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高中物理选修3-1复习


高二年级物理教材
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第一章

电 场

1、电荷 2、库仑定律 3、电场强度 4、电场线 5、静电平衡 6、电势 7、电势差 8、电场力做功

9、电容器
10、带电粒子在电场中的运动

一、

电荷
? 1

9

1、基本电荷(元电荷):1 e ? 1 . 6 ? 10 2、物体起电方式: 本质:电荷转移 ①摩擦起电;(绝缘体) ②接触起电:(导体)

C e

1 C ? 6 . 25 ? 10

18

③感应起电:(导体)

二、

库仑定律
Q1 ? Q 2 r
2

1、公式: F ? k

k ? 9 ? 10 Nm
9

2

/C

2

K的测定:库仑扭秤实验 2、适用条件: 真空、静止、点电荷

(或电荷均匀分布的球体)

3、应用: ①两相同球体接触起电
㈠:两球带同种电荷,总电量两球均分 ㈡:两球带异种电荷,先中和后,净电荷再均分

②三点电荷静电平衡
两同夹异,两大夹小,近小远大

三、

电场强度(场强)
? F q

1、场强E:
①定义式: E 矢量方向:规定正电荷受力方向 ②单位: N/C V/m
r

③决定式: E ? k Q 2

------适用真空点电荷

2、场强的叠加: ------平行四边形定则
E ? E1 ? E2

▲例:一对等量异(同)种点电荷Q、-Q连线、中垂线上的场强(相距2L)

E
B y

E
B

+Q O
X

A

-Q
y

+Q O 2L
X

2L

A

-Q

四、

电场线
一条电场线不能看出疏密

1、应用:
①定性判断场强大小、方向:

②定性判断电势高低

2、特点:
①从正电荷出发,终止于负电荷 ②不闭合、不相交、不中断 ③电场线存在于正负电荷及无穷远(大地)三者之间

④电场线条数与电荷量成正比
⑤电场线与电荷运动轨迹一般不重合

3、常见电场的电场线:

①正、负点电荷电场

②匀强电场

③一对等量异种电荷的电场

④一对等量同种电荷的电场

五、

静电平衡

感应电荷的效果:产生附加(感应)场强, 削弱(并抵消)外电场,阻碍(并阻止)电荷运动

2、静电平衡导体的特点:
②表面附近的场强垂直于导体表面
③净电荷只能分布于导体表面

④导体是个等势体,表面及任何截面是个等势面

六、

电势φ
?
q

1、定义:? ?

(标量) 三个量都有正负号

◆正电荷电势能与电势同号

负电荷电势能与电势反号

2、单位:伏

1V=1J/C

3、决定因素:场源电荷、位置 4、相对性:零电势的选取,理论上取无穷远,实际上常取大地。 5、电势高低的判断:沿着电场线方向电势越来越低
A B A B

φA>φB>O
正电荷周围空间电势恒为正。

φA<φB<O
负电荷周围空间电势恒为负。

七、电势差:(电压)
1、定义:
U ab ? W q

2、决定式:uab=φa-φb 3、绝对性:与零势点无关

◆单下标或无下标时取绝对值

有下脚标时应注意正负号 uab=-uba

4、场强与电势无必然联系:
①场强为0,电势不一定为0; 电势为0,场强不一定为0 ②场强大,电势不一定高; 电势高,场强不一定大

③场强相等,电势不一定相等; 电势相等,场强不一定相等

5、场强与电势差关系: U ? Ed
-----适用于匀强电场

八、电场力的功
1、电场力做功特点:(同重力)
①只决定于起点、终点的电势差,与路径无关 ②正功→电势能减少,负功→电势能增加

W电 ? ? ?E p

③静止的电荷在电场力作用下(或电场力做正功情况) 正电荷:从电势高→电势低;负电荷:从电势低→电势高

不论正负电荷:均从电势能大→电势能小

2、电场力做功的计算:
①W=Fd=Eqd--------匀强 ②W=qu---------------通用

W AB ? q ? U

AB

◆可通过功的正负来确定电势的高低及电势差

九、电容器 :
1、定义式:
C ? Q U ? ?Q ?U

——普适通用 ——平行板

2、决定式: C

?

?S
4 ? kd

ε ≥1,→介电常数 S→正对面积; d→极板间距

3、单位: 法拉(F) 微法(μ F) 皮法(pF)

1F = 106μ F = 1012pF

4、平行板电容器两种充电方式: ① 电源保持连接状态
若d↘,E↗
d↘,C↗,Q↗

U不变

② 充电后电源切断
若d↘, C↗ ,U↘
Q E ? U d ? C ? Q d Cd

Q不变

C ?

?S
4 ? kd

E不变

十、带电粒子在电场中的运动 :
1、匀变速直线运动:
① 牛顿运动定律
Eq ? ma
mV
2 t

② 动能定理

1 2

?

1 2

mV

2 0

? qU

2、点电荷电场中的匀速圆周运动:k

Qq r
2

? m

V r

2

3、匀强电场中的圆周运动(考虑重力)
◆例:单摆(带电小球与绝缘绳)

B

电场力与重力垂直——竖直面变速圆周运动 等效“重力”: ? ? G
m g ? E q
2 2 2 2

o
A
Eq

“最低点”:V最大,动能最大,绳子最易断

“最高点”:V最小,临界点,绳子最易弯曲

mg

4、匀强电场中的类平抛运动
——F合与V0垂直 ① 粒子落在极板上 (不计重力或重力与电场力共线)

Eq ? ma
y ? 1 2 at
2

U ? Ed
飞行时间由y决定

② 粒子穿出极板

Eq ? ma
L ? V0t
侧移: y ? 1 2

U ? Ed
飞行时间由L决定
at
2

?

L qU 2 dmV
2 0

2

电场力做功:

W ? Eq ? y

速度偏角: tan ? ?
位移偏角: tan ? ?

Vy Vx
y x ?

?

at V0
at

2V 0

θ

O

2 tan ? ? tan ?

③ 粒子先经过加速电场再进入偏转电场
y ? L
2

qU

0

?

1 2

mV

2 0

Y

?

U U0

tan ? ?

L 2d

?

U U0

4d

④ 粒子穿出电场后匀速运动打在屏幕上
Y ? y ? L ? tan ?

第二章

电流
1、电流 2、串并联电路 3、电阻 4、电功与电功率 5、电热

6、闭合电阻的欧姆定律(实验)
7、综合应用(含容电路,动态分析,电路故障) 8、电表改装 9、伏安法测电阻(实验) 10、实物图与电路图的连接 11、多用电表(实验)

一、

电流
I ? q t

1、电流的形成: 电荷的定向移动 2、电流(强度)定义:

3、电流(微观)决定式:

I ? n eS V 定
? U R

V定数量级 10-4m/S ------部分电路欧姆定律

4、电流(宏观)决定式: I

------适用于金属导体、电解质溶液,不适用气体导电

二、串并联电路基本特点:
1、串联:①电流处处相等
②电压:U=U1+U2+U3+

③电阻:R=R1+R2+R3+
④电压分配:与电阻成正比 ⑤功率分配:与电阻成正比

2、并联:①各支路电压相等
②电流:I ③电阻: R
1

? I1 ? I 2 ? I 3
= 1 R
1

?

1 R2

?

1 R3

R ?

R1 ? R 2 R1 ? R 2
1 : 1 : 1

④电流分配:与电阻反比 ⑤功率分配:与电阻反比
I 1 :I 2 :I 3 = P1 :P 2 :P 3 =

R1 R2 R3

三、 电阻
1、定义式:
R ? U I

------与欧姆定律意义不同
L S

2、决定式: R ? ?
◆电阻率ρ

------电阻定律(适用粗细均匀物体)

由材料决定

金属导体电阻率随温度升高而增大:
◆伏安特性曲线:

直线斜率(或斜率倒数)表示电阻
U I

I

U

3、变阻器:
滑动变阻器 电位器 电阻箱 可变电阻

①、限流接法:
R0

②、分压接法:
R R R0

接线法:1上1下
变阻范围: R 0 ? R ? R 0
调压范围: R0 ? U R ? R0 ? U

接线法:1上2下
变阻范围: R ? R0 R ? R0 ? R

调压范围: 0 ? U

阻值应较大→增大调压范围

阻值应较小→增强调压均匀性

电路总功率较小(优)

电路总功率较大(缺)

4、复杂电路的电阻: ▲定性: ①、串联电路总电阻大于任一部分电阻
并联电路总电阻小于任一支路电阻 ②、不论串并联,任一电阻变大(变小),总电阻一定变大(变小)

▲定量:

------等效电路的化简

㈠:电势分析法:

导体(电阻)中,沿着电流方向电势降低
所有导线(电阻不计)以及无电流通过的导体属于等势体

某导体(电阻)两端的电势高低

某导体(电阻)中是否有电流以及流向

决定了电路的连接方式

R1 V

R2

R3

R1

R2

R3

V
A

R1

R2 V A

R3

R1 R2 A R3 R2 R3

R1

四、 电功与电功率
1、电功:W ? qU ? UIt ? Pt
◆单位:焦耳(J)、度→千瓦时(瓩时)(KWh)

1度=1000W· 3600S=3.6×106J

2、电功率: P
3、效率:

?

W t

? UI

? ?

有 用 总

? 100 %

电源效率:

? ?

W 输出 W总

?

P输 出 P总

?

U

?

?

R外 R外 ? r

? 100 %

用电器效率:

? ?

W 有用 W 输入

? 100 %

五、 电功与电热
2 1、焦耳定律: Q ? I Rt 2、纯电阻电路:

电功 ? ? ? 热量(内能) ?
W ? Q ? UIt ? I Rt ?
2

全部

热效率η =100%
2

U

t

R

3、非纯电阻电路:(电动机)
电功 ? ?? 其它形式能 ? 热量(内能)
有用机械功 W 机 ? UIt ? I Rt
2

电功 W ? UIt
电热 Q ? I Rt
2

UIt ? I Rt
2

U ? IR

◆对于非纯电阻电路(电动机),欧姆定律不适用

◆当通电电动机被卡不运转时,等同于纯电阻电路

六、 闭合电路欧姆定律
1、表达式: ? ? I ( R ? r ) ? ? U ? Ir 2、路端电压变化规律:
(非正比) ① 与外阻的关系: R ? , U ?

U

?

o U

R

②与电流的关系: U ? ? r ? I ? ?
◆物理意义: 截距: b ? ?

斜率: k ? ? r ? ? tan ?

?

A

RA ? RB

4、闭合电路中的功率:
① 电源的总功率:P总=εI ② 电源内耗功率:P内=U内 I=I2r ③ 电源输出功率: P出=UI=εI-I2r
o

B
?
?
r

I

短路 电流

七、 欧姆定律综合应用
1、电源的输出功率:
设电源电动势

? ,内阻 r,外阻 R
2

P出 ? I R ?
2

? R
2

?R ? r ?

?

? R
2

R ? 2 Rr ? r
2

2

? R?

?
r

2

2

? 2r
?
2

R

讨论: 当R一定,r可变,则r→0,P出最大, P出 ?
电源效率:

R

? ?

R外 R外 ? r

? 100 % ? 100 %

当r一定,R可变,因R ?
电源效率:

r

2

? 2r

R

P 则当R=r时,P出最大, 出 ?
? 100 % ? 50 %

?

2

4R

? ?

R外 R外 ? r

◆当P出<

?

2

4R

,对于外阻有两个解R1R2
?
2

P出
4R

P—R图像

? R1
2

?R 1 ? r ?

2

?

? R2
2

?R 2 ? r ?2
r ? R1 ?R2
O R R1

r

R2

2、含电容器的直流电路:
①、电容器在稳恒电路中处于断路状态 ②、与电容器串联的电阻在充放电时有瞬间电流, 在稳恒状态下是无用的盲端电阻,处于等势状态 ◆步骤: 摘除电容器及无用电阻,化简及确立等效电路 电容器视为伏特表,分析电容器所并联的电阻及两端的电压
R1 R2 a

ε r

C b
R3 R4

3、直流电路的动态变化分析: (定性)
①“口诀法”: 串反并同

与变阻器“串”的,UIP变化规律与变阻器相反

“串”——具有完全相同或部分关联的电荷流
与变阻器“并”的,UIP变化规律与变阻器相同 “并”——完全不相关联的不同支路的电荷流 R5变小 “串”——R1、R3 ↗ “并”——V、A、R2、R4 ↘
R3 R1 R2 a V R5 b R4 A

ε r

4、电路故障问题:
◆现象:灯泡亮度失常、仪表示数异常 ◆重要理论依据:电流经电阻,电势降低;无电流的电阻等势

①断路:表现为电流为0,而电压不为0
电压表,欧姆表

②短路:表现为电压为0,而电流不为0

八、 电表的改装
灵敏电流计 安培表
A ○

伏特表
V ○


G

改装 内阻
结构 用途 接法

—— Rg

G表并联分流 G表串联分压

低电阻

高电阻

<<Rg

>>Rg

通路(磁电式仪表) 检流 测电流 串联 测电压 并联

1、电压表: ◆串联分压电阻
Ug Rg ? UR R ? U Rg ? R
R ? U Ig ? Rg
G Rg R

? ( n ? 1) R g ? ? R g

电压表内阻:R内=R+Rg →∞

V

2、电流表: ◆并联分流电阻
Ig I ? Ig ? R Rg
R ? Rg ( n ? 1) ? Rg n

?? R g

G Rg

电流表内阻: R内 ?

R ? Rg R ? Rg

R

→0

A

◆电表的串并联: 设两改装的表头相同,量程不同

①、两电压表V1、V2并联

读数相同,指针偏角不同

②、两电压表V1、V2串联
③、两电流表A1、A2串联

指针偏角相同,读数不同
读数相同,指针偏角不同

④、两电流表A1、A2并联 指针偏角相同,读数不同

九、伏安法测电阻
Rx A V V Rx A

◆外接法
R真 ? U IR ? U I ? IV

R测 ?

U I

◆内接法
R真 ? UR I ? U -UA I

R测 ? R真

R测 ? R真

误差原因:
伏特表分流→安培表读数偏大

安培表分压→伏特表读数偏大

解决方案: 适宜测低阻

外 内

适宜测高阻

十、实物电路连接
1、特点及注意事项:
①、注意量程,及正负极性

②、注意变阻器的分压限流以及测电阻的内外接
③、导线必须接于接线柱,且不能相交(铅笔草稿)

2、实例:
◆伏安法测电阻

5

10

0 0

1

2

15

3

V

0.2

0.4

0

1

2

0.6

0

3

A

练习用多用电表测电阻

一、测几百欧姆的电阻R1 1.会正确选档。 2.会调零。 3.记下电阻数值。
二、测几千欧姆的电阻R2 4.会换档,会重新调零,正确记下电阻数值。







5. 实验完毕:测量完毕,表笔从测试笔插孔拔出,并不要把 选择开关置于欧姆档,可置选择开关于交流250V或OFF档。 器材要排列整齐。

练习用多用电表测电阻
测量结果记录
(1)、R1= ;选择开关倍率: 。(如:×100)

(2)、R2=

;选择开关倍率:



练习用多用电表测电阻
? 选择适当的量程 ? 表笔短接,调节“调零电阻” ? 测量——双手不可碰到表笔的金属部分

? 尽量使指针指向表盘刻度的中间。如果 不满足,应换量程! ? 读数:表盘示数×倍率 ? 实验结束后,把多用表调到“OFF”档

第三章
1、磁场的产生 2、磁感线 3、磁感应强度 4、安培力 5、洛伦兹力

磁 场

6、带电粒子在匀强磁场中的运动 7、应用实例 8、复合场

一、磁场的产生
1、产生: 磁体(磁极)、电流(运动电荷) 2、电本质:
磁体→安培分子电流假说

电流
所有磁场都是运动电荷(电流)产生 分子电流大小: I ? q ? qV
T 2? R

3、磁现象:
①磁极间相互作用:同名相斥,异名相吸 ②电流间相互作用:同向相吸,反向相斥 ③磁场对电流作用:安培力 ④磁场对运动电荷作用:洛伦兹力 左手定则

二、 磁感线
1、应用:
大小:B疏密程度

方向:B的切线

2、特点:
不相交,不中断,闭合 ▲对于磁体:外部N→S,内部S→N

3、常见电流的磁场(磁感线):-----右手螺旋定则(安培定则)
(电流的磁效应)——奥斯特

①、直线电流

②、环形电流

③、螺线管电流

4、常见(磁体)的磁场:
①、条形磁铁: ②、蹄形磁铁:

③、匀强磁场:
× × × × × × × × × × × × × × × ×

B

B

④、地磁场:

同条形磁铁(通电螺线管)磁场
N极在地理南极,S极在地理北极 赤道B水平向北 南半球B斜向上,北半球B斜向下

三、 磁感应强度B
1、定义式: B ?
F IL

-------定量描述磁场的强弱

2、单位:特斯拉(T) 3、矢量性:
◆磁感应强度B的方向:(磁场方向)

①(规定)小磁针N极的受力方向(静止时N极指向)
② 磁感线的切线

四、 磁场对电流的作用
1、安培力:
①大小: ㈠、当I⊥B,F最大,F=ILB ㈡、当I∥B,F=0 ㈢、一般情况,F=IL⊥B=ILB⊥

②方向: 左手定则

3、解题一般步骤:
①判断安培力方向 ②其它力受力分析 ③列力学主方程: 注意选择视图(视角) 将立体受力图应转化成平面力图 平衡方程 牛二方程(动能定理)

④列电学辅助方程:

F=ILB

Q=It
ε=IR …….

⑤解方程及必要的讨论(“答”)

五、 洛伦兹力
1、磁场力:
①安培力: 磁场对电流作用(宏观)

②洛伦兹力: 磁场对运动电荷作用(微观)

2、洛伦兹力大小:
①当V⊥B,f最大,f=qVB ②当V∥B,f=0 ③一般位置,f=qV⊥B =qVB ⊥ ——左手定则(类似安培力) 3、洛伦兹力方向:
◆注意四指方向:(电流方向)

与正电荷速度同向 与负电荷速度反向

六、 带电粒子在匀强磁场中的运动
1、当V∥B:f=0,→匀速运动 2、当V⊥B: f ? qVB
◆洛伦兹力总是垂直速度,永远不会做功

①运动性质:匀速圆周运动(f为向心力)
qVB ? m V
2

R

②轨道半径: R ?

mV qB

R ?V

③运动周期: T ?
T ?

2? R V
2? m qB
T 与 V、 R无 关

3、解题思路:(匀速圆周运动)
①圆心半径的确定:
运动轨迹中任两点的切线的垂线交点即为圆心

②飞行时间的确定:
圆心角等于偏转角

周期、圆心角
运动时间: t=θ/360 ×T

β

β

七、 综合应用实例分析
1、速度选择器:

qVB
E

Eq
V

B ? E
Eq ? qVB
V ?

E

B
Eq qVB

B 与粒子的质量、电量及正负无关

2、质谱仪: 测定荷质比、元素鉴定分析
1 2 qVB ? m V r
2

mV

2

? qU

q m

?

2U B r
2 2

3、回旋加速器:
当 V ? , r ? , T回 ? 2? m qB 不变

极板间交变电场周期T等于回旋周期T回
▲交变电场中的(加速)运动时间忽略
mV qB

粒子获得能量:

Ek ?

1 2

mV

2

?

q B R 2m

2

2

2

R ?

d<<R
2 ? mN qB

N为回旋周期数

? 2 N ? qU
: t ? NT ?

粒子飞行时间(回旋)

八、复合场 综合应用类型题归纳
1、直线运动: 受力平衡→匀速直线运动

(只讨论匀强磁场)

如:速度选择器、霍尔效应、磁流体、电磁流量计

2、圆周运动:
①辐射电场(重力场)中: 匀速圆周运动

G k

Mm r Qq r
2 2

? qVB ? m ? qVB ? m

V r V r
2

2

②匀强电场、重力场中:匀速圆周运动

Eq

mg ? Eq
T ? qVB ? m V r
2

mg

③匀强电场、重力场中:单摆运动
◆例:地球表面、匀强磁场中的带电小球摆动 洛伦兹力沿绳子所在的直线 左摆、右摆时,洛伦兹力方向相反 摆球的周期与洛伦兹力无关

唯一思路:动能定理(能量守恒) 3、复杂曲线运动:

◆注意:电子、质子、α粒子、离子等微观粒子在复合场中运动时, 一般都不计重力,但质量较大的质点(如带电尘粒、油滴、小球)在 复合场中运动时,不能忽略重力.


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