物理选修3-1知识点梳理

1 物理选修物理选修 3 13 1 知识点知识点 第一章第一章 电场电场 一 基本知识点梳理一 基本知识点梳理 1 点电荷 当本身线度比电荷间的距离小很多 研究相互作用时 该带电体的 形状可忽略 相当于一个带电的点 叫点电荷 自然界只存在两种电荷 正电荷和负电荷 同号电荷相互排斥 异号电荷相 互吸引 元电荷 e 1 60 10 19C 带电体电荷量等于元电荷的整数倍 2 库仑定律 F kQ1Q2 r2 真空中的点电荷 F 点电荷间的作用力 N k 静电力常量 k 9 0 109N m2 C2 Q1 Q2 两点 电荷的电量 C r 两点电荷间的距离 m 作用力与反作用力 方向在它们的 连线上 同种电荷互相排斥 异种电荷互相吸引 3 电场强度 E F q 定义式 计算式 E 电场强度 N C 是矢量 电场的叠加原理 q 检验电荷的电量 C 4 真空点 源 电荷形成的电场 E kQ r2 r 源电荷到该位置的距离 m Q 源电荷的电量 5 匀强电场的场强 E UAB d UAB AB 两点间的电压 V d AB 两点在场强方向的距离 m 6 电场力 F qE F 电场力 N q 受到电场力的电荷的电量 C E 电场强度 N C 7 电势与电势差 UAB A B UAB WAB q EP 减 q 8 电场力做功 WAB qUAB qEd EP 减 WAB 带电体由 A 到 B 时电场力所做的功 J q 带电量 C UAB 电场中 A B 两点间的电势差 V 电场力做功与路径无关 E 匀强电场强度 d 两点沿 场强方向的距离 m EP 减 带电体由 A 到 B 时势能的减少量 9 电势能 EPA q A EPA 带电体在 A 点的电势能 J q 电量 C A A 点的电势 V 10 电势能的变化 EP 减 EPA EPB 带电体在电场中从 A 位置到 B 位置时电势能的减少量 11 电场力做功与电势能变化 WAB EP 减 qUAB 电场力所做的功等于电势能 的减少量 12 电容 C Q U 定义式 计算式 C 电容 F Q 电量 C U 电压 两极板电势差 V 13 平行板电容器的电容 C S 4 kd S 两极板正对面积 d 两极板间 的垂直距离 介电常数 常见电容器 定义式 电容的单位是法拉 F U Q C kd S C 4 决定平行板电容器电容大小的因素是两极板的正对面积 两极板的距离以 及两极板间的电介质 电容器跟电源相连 U 不变 q 随 C 而变 d C q E 2 S C q E 不变 充电后断开 q 不变 U 随 C 而变 d C U 不变 s kq sd kdq cd q d U E 44 S C U E 14 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 电场线的性质 a 电场线起始于正电或无穷远 终止于负电荷或无穷远 b 任何两条电场线不会相交 c 静电场中 电场线不形成闭合线 d 电场线的疏密代表场强强弱 15 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 16 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 3 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 二 带电粒子在电场中运动问题 1 带电粒子在电场中 1 初速度为零时 2 2 1 mvqU 2 初速度不为零时 mv mvqU 2 0 2 2 1 2 1 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 v0垂直进入匀强 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 vx v0 x v0t 沿电场方向做匀加速运动 vy at y at2 2 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 a qU md 任意 时刻的速度为侧移量 偏转角 的正切为 vv vt y 22 0 mdqUxy2 2 2 0 mdvqUvvtg xy 0 2 0 3 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 粒子 离子等 除有说明或明确的暗 示以外一般都可忽略不计 2 带电颗粒 如液滴 尘埃 小球一般都不能忽略 5 带电粒子沿垂直电场方向以速度 Vo 进入匀强电场时的偏转 不考虑重力作用 类平抛运动 在带等量异种电荷的平行极板中 E U d 垂直电场方向 匀速直 线运动 L Vot 平行电场方向 初速度为零的匀加速直线运动 d at2 2 a F m qE m q U m 注 1 两个完全相同的带电金属小球接触时 电量分配规律 原带异种电荷的先中和 后平分 原带同种电荷的总量平分 2 电场线从正电荷出发终止于负电荷 电场线不相交 切线方向为场强方向 电 场线密处场强大 顺着电场线电势越来越低 电场线与等势线垂直 3 常见电场的分布要求熟记 4 电场强度 矢量 与电势 标量 均由电场本身决定 而电场力与电势能还 与带电体带的电量多少和电荷正负有关 5 处于静电平衡导体是个等势体 表面是个等势面 导体外表面附近的电场线垂 直于导体表面 导体内部合场强为零 导体内部没有净电荷 净电荷只分布于导 体外表面 4 6 电容单位换算 1F 106 F 1012PF 7 电子伏 eV 是能量的单位 1eV 1 60 10 19J 8 其它相关内容 静电屏蔽 示波管 示波器及其应用 等势面 第二章第二章 恒定电流恒定电流 一 知识点梳理一 知识点梳理 1 电源和电流 1 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 1 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 2 电动势 2 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 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 2 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 5 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 3 电流强度 I q t I 电流强度 A q 在时间 t 内通过导体横载面的电量 C t 时间 s 4 欧姆定律 I U R I 导体电流强度 A U 导体两端电压 V R 导体阻值 4 1 1 欧姆定律 U IR RUI IUR 2 电功率 P IU R U RI 2 2 3 闭合电路欧姆定律 I 上图中R R1 R2 路端电压 rRE U IR E I r 4 2 电源热功率 电源效率 PI r r 2 P P 出 总 U 电功 电热 电功率 IUtW RtIQ 2 IUP 1 对于纯电阻电路 t R U RtIIUtW 2 2 R U RIIUP 2 2 2 对于非纯电阻电路 RtIIUtW 2 rIIUP 2 5 电阻串联 并联 串联电路特点 并联电路特点 两个电阻并联的阻值 由得 21 111 RRR 21 21 RR RR R 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 6 电阻 电阻定律 R L S 电阻率 m L 导体的长度 m S 导体横截面积 m2 7 闭合电路欧姆定律 I E r R 或 E Ir IR 纯电阻电路 n IIII 21 n UUUU 21 n RRRR 21 RU RP n UUUU 21n IIII 21 nRRRR 1111 21 R I 1 R P 1 6 E U内 U外 E U外 I r 普通适用 I 电路中的总电流 A E 电源电动势 V R 外电路电阻 r 电源 内阻 7 8 电功与电功率 W UIt P UI W 电功 J U 电压 V I 电流 A t 时 间 s P 电功率 W 9 焦耳定律 Q I2Rt Q 电热 J I 通过导体的电流 A R 导体的电阻 值 t 通电时间 s 10 纯电阻电路和非纯电阻电路 11 电源总动率 P总 IE 电源输出功率 P出 IU 电源效率 P出 P总 I 电路总电流 A E 电源电动势 V U 路端电压 V 电源效率 12 电路的串 并联 串联电路 P U 与 R 成正比 并联电路 P I 与 R 成 反比 8 二 具体实验二 具体实验 13 欧姆表测电阻 2 伏安法测电阻 2 1 电压表和电流表的接法 9 2 2 滑动变阻器的两种接法 注 1 单位换算 1A 103mA 106 A 1kV 103V 106mV 1M 103k 106 2 各种材料的电阻率都随温度的变化而变化 金属电阻率随温度升高而增 大 半导体和绝缘体的电阻率随温度升高而减小 3 串联时 总电阻大于任何一个分电阻 并联时 总电阻小于任何一个分 电阻 4 当外电路电阻等于电源电阻时 电源输出功率最大 此时的输出功率为 E2 4r 4 电压表 分压作用 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 5 和电流表 分流作用 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 10 3 测电池的电动势和内阻 3 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 1 2 3 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 3 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 可得 rrEE 测测 若采用下图所示的电路可得 测测 rrEE 11 第三章 磁场 一 基本知识点梳理 1 磁感应强度是用来表示磁场的强弱和方向的物理量 B S 是矢量 单位 T 1T 1N A m 2 安培力 F BIL 注 I B B 磁感应强度 T F 安培力 F I 电流 强度 A L 导线长度 m 安培力 磁场对电流的作用力 方向一用左手定则BIlF 判定 伸开左手 使大拇指跟其余四个手指垂直 并且都跟手掌在 一个平面内 把手放入磁场中 让磁感线垂直穿入手心 并使伸 开的四指指向电流的方向 那么 拇指所指的方向 就是通电导线在磁场中的 受力方向 3 洛仑兹力 f qVB 注 V B 质谱仪 f 洛仑兹力 N q 带电粒子电量 C V 带电粒子速度 m s 4 在重力忽略不计 不考虑重力 的情况下 带电粒子进入磁场的运动情况 掌握两种 1 带电粒子沿平行磁场方向进入磁场 不受洛仑兹力的作用 做匀速直线 运 动 V V0 2 带电粒子沿垂直磁场方向进入磁场 做匀速圆周运动 规律如下 a f洛 F向 mV2 r m 2r m 2 T 2r qVB r mV qB T 2 m qB b 运动周期与圆周运动的半径和线速度无关 洛仑兹力对带电粒子不做功 任何 情况下 c 解题关键 画轨迹 找圆心 定半径 圆心角 弦切角的二倍 注 1 安培力和洛仑兹力的方向均可由左手定则判定 只是洛仑兹力要注意带 电粒子的正负 2 磁感线的特点及其常见磁场的磁感线分布要掌握 3 其它相关内容 地磁场 磁电式电表原理 回旋加速器 磁性材料 二 磁场对通电导线的作用力 1 安培力 1 通电导线在磁场中受到的作用力叫做安培力 12 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 BILsin 是 I 与 B 的夹角 通电导线与磁场 方向垂直时 即 900 此时安培力有最大值 通电导线与磁场方向平行时 即 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 的情况 对于非匀强磁场只是近似 适用 如对电流元 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定律 2 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 3 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 2ll 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 4 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 三 磁场对运动电荷的作用力 1 洛仑兹力 磁场对运动电荷的作用力 1 洛伦兹力的公式 f qvB sin 是 V B 之间的夹角 2 当电荷速度方向与磁场方向垂直时 洛伦兹力的大小 F qvB 3 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 I1I2 13 4 当电荷运动方向与磁场方向相同或相反 即 与平行时 F 0 vB 5 当电荷运动方向与磁场方向夹角为 时 洛伦兹力的大小 F qvBsin 6 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 2 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