的切面垂直。(4)静电平衡的应用实例,尖端放电和静电屏蔽等。2,电容器的电容(1)定义,电容器所带的电荷量Q与电容器两极板间的电势差U的比值。(2)定义式,C=Q,U(3)物理意义,电容是表示电容器容纳电荷本领的物理量,是由电容器本身的性质(导体的大小、形状、相对位置及电介质)决定的,与电容器是否带电无关。(4)平行板电容器的电容的决定式,C=εS,4k?d,其中S为极板的正对面积,d为极板间的距离,k为静电力常量,r为电介质的相对介电常数。利用控制变量法探究C的有关因素。3,带电粒子只在电场力作用下的加速与偏转(1)加速,作加速直线运动,利用动能定理求解粒子被加速后的速度。(2)偏转,作类平抛运动,利用运动学公式计算,竖直方向的速度,其中v为垂直电场线的入射速度,??竖直方向的位移第三章恒定电流一、电源和电流1、电流产生的条件,,1,导体内有大量自由电荷,金属导体——自由电子,电解质溶液——正负离子,导电气体——正负离子和电子,,2,导体两端存在电势差,电压,,3,导体中存在持续电流的条件,是保持导体两端的电势差。2电流的方向电流可以由正电荷的定向移动形成,也可以是负电荷的定向移动形成,也可以是由正负电荷同时定向移动形成。习惯上规定,正电荷定向移动的方向为电流的方向。说明,,1,负电荷沿某一方向运动和等量的正电荷沿相反方向运动产生的效果相同。金属导体中电流的方向与自由电子定向移动方向相反。,2,电流有方向但电流强度不是矢量。,3,方向不随时间而改变的电流叫直流,方向和强度都不随时间改变的电流叫做恒定电流。通常所说的直流常常指的是恒定电流。二、电动势1,电源,1,电源是通过非静电力做功把其他形式的能转化为电势能的装置。,2,非静电力在电源中所起的作用,是把正电荷由负极搬运到正极,同时在该过程中非静电力做功,将其他形式的能转化为电势能。【注意】在不同的电源中,是不同形式的能量转化为电能。2,电动势,1,定义,在电源内部,非静电力所做的功W与被移送的电荷q的比值叫电源的电动势。,2,定义式,E=W/q,3,物理意义,表示电源把其它形式的能,非静电力做功,转化为电能的本领大小。电动势越大,电路中每通过1C电量时,电源将其它形式的能转化成电能的数值就越多。【注意】,?电动势的大小由电源中非静电力的特性,电源本身,决定,跟电源的体积、外电路无关。?电动势在数值上等于电源没有接入电路时,电源两极间的电压。?电动势在数值上等于非静电力把1C电量的正电荷在电源内从负极移送到正极所做的功。3,电源,池,的几个重要参数?电动势,它取决于电池的正负极材料及电解液的化学性质,与电池的大小无关。?内阻,r,:电源内部的电阻。?容量,电池放电时能输出的总电荷量。其单位是,A?h,mA?h.【注意】,对同一种电池来说,体积越大,容量越大,内阻越小。三、欧姆定律1、导体的电阻?定义,导体两端电压与通过导体电流的比值,叫做这段导体的电阻。?公式,R=U/I,定义式,说明,A、对于给定导体,R一定,不存在R与U成正比,与I成反比的关系,R只跟导体本身的性质有关B、这个式子,定义,给出了测量电阻的方法——伏安法。C、电阻反映导体对电流的阻碍作用2、欧姆定律?定律内容,导体中电流强度跟它两端电压成正比,跟它的电阻成反比。?公式,I=U/R?适应范围,一是部分电路,二是金属导体、电解质溶液3、导体的伏安特性曲线,1,伏安特性曲线,用纵坐标表示电流I,横坐标表示电压U,这样画出的I-U图象叫做导体的伏安特性曲线。,2,线性元件和非线性元件线性元件,伏安特性曲线是通过原点的直线的电学元件。非线性元件,伏安特性曲线是曲线,即电流与电压不成正比的电学元件4、导体中的电流与导体两端电压的关系,1,对同一导体,导体中的电流跟它两端的电压成正比。,2,在相同电压下,U/I大的导体中电流小,U/I小的导体中电流大。所以U/I反映了导体阻碍电流的性质,叫做电阻,R,,3,在相同电压下,对电阻不同的导体,导体的电流跟它的电阻成反比。四、串联电路和并联电路1、串联电路?电路中各处的电流强度相等。I=I=I=I=…123?电路两端的总电压等于各部分电路两端电压之和U=U+U+U+…123?串联电路的总电阻,等于各个电阻之和。…R=R+R+R+123?电压分配,U/R=U/RU/R=U/R112211?n个相同电池,E、r,串联,E=nEr=nrnn2?串联电路的功率分配,P=IRP1/R1=P2/R2=P3/R3=…=Pn/Rn2、并联电路并联电路中各支路两端的电压相等。?U=U=U=U=…123?电路中的总电流强度等于各支路电流强度之和。I=I+I+I+…123?并联电路总电阻的倒数,等于各个电阻的倒数之和。1/R=1/R+1/R+1/R+对两个电阻并联有,R=RR/12312,R+R,12?电流分配,I/I=R/RI/I=R/R121211?n个相同电池,E、r,并联,E=Er=r/nnn?并联电路的功率分配,2P1R1=P2R2=P3R3=…=PnRn=U3、几点注意事项,?几个相同的电阻并联,总电阻为一个电阻的几分之一,?若不同的电阻并联,总电阻小于其中最小的电阻,?若某一支路的电阻增大,则总电阻也随之增大,?若并联的支路增多时,总电阻将减小,?当一个大电阻与一个小电阻并联时,总电阻接近小电阻。4、分压作用和电压表:说明:如果给电流表串联一个分压电阻,分担一部分电压,就可以用来测量较大的电压了.加了分压电阻并在刻度板上标出电压值,就把电流表改装成了电压表.电压表的量程越大,串联的电阻R越大。因为电流一定。5、分流作用和电流表(安培表):说明:并联电阻可以分担一部分电流,并联电阻的这种作用叫做分流作用,作这种用途的电阻又叫做分流电阻.为了使电流表能够测量几个安培甚至更大的电流,可能给它并联个分流电阻,分掉一部分电流,这样在测量大电流时,通过电流表的电流也不致超过满偏电流Ig.电流表的量程越大,并联的电阻越小。因为电压一定。五、焦耳定律1、电功定义,电路中电场力对定向移动的电荷所做的功,简称电功,通常也说成是电流的功。用W表示。实质,是能量守恒定律在电路中的体现。即电流做功的过程就是电能转化为其他形式能的过程,在转化过程中,能量守恒,即有多少电能减少,就有多少其他形式的能增加。【注意】功是能量转化的量度,电流做了多少功,就有多少电能减少而转化为其他形式的能,即电功等于电路中电能的减少,这是电路中能量转化与守恒的关键表达式,W=Iut【说明】,?表达式的物理意义,电流在一段电路上的功,跟这段电路两端电压、电路中电流强度和通电时间成正比。?适用条件,不随时间变化——恒定电流I、U2、电功率?定义,单位时间内电流所做的功?表达式,P=W/t=UI,对任何电路都适用,上式表明,电流在一段电路上做功的功率P,和等于电流I跟这段电路两端电压U的乘积。?额定功率和实际功率额定功率,用电器正常工作时所需电压叫额定电压,在这个电压下消耗的功率称额定功率。实际功率,用电器在实际电压下的功率。实际功率P=IU,U、I分实别为用电器两端实际电压和通过用电器的实际电流。3、焦耳定律,电流通过导体产生的热量,跟电流的二次方,导体的2电阻和通电时间成正比公式,Q=IRt说明,a.(1)式表明电流通过导体时要发热,焦耳定律就是研究电流热效应定量规律的。b.(1)式中各量的单位.4、电功和电热的关系:设问:电流通过电路时要做功,同时,一般电路都是有电阻的,因此电流通过电路时也要生热.那么,电流做的功跟它产生的热之间,又有什么关系呢?,1,、纯电阻电路.如图所示,电阻R,电路两端电压U,通过的电流强度I.电功即电流所做的功:W=UIt.2电热即电流通过电阻所产生的热量:Q=IRt由部分电路欧姆定律:U=IR2W=UIt=IRt=Q表明:在纯电阻电路中,电功等于电热.也就是说电流做功将电能全部转化为电路的内能22电功表达式:W=UIt=IRt=(U/R)/t22电功率的表达式:P=UI=IR=U/R,2,非纯电阻电路.如图所示,电灯L和电动机M的串联电路中,电能各转化成什么能?电流通过电灯L时,电能转化为内能再转化为光能.电流通过电动机时,电能转化为机械能和内能.电流通过电动机M时电功即电流所做的功(电动消耗的电能):W=UIt2电热即电流通过电动机电阻时所产生的热量:Q=IRt2W(=UIt)=机械能+Q(=IRt)表明:在包含有电动机,电解槽等非纯电阻电路中,电功仍等于UIt,22电热仍等于IRt.但电功不再等于电热而是大于电热了.UIt,IRt2电功表达式:W=UIt?Q=IRt2电功率表达式:P=UI?IR2发热功率表达式:P=IR?UI5、应用欧姆定律须注意对应性。1,选定研究对象电阻R后,I必须是通过这只电阻R的电流,U必,须是这只电阻R两端的电压。该公式只能直接用于纯电阻电路,不能直接用于含有电动机、电解槽等用电器的电路。,2,公式选取的灵活性。UI,R?计算电流,除了用外,还经常用并联电路总电流和分电流的关系,I=I+I12?计算电压,除了用U=IR外,还经常用串联电路总电压和分电压的关系,U=U+U12?计算电功率,无论串联、并联还是混联,总功率都等于各电阻功率之和,P=P+P12对纯电阻,电功率的计算有多种方法,2U2P=UI=IR=R以上公式I=I+I、U=U+U和P=P+P既可用于纯电阻电路,也121212可用于非纯电阻电路。既可以用于恒定电流,也可以用于交变电流。六、电阻定律1、电阻定律R=ΡL/S2、电阻率是反映材料导电性能的物理量.材料的电阻率随温度的变化而改变,某些材料的电阻率会随温度的升高而变大,如金属材料,,某些材料的电阻率会随温度的升高而减小,如半导体材料、绝缘体等,,而某些材料的电阻率随温度变化极小,如康铜合金材料,3、式中ρ是比例常数,它与导体的材料有关,是一个反映材料导电性能的物理量,称为材料的电阻率。,1,电阻率是反映材料导电性能的物理量。,2,单位,欧?米,Ω?m,4、纯金属的电阻率小,合金的电阻率较大,橡胶的电阻率最大电阻率小用作导电材料,电阻率大的用作绝缘材料.改变电阻可以通过改变导体的长度,改变导体横截面积或是更换导体材料等途径。5、材料的电阻率跟温度有关系,各种材料的电阻率都随温度而变化.a,金属的电阻率随温度的升高而增大,用这一特点可制成电阻温度计(金属铂).b,康铜,锰铜等合金的电阻率随温度变化很小,故常用来制成标准电阻.c,当温度降低到绝对零度附近时,某些材料的电阻率突然减小到零,这种现象叫做超导现象,处于这种状态的物体叫做超导体七、闭合电路的欧姆定律1,闭合电路欧姆定律εε=U+U′,I=或ε=IR+Ir,都称为闭合电路欧姆定律。Rr，式中,ε,若电源是几个电池组成的电池组,应为整个电池组的总电动势,r为总内阻,R为外电路总电阻,I为电路总电流强度。应注意,ε=U+U′和ε=IR+Ir,两式表示电源使电势升高等于内外电路上的电势降落总和,ε理解为电源消耗其它形式能使电荷电势升高。IR、Ir理解为在内外电路上电势降落。,也称为电压降,2,讨论路端电压,电路总电流随外电路电阻变化而变化的规律εRr，根据,ε=U+U′、U′=Ir、I=,ε、r不变R??I?,U?、U′?,当R??时,I=0、U=ε、U′=0,也称为断路时,R??I?,U?、U′?,当R=0时,I=,短路电流强度,U=0、U′=E/rε3,在闭合电路中的能量转化关系从功率角度讨论能量转化更有实际价值电源消耗功率,有时也称为电路消耗总功率,,P=εI总外电路消耗功率,有时也称为电源输出功率,,P=UI出2内电路消耗功率,一定是发热功率,,P=Ir内2εI=UI+Ir4,电源输出功率随外电路电阻变化关系ε、r为定值,R为自变量,P为因变量。出2εεε2()Rr，Rr，P=UI=?R?=?R,讨论该函数极值可知,R=r出Rr，时,输出功率有极大值,2ε4rP=,电源输出功率与外阻关系图象如图2所示,R,r时,随R出增大输出功率增大,R=r输出功率最大,R,r时,随R增大,输出功率减小。闭合电路的欧姆定律重、难点知识归纳和讲解,一,闭合电路欧姆定律1、电源电动势,电源是把其他形式的能转化为电能的装置。电动势是表征电源把其他形式的能量转换成电能的本领大小的物理量,电动势的大小由电源本身的性质决定,数值等于电路中通过1C电量时电源所提供的能量,也等于电源没有接入电路时两极间的电压,电动势是标量,方向规定为由电源的负极经电源内部到正极的方向为电源电动势的方向。2、闭合电路欧姆定律,1,闭合电路由电源的内部电路和电源的外部电路组成,也可叫含电源电路、全电路。,2,在闭合电路里,内电路和外电路都适用部分电路的欧姆定律,设电源的内阻为r,外电路的电阻为R,那么电流I通过内阻时在电源内部的电压降U=Ir,电流流过外电阻时的电压降为U=IR,由U，内外外U=E,得。该式反映了闭合电路中电流强度与电源的电动势内成正比,与整个电路的电阻成反比,即为闭合电路欧姆定律,适用条件是外电路为纯电阻电路。3、路端电压与负载变化的关系,1,路端电压与外电阻R的关系,,外电路为纯电阻电路,其关系用U—R图象可表示为,,2,路端电压与电流的关系U=E,Ir,普适式,其关系用U—I图象可表示为当R=?时,即开路,当R=0时,即短路,其中,r=|tgθ|.4、闭合电路中的功率,1,电源的总功率,电源消耗的功率,P=IE总电源的输出功率,外电路消耗的功率,P=IU输2电源内部损耗的功率,P=Ir损2由能量守恒有,IE=IU，Ir,2,外电路为纯电阻电路时,由上式可以看出,即当R=r时,此时电源效率为,,2,当R>r时,随R的增大输出功率减小。,3,当R<r时,随R的增大输出功率增大。,4,当时,每个输出功率对应2个可能的外电阻R和R,且12,二,“串反并同”定则,在外电路为混联的闭合电路中,讨论因某一电阻发生变化引起电路中各参量的变化时,可采用以下简单的方法,“串反并同”,当某一电阻发生变化时,与它串联的电路上的电流、电压、功率必发生与其变化趋势相反的变化,与它并联的电路上的电流、电压、功率必发生与其变化趋势相同的变化。,三,含电容器的电路分析,有电容器连接的电路,当电路电压达到稳定时,电容器当断路处理,它两端的电压等于它并联部分的电阻的两端电压。通常是先不考虑电容器,画出等效电路,再安上电容器,电容器在恒定电流中可等效为“电压表”。找出“电压表”的读数及变化,再由Q=CU求解。,五,测定电池的电动势和内阻1、实验原理如图(1)所示电路,改变电阻R,从电压表和电流表可测出几组U、I值,利用闭合电路欧姆定律可以求出E、r,2、数据处理?测出两组U、I值,列方程组可解出E、r,?图象法处理数据,测出多组(不少于6组)、I值,在—I直角坐标系中标出各点,画出—I图象,如图(2)所示,图象的纵截距为E,横截距为短路电流,,图象法比较好地利用各组测量数据,并能排除奇异点,能够减小偶然误差,3、误差分析,由于电流表和电压表不是理想电表,就会带来一定的系统误差,下面分别分析电流表内接和外接两种情况下的系统误差,(1)如图(3)所示,电流表接在了外边,电压表所测为电源的外电压,而电流表读数比流过电源的电流值要小,测量存在系统误差,电压表的读数越大,越大,电流表的测量误差也越大,如图(4)所示,短路时,,0,测量值与真实值相同,由图象可知,定量分析,,,此函数式的纵截距为,斜率的绝对值为,当r时,,(2)如图(5)所示,电流表接在了里边,电流表所测的电流为流过电源的电流,电压表所测电压比路端电压小,当电路中电流增加时,,电压表读数的误差随着增加,U—I图象如图(6)所示,测量值图线比较陡,,E,,r,由等效电路可知,,一般安培表的内阻与r接近,所以这种方法测出的内阻误差较大,,六,简单的逻辑电路逻辑关系真值表符号与门,仅当输入输入输出信号A和B均ABZ为1时,输出信00号Z才为1。010100111或门,输入信号输入输出A和B只要有ABZ一个为1或者均000为1时,输出信011号Z为1。101111非门,输入信号输入输出A为1,则输出AZ信号为0,输入01信号A为0,输10出信号为1。八、多用电表1、多用电表使用注意事项,,1,多用电表在使用前,一定要观察指针是否指向电流的零刻度。若有偏差,应调整机械零点,,2合理选择电流、电压挡的量程,使指针尽可能指在表盘中央附近,,3,测电阻时,待测电阻要与别的元件断开,切不要用手接触表笔,,4,合理选择欧姆挡的量程,使指针尽可能指在表盘中央附近,,5,换用欧姆档的量程时,一定要重新调整欧姆零点,,6,要用欧姆档读数时,注意乘以选择开关所指的倍数,,7,实验完毕,将表笔从插孔中拔出,并将选择开关置于“OFF”挡或交流电压最高挡。长期不用,应将多用电表中的电池取出。2、欧姆表测量电阻(1)欧姆表构造如图所示,G是内阻为R、满偏电流为I的微安表或毫g安表R是调零电阻,电池的电动0势为E,内阻为r,黑表笔接电池正极,红表笔接电池负极,(2)欧姆表原理欧姆表是根据闭合电路欧姆定律制成的,当红、黑表笔间接入待测电阻R时,此时通过xG表的电流为I,则,应当注意,欧姆表刻度是不均匀的,九、测电池的电动势和内阻1、实验,测定电池的电动势和内阻目标,1,掌握实验电路、实验原理及实验方法,2,学会用图象法处理实验数据,原理,根据闭合电路欧姆定律的不同表达形式,可以采用下面几种不同的方法测E和r(1)由E=U+Ir知,只要测出U、I的两组数据,就可以列出两个关于正、r的方程,从而解出E、r,电路图如图所示,(2)由E,IR+Ir知,测出I、R的两组数据,列出方程解出E、r,电路图如图所示,(3)由正,U+Ur/R,,测出U、R两组数据,列出关于E、r的两个方程,电路图如图所示,(2)数据处理图象法,以I为横坐标,U为纵坐标建立直角坐标系,据实验数据描点,如果发现个别明显错误的数据,应该把它剔除,用直尺画一条直线,使尽量多的点落在这条直线上,不在直线上的点能均分两侧,注意事项,(1)为了使电池的路端电压变化明显,电池宜选内阻大些的,(2)因该实验中电压U的变化较小,为此可使纵坐标不从零开始,把坐标的比例放大,可减小实验误差,此时图象与横轴交点不表示短路电流,计算内阻时,要在直线上任取两个相距较大的点,用r,?U/?I计算出电池的内阻r,2、误差分析,用电流表和电压表测电源的电动势和内电阻时,电流表外接和内接两种情况下电动势的测量值与真实值、电源内阻的测量值与真实值间的关系如何?若采用上图电路时,E,E,r，r可得,测测若采用下图所示的电E，E,r，r路可得,。测测十、电池组串联电池组,1、由于开路时路端电压等于电源电动势,故可用电压表测出串联电池组的电动势ε,nε串串联电池组的内电阻,由于电池是串联的,电池的内电阻也是串联的,故串联电池组的内电阻r=nr串故,串联电池组的电动势等于各个电池电动势之和,串联电池组的内电阻等于各个电池内电阻之和。说明,,1,串联电池组的电动势比单个电池的电动势高,当用电器的额定电压高于单个电池的电动势时,可以串联电池组供电。而用电器的额定电流必须小于单个电池允许通过的最大电流。,2,用几个相同电池组成串联电池组时,注意正确识别每个电池的正负极,不要把某些电池接反。2、并联电池组,特点,设并联电池组是由n个电动势都是ε,内电阻都是r的电池组成的并联电池组的电动势,ε=ε并并联电池组的内电阻,r=r/n并故,由n个电动势和内电阻都相同的电池连接成的并联电池组,它的电动势等于一个电池的电动势,它的内电阻等于一个电池的内电阻的n分之一。说明,,1,并联电池组允许通过的最大电流大于单个电池允许通过的最大电流。当用电器的额定电流比单个电池允许通过的最大电流大时,可以采用并联电池组供电。十一、电路动态分析解决这类问题的常见方法如下,?先搞清电路连接情况,?弄清各电表测量哪段电路的哪个物理量,?考察电路的变化(如滑动变阻器滑动、开关断开闭合等)而引起的电路电阻如何变化,?判断电路总电流I及电路路端电压U如何变化,?再根据串并联电路的特点、欧姆定律、电功率等公式判断所求物理量的变化。第二章电场基本知识点总结,一,电荷间的相互作用1,电荷间有相互作用力,同种电荷互相排斥,异种电荷相互吸引,两电荷间的相互作用力大小相等,方向相反,作用在同一直线上。22,库仑定律,在真空中两个点电荷间的作用力大小为F=kQQ/r,12922静电力常量k=9.0×10N?m/C。,二,电场强度1,定义式,E=F/q,该式适用于任何电场,E与F、q无关只取决于电场本身,E的方向规定为正点电荷受到电场力的方向。,1,场强ε与电场线的关系,电场线越密的地方表示场强越大,电场线上每点的切线方向表示该点的场强方向,电场线的方向与场强ε的大小无直接关系。,2,场强的合成,场强ε是矢量,求合场强时应遵守矢量合成的平行四边形法则。,3,电场力,F=qE,F与q、E都有关。2,决定式2,1,E=kQ/r,仅适用于在真空中点电荷Q形成的电场,E的大2小与Q成正比,与r成反比。,2,E=U/d,仅适用于匀强电场。,三,电势能1,电场力做功的特点,电场力对移动电荷做功与路径无关,只与始末位的电势差有关,W=qUabab2,判断电势能变化的方法,1,根据电场力做功的正负来判断,不管正负电荷,电场力对电荷做正功,该电荷的电势能一定减少,电场力对电荷做负功,该电荷的电势能一定增加。,2,根据电势的定义式U=ε/q来确定。,3,利用W=q(U-U)来确定电势的高低。ab,四,静电平衡把金属导体放入电场中时,导体中的电荷重新分布,当感应电荷产生的附加电场E,与原场强E叠加后合场强E为零时,即E=E+E,=0,00金属中的自由电子停止定向移动,导体处于静电平衡状态。孤立的带电导体和处于电场中的感应导体,处于静电平衡时,主要是,特点1,导体内部的合场强处处为零,即感应电荷的场强与原场强大小相等方向相反,没有电场线。2,整个导体是等势体,导体表面是等势面。3,导体外部电场线与导体表面垂直。4,孤立导体上净电荷分布在外表面。,五,电容1,定义式,C=Q/U=ΔQ/ΔU,适用于任何电容器。2,决定式,C=εS/4πkd,仅适用于平行板电容器。3,对平行板电容器有关的C、Q、U、E的讨论问题有两种情况。,sqUc,C,E,对平行板电容器的讨论,、、4,kdUd,?,、电容器跟电源相连,U不变,q随C而变。d??C??q??E?ε、S??C??q??E不变。,?,、充电后断开,q不变,U随C而变。,,Uqkdqkq44E,,,,d??C??U??不变。dcd,sd,sε、S??C??U??E?。,六,、带有粒子的加速度,若带电粒子仅受电场力且电场力做正功,其电势能减少功能增加。,1,初速度为零时12qU,mv2,2,初速度不为零时1122,,qUmvmv022上述公式适用于匀强和非匀强电场。2,带电粒子的偏转,带电粒子仅受电场力作用为初速度v垂直0进入匀强电场,做类平势运动,此类问题一般都是分解为两个方向的分运动来处理。沿初速度方向做匀速运动,v=v,x=vtx002沿电场方向做匀加速运动,v=at,y=at/2y两个分运动的联系桥梁,时间t相等若偏转电场的电压为U、距离为d,则带电粒子的加速度为2222,，vta=qU/md,任意时刻的速度为侧移量。偏转角θ的正vvy,qUx/2mdy002tg,,v/v,qU/mdv切为。y0x03,处理带电粒子运动问题的三条途径,,1,匀变速直线运动公式和牛顿运动定律,2,运动定理或能量守恒定律,3,运动定理和动量守恒定律4,带电粒子所受重力是否可以忽略,,1,基本粒子,如电子、质子、α粒子、离子等,除有说明或明确的暗示以外一般质量都可忽略不计。,2,带电颗粒,如液滴、尘埃、小球一般质量都不能忽略。,七,、电场线与等势面的比较,1、电场线,用来形象描述电场的假想曲线,是由法拉第引入的。理解,?、起始于正电荷,无穷远处,,终止于负电荷,无穷远处,,不是闭合曲线,不相交。?、电场线上一点的切线方向为该点场强方向。?、电场线的疏密程度反映了场强的大小。?、匀强电场的电场线是平行等距的直线。?、沿电场线方向电势逐点降低,是电势最低最快的方向。?、电场线并非电荷运动的轨迹。2、等势面,电势相等的点构成的面有以下特征,?在同一等势面上移动电荷电场力不做功。?等势面与电场力垂直。?电场中任何两个等势面不相交。?电场线由高等势面指向低等势面。?规定,相邻等势面间的电势差相差,所以等势面的疏密反映了场强的大小,匀强点电荷电场等势面的特点,?几种等势面的性质A、等量同种电荷连线和中线上连线上,中点电势最小中线上,由中点到无穷远电势逐渐减小,无穷远电势为零。B、等量异种电荷连线上和中线上连线上,由正电荷到负电荷电势逐渐减小。中线上,各点电势相等且都等于零。3、电场力做功与电势能的关系,?、通过电场力做功说明,电场力做正功,电势能减小。电场力做负功,电势能增大。?、正电荷,顺着电场线移动时,电势能减小。逆着电场线移动时,电势能增加。负电荷,顺着电场线移动时,电势能增加。逆着电场线移动时,电势能减小。?、求电荷在电场中A、B两点具有的电势能高低将电荷由A点移到B点根据电场力做功情况判断,电场力做正功,电势能减小,电荷在A点电势能大于在B点的电势能,反之电场力做负功,电势能增加,电荷在B点的电势能小于在B点的电势能?、在正电荷产生的电场中正电荷在任意一点具有的电势能都为正,负电荷在任一点具有的电势能都为负。在负电荷产生的电场中正电荷在任意一点具有的电势能都为负,负电荷在任意一点具有的电势能都为正。(八)、电势与电势差的比较,U,,,,,1,电势差是电场中两点间的电势的差值,ABAB,2,电场中某一点的电势的大小,与选取的参考点有关,电势差的大小,与选取的参考点无关。,3,电势和电势差都是标量,单位都是伏特,都有正负值,电势的正负表示该点比参考点的电势大或小,电势差的正负表示两点的电势的高低。第五章磁场知识点一、磁现象和磁场1、磁场,磁场是存在于磁体、运动电荷周围的一种物质,它的基本特性是,对处于其中的磁体、电流、运动电荷有力的作用,2、磁现象的电本质,所有的磁现象都可归结为运动电荷之间通过磁场而发生的相互作用,二、磁感应强度1、表示磁场强弱的物理量,是矢量,2、大小,B=F/Il,电流方向与磁感线垂直时的公式,,3、方向,左手定则,是磁感线的切线方向,是小磁针N极受力方向,是小磁针静止时N极的指向,不是导线受力方向,不是正电荷受力方向,也不是电流方向,4、单位,牛/安米,也叫特斯拉,国际单位制单位符号T,5、点定B定,就是说磁场中某一点定了,则该处磁感应强度的大小与方向都是定值,6、匀强磁场的磁感应强度处处相等,7、磁场的叠加:空间某点如果同时存在两个以上电流或磁体激发的磁场,则该点的磁感应强度是各电流或磁体在该点激发的磁场的磁感应强度的矢量和,满足矢量运算法则.三、几种常见的磁场,一,、磁感线?磁感线是徦想的,用来对磁场进行直观描述的曲线,它并不是客观存在的。磁体的外部N极,S极,?磁感线是闭合曲线,磁体的内部S极,N极,?磁感线的疏密表示磁场的强弱,磁感线上某点的切线方向表示该点的磁场方向。?任何两条磁感线都不会相交,也不能相切。5,匀强磁场的磁感线平行且距离相等,没有画出磁感线的地方不一定没有磁场,6,安培定则,姆指指向电流方向,四指指向磁场的方向,注意这里的磁感线是一个个同心圆,每点磁场方向是在该点切线方向?7、*熟记常用的几种磁场的磁感线,,二,、匀强磁场1、磁感线的方向反映了磁感强度的方向,磁感线的疏密反映了磁感强度的大小。2、磁感应强度的大小和方向处处相同的区域,叫匀强磁场。其磁感线平行且等距。例,长的通电螺线管内部的磁场、两个靠得很近的异名磁极间的磁场都是匀强磁场。3、如用B=F/(I?L)测定非匀强磁场的磁感应强度时,所取导线应足够短,以能反映该位置的磁场为匀强。,三,、磁通量,Φ,1,磁通量Φ,穿过某一面积磁力线条数,是标量,2,磁通密度B,垂直磁场方向穿过单位面积磁力线条数,即磁感应强度,是矢量,3,二者关系,B,Φ/S,当B与面垂直时,,Φ,BScosθ,Scosθ为面积垂直于B方向上的投影,θ是B与S法线的夹角,四、磁场对通电导线的作用力,一,、安培力,1、通电导线在磁场中受到的作用力叫做安培力,说明:磁场对通电导线中定向移动的电荷有力的作用,磁场对这些定向移动电荷作用力的宏观表现即为安培力,2、安培力的计算公式,F,BILsinθ,θ是I与B的夹角,,通电导线与磁场方向垂直时,即θ,900,此时安培力有最大值,通电导线与磁场方向平行时,即θ,00,此时安培力有最小值,F=0N;00,B,900时,安培力F介于0和最大值之间.3、安培力公式的适用条件:?公式F,BIL一般适用于匀强磁场中I?B的II情况,对于非匀强磁场只是近似适用,如对电12流元,,但对某些特殊情况仍适用,如图所示,电流I1//I2,如I1在I2处磁场的磁感应强度为B,则I1对I2的安培力F,BI2L,方向向左,同理I2对I1,安培力向右,即同向电流相吸,异向电流相斥,?根据力的相互作用原理,如果是磁体对通电导体有力的作用,则通电导体对磁体有反作用力,两根通电导线间的磁场力也遵循牛顿第三律,定(二,、左手定则1.用左手定则判定安培力方向的方法,伸开左手,使拇指跟其余的四指垂直且与手掌都在同一平面内,让磁感线垂直穿过手心,并使四指指向电流方向,这时手掌所在平面跟磁感线和导线所在平面垂直,大拇指所指的方向就是通电导线所受安培力的方向,2.安培力F的方向既与磁场方向垂直,又与通电导线垂直,即F跟BI所在的面垂直,但B与I的方向不一定垂直,3.安培力F、磁感应强度B、电流1三者的关系?已知I,B的方向,可惟一确定F的方向,?已知F、B的方向,且导线的位置确定时,可惟一确定I的方向,?已知F,1的方向时,磁感应强度B的方向不能惟一确定,4.由于B,I,F的方向关系常是在三维的立体空间,所以求解本部分问题时,应具有较好的空间想象力,要善于把立体图画变成易于分析的平面图,即画成俯视图,剖视图,侧视图等,(三)、安培力的性质和规律,1、公式F=BIL中L为导线的有效长度,即导线两端点所连直线的长/ll,2度,相应的电流方向沿L由始端流向末端,如图示,甲中,,乙中,L/=d(直径,,2R,半圆环且半径为R)2、安培力的作用点为磁场中通电导体的几何中心,,四,、分析在安培力作用下通电导体运动情况的一般步骤1、画出通电导线所在处的磁感线方向及分布情况2、用左手定则确定各段通电导线所受安培力3、据初速方向结合牛顿定律确定导体运动情况五、磁场对运动电荷的作用力,一,、洛仑兹力磁场对运动电荷的作用力洛伦兹力的公式:f=qvBsinθ,θ是V、B之间的夹角.1、2、当电荷速度方向与磁场方向垂直时,洛伦兹力的大小F=qvB3、当v=0时,F=0,即磁场对静止的电荷无作用力,磁场只对运动电荷有作用力,这与电场对其中的静止电荷或运动电荷总有电场力的作用是不同的。vB4、当电荷运动方向与磁场方向相同或相反,即与平行时,F=0。5、当电荷运动方向与磁场方向夹角为θ时,洛伦兹力的大小F=qvBsinθ6、只有运动电荷在磁场中才有可能受到洛伦兹力作用,静止电荷在磁场中受到的磁场对电荷的作用力一定为0,,二,、洛伦兹力的方向1.洛伦兹力F的方向既垂直于磁场B的方向,又垂直于运动电荷的速度v的方向,即F总是垂直于B和v所在的平面,2.使用左手定则判定洛伦兹力方向时,伸出左手,让姆指跟四指垂直,且处于同一平面内,让磁感线穿过手心,四指指向正电荷运动方向,当是负电荷时,四指指向与电荷运动方向相反,则姆指所指方向就是该电荷所受洛伦兹力的方向,,三,、洛伦兹力与安培力的关系1.洛伦兹力是单个运动电荷在磁场中受到的力,而安培力是导体中所有定向称动的自由电荷受到的洛伦兹力的宏观表现,2.洛伦兹力一定不做功,它不改变运动电荷的速度大小;但安培力却可以做功,六、带电粒子在匀强磁场中的运动不计重力的带电粒子在匀强磁场中的运动可分三种情况,一是匀1、速直线运动,二是匀速圆周运动,三是螺旋运动,2、不计重力的带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的轨迹半径r=mv/qB,其运动周期T=2πm/qB,与速度大小无关,,3、不计重力的带电粒子垂直进入匀强电场和垂直进入匀强磁场时都做曲线运动,但有区别,带电粒子垂直进入匀强电场,在电场中做匀变速曲线运动,类平抛运动,,垂直进入匀强磁场,则做变加速曲线运动,匀速圆周运动,,4、带电粒子在匀强磁场中的运动当υ?B时,所受洛仑兹力为零,做匀速直线运动,,m当υ?B时,所受洛仑力充分向心力,做半径和周期分别为R=,qB2,mT=的匀速圆周运动,qB当υ与B夹一般角度时,由于可以将υ正交分解为υ?和υ?,分别平行于和垂直于,B,此时,电荷的合运动在中学阶段一般不要求定量掌握。,二,、带电粒子在磁场中运动的圆心、半径及时间的确定1)用几何知识确定圆心并求半径,,因为F方向指向圆心,根据F一定垂直v,画出粒子运动轨迹中任意两点,大多是射入点和出射点,的F或半径方向,其延长线的交点即为圆心,再用几何知识求其半径与弦长的关系,(2)确定轨迹所对应的圆心角,求运动时间,先利用圆心角与弦切角的关系,或者是四边形内角和等于3600,或2π,计算出圆心角θ的大小,再由公式t=θT/3600,或θT/2π,可求出运动时间,(3)注意圆周运动中有关对称的规律,如从同一边界射入的粒子,从同一边界射出时,速度