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物理选修3-1总复习
一、电荷
1、自然界中有两种电荷
(1)正电荷:

(2)负电荷:
性质: 同种电荷相互排斥
异种电荷相互吸引
丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷
毛皮摩擦过的橡胶棒所带的电荷
电荷是一种物质属性
二、物体带电的三种方式:
1.三种起电方式
摩擦起电、感应起电、接触起电、
2.起电的实质 电子的转移
无论是哪种起电方式,其本质都是使
微观带电粒子(如电子)在物体之间
或物体内部转移,而不是创造了电荷.
二、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。
1、库仑定律:
(1)内容:真空中两个静止点电荷间的作用力,跟它们的电量的乘积成正比,跟它们间的距离的平方成反比,作用力的方向在它们的连线上。
(2)表达式:
(3)适用条件:真空(空气)中,点电荷。
(4)库仑力:电荷间的相互作用力。也叫
“静电力”。
、在研究带电体间的相互作用时,如果带电体自身的大小远小于它们之间的距离.以至带电体自身的大小、形状及电荷分布状况对我们所讨论的问题影响甚小,相对来说可把带电体看作一带电的点,叫做点电荷。
点电荷是实际带电体在一定条件下的抽象,是为了简化某些问题的讨论而引进的一个理想化的模型,类似于力学中的质点。
点电荷间库仑力的作用方向在两点电荷的连线上.具体方向由相斥或相吸来判断:同斥异引。
(5)点电荷:
2、库仑实验:(扭秤实验)
库仑做实验的装置—库仑扭秤.
库仑扭秤实验不仅测出了电荷间微小的作用力,而且计算出了k的数值。
静电力常量:
库仑定律与万有引力定律的比较:
定律
公式
公式适用范围
共同点
不同点
影响大小的因素
库仑
定律
只有引力
①都与距离的平方成反比。
②都有一个常数。
万有
引力
定律
点电荷
质点
有引力,也有斥力。
Q1、Q2、r
M、m、r
电场强度E
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,叫做该点的电场强度,简称场强。
2.定义式:E=F/q (适用于一切电场)
3.单位:牛/库(N/C) 1伏/米=1牛/库
4.方向:电场中某点的电场强度方向跟正电荷在该点所受静电力的方向相同。
5.理解:(1)它是一个描述电场力性质的物理量,与试探电荷的有无、电量、电性无关。
(2)知道某点场强E,则放在该点的任意电荷q受力:F=Eq
点电荷的电场强度
1.点电荷场强大小:E=
4.场强方向:正点电荷场强方向背离电荷
负点电荷场强方向指向电荷中心
2.适用条件:真空中点电荷
3、以Q为中心,r为半径作一球面,则球面上各点的电场强度大小相等
+
-
点电荷的电场强度
强调:
1、电场强度的大小与方向跟检验电荷的有无、电量、电性没有关系。
2、电场中某点电场强度的大小只由源电荷的电荷量和该点到场源电荷的距离来决定的。
定义式,适用于一切电场
仅对点电荷的电场适用
q是检验电荷,但E与q无关
Q是场源电荷,E与Q成正比
电场强度的叠加
电场强度的叠加:
在几个点电荷共同形成的电场中,某点的场强等于各个点电荷单独存在时在该点产生的场强的矢量和,这叫做电场强度的叠加原理。
场强是矢量,可以用矢量运算的平行四边形定则求合场强。
电场线的特征
3、电场线不会相交,也不会相切
1、电场线密的地方场强大,电场线疏的地方场强小
2、静电场的电场线起于正电荷止于负电荷,孤立的正电荷(或负电荷)的电场线止于(或起于)无穷远处点
4、电场线是假想的,实际电场中并不存在
5、电场线不是闭合曲线,且与带电粒子在电场中的运动轨迹之间没有必然联系
特点:
a、离点电荷越近,电场线越密,场强越大
b、以点电荷为球心作个球面,电场线处处与球面垂直,在此球面上场强大小处处相等,方向不同。
几种常见电场中电场线的分布及特点
1、正、负点电荷的电场中电场线的分布
特点:
a、沿点电荷的连线,场强先变小后变大
b、两点电荷连线中垂面(中垂线)上,场强方向均相同,且总与中垂面(中垂线)垂直
2、等量异种点电荷形成的电场中的电场线分布
c、在中垂面(中垂线)上,与两点电荷连线的中点0等距离各点场强相等。
3、等量同种点电荷形成的电场中电场线分布
特点:
a、两点电荷连线中点O处场强为0
b、两点电荷连线中点附近的电场线非常稀
疏,但场强并不为0
c、两点电荷连线的中点到无限远电场线先变密后变疏
1、定义:各点场强大小和方向都相同的电场叫匀强电场。
4.匀强电场
2、电场线的特点:
间隔相等的平行直线
E
5.点电荷与带电平板的电场中电场线的分布
特点:
a、以点电荷向平板作垂线为轴电场线左右对称
b、电场线的分布情况类似于等量异种电荷的电场线分布,而带电平板恰为两电荷连线的垂直平分线
c 、在带电平板表面场强与平板垂直
在匀强电场中移动电荷时,静电力做的功与电荷的起始位置和终止位置有关,但与电荷经过的路径无关
1,静电力做功的特点
2、静电力做的功等于电势能的减少量
WAB = EPA - EPB
3、电势能具有相对性:要确定电荷在电场中某点的电势能的数值,必须先确定零电势能位置。
电荷在某点的电势能,等于静电力把它从该点移动到零电势能位置时所做的功。
通常把电荷在离场源电荷无限远处的电势能规定为零,或把电荷在大地表面上的电势能规定为零。
电势能
4、电势能是电荷和电场所共有的,具有系统性
5、电势能是标量,但有正负 
(电势能为负的表示电荷在该处具有的电势能小于零电势能处)
正电荷顺电场线移动,
电场力做正功,电势能减少
负电荷顺电场线移动,
电场力做负功,电势能增加
正电荷逆电场线移动,
电场力做负功,电势能增加
负电荷逆电场线移动,
电场力做正功,电势能减少
电势
1、电势:电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值, 叫做这一点的电势。
2、公式:
电势是表示电场能量属性的一个物理量,电场中某点的电势大小是由电场中这点的性质决定的,跟试探电荷本身无关。
3、单位:在国际单位制中,电势的单位是伏特,符号是V ( 1V=1J/C )
电势
4、沿着电场线的方向,电势越来越低
5、电势具有相对性,先规定电场中某处的电势为零,然后才能确定电场中其他各点的电势。(通常取离场源电荷无限远处或大地的电势为零)
6、电势只有大小没有方向,是标量,但有正负
等势面
1、电场中电势相同的各点构成的面叫做等势面
等势面
等势面的特点:
1、等势面一定跟电场线垂直,在同一等势面上的任意两点间移动电荷,电场力不做功;
2、电场线总是从电势高的等势面指向电势低的等势面,任意两个等势面都不会相交;
3、同一副图中,两个相邻的等势面间的电势之差是相等的。
电场的两大性质:
①力的性质:
②能的性质:
由电场强度 E 描述
可用等势面形象表示
由电势描述
可用电场线形象表示
电场强度的大小与电势的高低无直接关系。
六电势差与电场强度的关系
电场强度的另一种表述:E = U/d
(1)匀强电场 (2)d是两点沿场强方向的距离
电场强度三个公式的区别:
区别
公式
公式含义
适用范围
是电场强度的定义式
任意电场
是真空中点电荷电场的场强计算公式
真空中点电荷电场
是匀强电场的场强的计算公式 (d为沿场强方向的距离)
匀强电场
7、静电现象的应用
处于静电平衡状态下导体的特征:
导体内部场强处处为零
导体是等势体,表面为等势面
导体外部表面附近场强方向与该点的表面垂直
地球是一个极大的导体,可以认为处于静电平衡状态,所以它是一个等势体。这是我们可以选大地做零电势体的一个原因。
静电平衡时导体内部没有电荷,其电荷只分布在导体的外表面
在导体表面,越尖锐的位置,电荷的密度越大,凹陷的位置几乎没有电荷。
1.电容器的充、放电
充电:
电容器两板分别接在电池两端,两板带上等量异种电荷的过程。
电源能量→电场能
放电:
电源能量→电场能
充了电的电容器的两板用导线相连,使两板上正、负电荷中和的过程。
电场能→其他形式能
说明:
1.在充、放电过程中有电流产生;
2.电容器所带电荷量:每个极板所带电荷量的绝对值。
8、电容器的电容
二、电容
(C)
1、定义:
电容器所带电荷量Q与电容器两极板间的电势差U的比值,叫做电容器的电容。
2、定义式:

电容在数值上等于使两极板间的电势差为1V时电容器所容纳的电荷量。
3、物理意义:电容是描述电容器容纳电荷本领大小的物理量。
4、单位:法拉,F
1 F = 106μF = 1012 pF
电容的大小由电容器本身的结构决定,与电容器是否带电,所带电量Q的大小和两极板间的电势差U大小无关。
电容C大,表示电容器两极板的电势差升高单位电压时,电容器所容纳的电荷多。
三.平行板电容器的电容
2、电容器的额定电压和击穿电压
1.9 带电粒子在电场中的运动
一、利用电场使带电粒子加速
从动力学和运动学角度分析
从做功和能量的角度分析
解法一 运用运动学知识求解
解法二 运用能量知识求解
二、利用电场使带电粒子偏转
类似平抛运动的分析方法
粒子在与电场垂直的方向上做
匀速直线运动
粒子在与电场平行的方向上做
初速度为零的匀加速运动
1、受力分析:
2、运动规律分析:
粒子受到竖直向下的电场力F=Eq=qU/d
粒子作类平抛运动。
x方向:匀速直线运动
Y方向:初速度为零的匀加速直线运动
v0
离开电场时的偏转角:
离开电场时沿电场方向的偏移量:
推论:粒子从偏转电场中射出时,其速度反向延长线与初速度方向交一点,此点平分沿初速度方向的位移
1、形成电流的条件:(1)存在自由电荷
(2)导体两端存在电压
2、电源:把自由电子从正极搬到负极的装置。

3 、恒定电场:由稳定分布的电荷产生稳定的电场

4、恒定电流: 大小方向都不随时间变化的电流.

(1)电流: 表示电流的强弱程度的物理量.

(2)定义式 : I=q / t
2.1 电源和电流
从能量的角度看
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。
一、电源的作用
1.定义:在电源内部,非静电力把正电荷从负极移送到正极所做的功W跟被移送的电荷量q的比值叫做电源的电动势。
二、电动势
2.定义式:
3.单位: 伏特 V 1V=1J/C
4.物理意义:反映电源把其他形式的能转化为电能本领的大小,数值上等于非静电力把1C的正电荷在电源内部从负极移送到正极所做的功。
二、电动势
5、电动势是标量
4、特点:电动势由电源中非静电力的特性决定(即取决于电池正负极的材料,及电解液的化学性质) ,跟电源的体积、形状无关,也跟外电路的情况无关。
6、内阻:电源内部也是由导体组成的,也有电阻r,叫做电源的内阻。
影响电源的参数
内阻
电动势
容量
2.3 欧姆定律
公式
适用条件:
金属导体和电解液溶液
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
线性元件和非线性元件
4、串并联电路特点:
1.串联电路
2.并联电路
4、 串联电路和并联电路
讨论:
①R1和R2并联后R=?
②n个相同电阻(R1)串联或并联,其总电阻R=?
③不同阻值的电阻串联,总电阻与其中最大电阻有何关系?
④不同阻值的电阻并联,总电阻与其中最小电阻有何关系?
⑤并联电路中,某一电阻增大,总电阻如何变?
⑥并联电路中,支路增多,总电阻如何变?
电压表
在表头串联一个阻值较大的电阻
若量程扩大为Ug的n倍,则串联的电阻
电流表
在表头上并联一个阻值较小的电阻
若量程扩大为Ig的n倍,则并联的电阻
伏安法测电阻的两种电路
电流表接在电压表两接线柱外侧,通常叫“外接法”
电流表接在电压表两接线柱内侧,通常叫“内接法”
因为电流表、电压表分别有分压、分流作用,因此两种方法测量电阻都有误差.
电阻的测量
伏安法测电阻的误差分析
电流表外接法
电压表示数
电流表示数
测量值偏小,适用于测量小阻值电阻 .
<
电阻的测量
伏安法测电阻的误差分析
电流表内接法
电压表示数
电流表示数
测量值偏大,适于测量大阻值电阻.
>
电阻的测量
电阻的测量
外接法
内接法
误差来源
测量结果
测量条件
伏特表的分流
电流表的分压
R真>R测
R真<R测
R>>RA
R<伏安法测电阻
第5节 焦耳定律
电流做功的过程,是电能转化为其他形式能量的过程
1.电功:
W = UIt
2.电功率:
3.焦耳定律:电流通过导体时产生的热量跟电流的二次方成正比,跟导体的电阻及通电时间成正比。
焦耳定律适用于纯电阻电路,也适用于非纯电阻电路.
4、热功率:单位时间内的发热量叫做热功率.
电功 = 电热
:W=Q
= UIt
=I2Rt
=U2t/R
电功率=热功率:P =P热 = UI = I2R = U2/R
纯电阻电路:
非纯电阻电路:
I<U/R
电功:W= UIt
电热:Q=I2Rt
电功率:P=UI
热功率:P热=I2R
电功率与热功率
6、电 阻 定 律
适用条件:温度一定,粗细均匀的金属导体,或浓度均匀的电解质溶液。
电阻率:
物理意义:反映导体导电性能好坏的物理量
单位:欧姆·米(Ω·m)
纯金属的电阻率较小,合金的电阻率较大
①导体的电阻率只跟材料本身有关,与它的长度、横截面积都无关
②金属的电阻率随温度的升高而增大 电阻温度计
制作标准电阻
③有些合金电阻率几乎不随温度变化
④半导体的电阻率随温度的升高而减小。 应用:热敏电阻,光敏电阻。
⑤超导体:电阻率为零。
在外电路中,正电荷在静电力的作用下由正极移向负极,电流方向由正极流向负极,沿电流方向电势降低。
在内电路中,即在电源内部,通过非静电力做功使正电荷由负极移到正极,所以电流方向为负极流向正极。
(1)、闭合回路的电流方向
内电路与外电路中的总电流是相等的。
7、闭合电路的欧姆定律
(2)、闭合电路欧姆定律:
路端电压:
2、两种特殊情况:
3、图象的物理意义
①在纵轴上的截距表示电源的电动势E.
②在横轴上的截距表示电源的短路电流
③图象斜率的绝对值表示电源的内阻,内阻越大,图线倾斜得越厉害.
4、闭合电路中的功率
由于闭合电路中内、外电路的电流相等,
说明:外电路可以是任何电路。
4. 供电效率:=P出/P总=U外/E(外电路可以是任何电路)
8、多用电表的使用
(1)使用前--机械调零
(2)使用时:
①测电压
②测电流
③测电阻
红高黑低
红进黑出
电阻调零
④测二极管电阻
对二极管,黑笔流向红笔
(3)使用后--表笔拔出,K置“OFF”或交流高压档
多用电表使用的一般规则和说明:
(1)首先进行机械调零;然后将红、黑表笔分别插入“+”、“-”插孔。
(2)测量时,应把选择开关旋到相应的测量项目和量程上,读数时,要读跟选择开关的挡位相应的刻度盘上的示数。
(3)测电流、电压时,被测的电流、电压值不要超过相应的量程,可先选择大量程,再换小量程。
(4)测量时,不可用手接触表笔的金属部分,防止触电,以及引入误差。
(5)测电阻时,先估测电阻的大小,选择合适的欧姆档,然后进行欧姆调零;
(6)测电阻时,指针必须指在中值电阻附近,否则要重新选择倍率;用指针指示的数值乘以倍率,其结果就是被测电阻的阻值。
(7)每换一次档都必须重新进行欧姆调零;测电阻时必须将被测电阻从电路中隔离出来。
(8)多用电表使用完毕,表笔必须从插孔中拔出,并将选择开关旋至“OFF”或交流电压最高档。
9、测定电池的电动势和内阻
1、用电压表、电流表测电池的E、r
2、用电流表、定值电阻测电池的E、r
电阻箱
3、用电压表、定值电阻测电池的E、r
使用旧电池好,因为旧电池的内阻较大,这样路端电压变化明显,方便读数,实验误差小。
I太大,电池老化严重,内阻很快变大。电流太小,电压变化不明显,误差大。
测量前要做好充分的准备,测量时要尽量迅速,读数要快,使得内阻发生较大变化之前结束测量。
实验器材的选择应具有以下要求
1、电表:指针偏转角度要大些,应尽量接近满刻度,这样有利于精确读数。(在不超过量程的前提下,尽量选用小量程,对欧姆表来讲尽量让指针在中值刻度附近)

2、定值电阻:应使电表有合适的读数

3、滑动变阻器:阻值并非越大越好,当滑动变阻器的阻值有明显改变时,电流表和电压表的读数也要有明显的改变(在分压式接法中,在安全的前提下选最大阻值小于待测电阻阻值的要方便。在限流式接法中,选比待测电阻大几倍的要方便)
磁现象和磁场
1.磁场:磁体周围空间存在的一种特殊物质。
2、电流的磁效应
奥斯特实验:
通电导线周围存在磁场,即电流可以产生磁场。
电流能在周围空间产生磁场. 磁体不是磁场的唯一来源.
3、电流与电流之间的相互作用
同向电流相互吸引
反向电流相互排斥
4、磁场的基本性质:
磁场对放入其中的磁体或通电导体会产生磁力作用。
(磁体之间、磁体与通电导体之间、通电导体与通电导体之间的相互作用都是通过磁场发生的)
5、地磁的北极在地理的南极附近,地磁的南极在地理的北极附近,但两者并不完全重合,它们之间的夹角称为磁偏角。
一、磁感应强度
1、定义:
在磁场中垂直于磁场方向的通电导线,所受的力F跟电流I和导线长度L的乘积IL的比值叫磁感应强度.
2、意义:
磁感应强度B 是表示磁场强弱的物理量.
3、定义式:
B = F/IL
4、单位:
5、方向:
磁感应强度是矢量,某点的磁感应强度方向就是该点的磁场方向.
注意:
B的大小和方向是由磁场本身决定的,与F、I、L无关,与磁场中该点是否存在小磁针、通电导线无关。
2、磁感线的基本特性
磁感线是为了形象描述磁场而假想的,在磁场中并不真实存在。
磁感线不相交、不相切、不中断,是闭合曲线,在磁体外部,从N极指向S极,在磁体内部,由S极指向N极。
磁感线的疏密表示磁场的强弱。

磁感线上每一点的切线方向表示该点的磁场的方向。
一、几种不同形状的通电导线的磁场磁感线的分布特点
1)直线电流的磁场的磁感线:
——安培定则(内容)
2)环形电流的磁场的磁感线
——安培定则(内容)
3)通电螺线管的磁场的磁感线
——安培定则(内容)
安培分子电流假说的意义:
1、成功的解释了磁化现象和退磁现象

2、安培的分子电流假说揭示了磁现象的电本质,即磁体的磁场和电流的磁场一样,都是由运动的电荷产生的。
磁通量

1、定义:在磁感应强度为B的匀
强磁场中,有一个与磁场方向垂
直的平面,面积为S,则B与S的
乘积叫做穿过这个平面的磁通量,
简称磁通。用字母Φ表示磁通量。

2、在匀强磁场中,公式为
Φ=BS⊥
(S⊥表示某一面积在垂直于磁场方向上的投影面积).
3、单位:在SI制中是韦伯,简称韦,符号Wb
1Wb=1T·m2
4、φ是标量,但有正负(任何一个平面都有正面和反面,若规定磁感线从正面穿入为正磁通量,则磁感线从反面穿入时磁通量为负值)
若在某个平面同时有方向相反的磁场通过,求磁通量时,应考虑相反方向抵消以后所剩余的磁通量,即应求通过该面积各磁通量的代数和.
5、磁通密度:
B=φ/S
表示磁感应强度等于穿过单位面积的磁通量。
1T = 1Wb/m2 = 1N/A·m
4、磁场对通电导线的作用力
安培力:通电导线在磁场中受到的力
一、安培力的方向:左手定则
安培力的方向总是垂直于磁场方向和电流方向所在的平面.
二、安培力的大小
在匀强磁场中,在通电直导线与磁场方向垂直的情况下,导线所受安培力F等于 : F=ILB
5、磁场对运动电荷
的作用力
1、洛伦兹力的方向
左手定则可以判断安培力的方向,大量定向移动电荷所受洛伦兹力宏观表现为安培力,所以可以用左手定则判断洛伦兹力的方向。
用来判定洛伦兹力方向的左手定则
伸开左手,使拇指与其余四个手指垂直,并且与手掌在同一个平面内,让磁感线从掌心进入,并使四指指向正电荷运动的方向,这时拇指所指的方向就是运动的正电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向。
F=qvB
2、洛伦兹力的大小
速度v与磁场B的方向夹角为θ时
3、洛伦兹力的特点
(1)洛伦兹力的方向既垂直于磁场方向,又垂直于速度方向,即垂直于v和B所组成的平面。
(2)洛伦兹力对电荷不做功,即不改变速度的大小,只改变速度的方向。
6、带电粒子在匀强磁场中的运动
2、带电粒子的速度方向与磁场的方向平行(相同或者相反),带电粒子受到的洛伦兹力为零,则带电粒子在匀强磁场中做匀速直线运动。
3、沿着与磁场垂直的方向射入磁场的带电粒子,在匀强磁场中做匀速圆周运动,洛伦兹力提供做向心力,只改变速度的方向,不改变速度的大小。
1、带电微观粒子的质量很小,在磁场中运动时受到的洛伦兹力远大于它的重力,因此可以把重力忽略不计,认为只受洛伦兹力作用。
2、带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动
(1)、圆周运动的半径
(2)、圆周运动的周期
3、实际应用
1、电视机显像管的工作原理
2、质谱仪
通过测出粒子圆周运动的半径,计算粒子的比荷或质量的仪器。
3、回旋加速器
质谱仪
1)质谱仪是测量带电粒子质量和分析同位素的重要工具
2)基本原理
a、将质量不等、电荷数相等的带电粒子经同一电场加速再垂直进入同一匀强磁场,由于粒子质量不同,引起轨迹半径不同而分开,进而分析某元素中所含同位素的种类
b、通过测出粒子做圆周运动的半径,计算出粒子的比荷或质量
2、回旋加速器
2)工作原理
粒子在做圆周运动的过程中一次一次地经过盒缝,而两盒间的电势差一次一次的反向,粒子的速度就能增加到很大。
用磁场控制轨道、用电场进行加速的回旋加速器
1)构造
3)带电粒子的最终能量
当带电粒子的速度最大时,其在磁场中的转动半径也最大,由r=mv/qB知道v=qBr/m
若D形盒的半径为R时,带电粒子的出射速度变为v=qBR/m
所以,带电粒子的最终动能为
所以,要提高加速粒子的最终能量,就应该尽可能的加大B的强度和D形盒的半径R