人教版物理选修31知识点.docx

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人教版物理选修31知识点

物理选修3-1知识总结

第一章第1节电荷及其守恒定律

一、起电方法的实验探究

1.物体有了吸引轻小物体的性质，就说物体带了电或有了电荷。

2．两种电荷

自然界中的电荷有2种，即正电荷和负电荷．如：

丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷是正电荷；用干燥的毛皮摩擦过的硬橡胶棒所带的电荷是负电荷．同种电荷相斥，异种电荷相吸．（相互吸引的一定是带异种电荷的物体吗？

）不一定，除了带异种电荷的物体相互吸引之外，带电体有吸引轻小物体的性质，这里的“轻小物体”可能不带电．

3．起电的方法

使物体起电的方法有三种：

摩擦起电、接触起电、感应起电

摩擦起电：

两种不同的物体原子核束缚电子的能力并不相同．两种物体相互摩擦时，束缚电子能力强的物体就会得到电子而带负电，束缚电子能力弱的物体会失去电子而带正电．（正负电荷的分开与转移）

接触起电：

带电物体由于缺少（或多余）电子，当带电体与不带电的物体接触时，就会使不带电的物体上失去电子（或得到电子），从而使不带电的物体由于缺少（或多余）电子而带正电（负电）．（电荷从物体的一部分转移到另一部分）

感应起电：

当带电体靠近导体时，导体内的自由电子会向靠近或远离带电体的方向移动．（电荷从一个物体转移到另一个物体）

三种起电的方式不同，但实质都是发生电子的转移，使多余电子的物体（部分）带负电，使缺少电子的物体（部分）带正电．在电子转移的过程中，电荷的总量保持不变．

二、电荷守恒定律

1、电荷量：

电荷的多少。

在国际单位制中，它的单位是库仑，符号是C.

2、元电荷：

电子和质子所带电荷的绝对值1.6×10－19C，所有带电体的电荷量等于e或e的整数倍。

（元电荷就是带电荷量足够小的带电体吗？

提示：

不是，元电荷是一个抽象的概念，不是指的某一个带电体，它是指电荷的电荷量．另外任何带电体所带电荷量是1.6×10－19C的整数倍．）

3、比荷：

粒子的电荷量与粒子质量的比值。

4、电荷守恒定律

表述1：

电荷守恒定律：

电荷既不能凭空产生，也不能凭空消失，只能从一个物体转移到另一个物体，或从物体的一部分转移到另一部分,在转移的过程中，电荷的总量保持不变。

表述2：

在一个与外界没有电荷交换的系统内，正、负电荷的代数和保持不变。

例：

有两个完全相同的带电绝缘金属小球A、B，分别带电荷量为QA＝6.4×10－9C，QB＝－3.2×10－9C，让两个绝缘小球接触，在接触过程中，电子如何转移并转移了多少

[思路点拨]当两个完全相同的金属球接触后，根据对称性，两个球一定带等量的电荷量．若两个球原先带同种电荷，电荷量相加后均分；若两个球原先带异种电荷，则电荷先中和再均分．

第一章第2节库仑定律

一、电荷间的相互作用

1、点电荷：

当电荷本身的大小比起它到其他带电体的距离小得多，这样可以忽略电荷在带电体上的具体分布情况，把它抽象成一个几何点。

这样的带电体就叫做点电荷。

点电荷是一种理想化的物理模型。

VS质点

2、带电体看做点电荷的条件：

①两带电体间的距离远大于它们大小；

②两个电荷均匀分布的绝缘小球。

3、影响电荷间相互作用的因素：

①距离②电量③带电体的形状和大小

二、库仑定律：

在真空中两个静止点电荷间的作用力跟它们的电荷的乘积成正比，跟它们距离的平方成反比，作用力的方向在它们的连线上。

（静电力常量——k=9.0×109N·m2/C2）

注意1.定律成立条件：

真空、点电荷

2.静电力常量——k=9.0×109N·m2/C2（库仑扭秤）

3.计算库仑力时，电荷只代入绝对值

4.方向在它们的连线上，同种电荷相斥，异种电荷相吸

5.两个电荷间的库仑力是一对相互作用力

库仑扭秤实验、控制变量法

例题：

两个带电量分别为+3Q和-Q的点电荷分别固定在相距为2L的A、B两点，现在AB连线的中点O放一个带电量为+q的点电荷。

求q所受的库仑力。

第一章第3节电场电场强度

一、电场——电荷间的相互作用是通过电场发生的

电荷（带电体）周围存在着的一种物质。

电场看不见又摸不着，但却是客观存在的一种特殊物质形态．

其基本性质就是对置于其中的电荷有力的作用，这种力就叫电场力。

电场的检验方法：

把一个带电体放入其中，看是否受到力的作用。

试探电荷：

用来检验电场性质的电荷。

其电量很小（不影响原电场）；体积很小（可以当作质点）的电荷，也称点电荷。

二、电场强度

1、场源电荷

2、电场强度

放入电场中某点的电荷受到的电场力与它所带电荷量的比值，叫做这一点的电场强度，简称场强。

国际单位：

N/C

电场强度是矢量。

规定：

正电荷在电场中某一点受到的电场力方向就是那一点的电场强度的方向。

即如果Q是正电荷，E的方向就是沿着PQ的连线并背离Q；如果Q是负电荷，E的方向就是沿着PQ的连线并指向Q。

（“离+Q而去，向-Q而来”）

电场强度是描述电场本身的力的性质的物理量，反映电场中某一点的电场性质，其大小表示电场的强弱，由产生电场的场源电荷和点的位置决定，与检验电荷无关。

数值上等于单位电荷在该点所受的电场力。

1V/m=1N/C

三、点电荷的场强公式

四、电场的叠加

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。

五、电场线

1、电场线：

为了形象地描述电场而在电场中画出的一些曲线，曲线的疏密程度表示场强的大小，曲线上某点的切线方向表示场强的方向。

2、电场线的特征

1）、电场线密的地方场强强，电场线疏的地方场强弱

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）的电场线止无穷远处点

3）、电场线不会相交，也不会相切

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

3、几种典型电场的电场线

1）正、负点电荷的电场中电场线的分布

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。

2）、等量异种点电荷形成的电场中的电场线分布

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

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中电场线分布情况

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

4）、匀强电场

特点：

a、匀强电场是大小和方向都相同的电场，故匀强电场的电场线是平行等距同向的直线

b、电场线的疏密反映场强大小，电场方向与电场线平行

第一章第4节电势能电势

一、电势差：

电势差等于电场中两点电势的差值。

电场中某点的电势，就是该点相对于零势点的电势差。

（1）计算式

（2）单位：

伏特（V）

（3）电势差是标量。

其正负表示大小。

二、电场力的功

电场力做功的特点：

电场力做功与重力做功一样，只与始末位置有关，与路径无关.

1、电势能：

电荷处于电场中时所具有的,由其在电场中的位置决定的能量称为电势能.

注意：

系统性、相对性

2、电势能的变化与电场力做功的关系

1）、电荷在电场中具有电势能。

2）、电场力对电荷做正功，电荷的电势能减小

3）、电场力对电荷做负功，电荷的电势能增大

4）、电场力做多少功，电荷电势能就变化多少。

5）、电势能是相对的，与零电势能面有关（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电势能规定为零。

）

6）、电势能是电荷和电场所共有的，具有系统性

7）、电势能是标量

3、电势能大小的确定

电荷在电场中某点的电势能在数值上等于把电荷从这点移到电势能为零处电场力所做的功

三、电势

1.电势：

置于电场中某点的试探电荷具有的电势能与其电量的比叫做该点的电势。

是描述电场的能的性质的物理量。

其大小与试探电荷的正负及电量q均无关，只与电场中该点在电场中的位置有关，故其可衡量电场的性质。

单位：

伏特（V）标量

（1）势的相对性：

某点电势的大小是相对于零点电势而言的。

零电势的选择是任意的，一般选地面和无穷远为零势能面。

（2）电势的固有性：

电场中某点的电势的大小是由电场本身的性质决定的，与放不放电荷及放什么电荷无关。

（3）电势是标量,只有大小,没有方向.（负电势表示该处的电势比零电势处电势低.）4：

计算时EP,q,都带正负号。

3.顺着电场线的方向，电势越来越低。

4.与电势能的情况相似,应先确定电场中某点的电势为零.（通常取离场源电荷无限远处或大地的电势为零.）

三、等势面

1、等势面：

电场中电势相等的各点构成的面。

2、等势面的特点

a:

等势面一定跟电场线垂直，在同一等势面的两点间移动电荷，电场力不做功；

b:

电场线总是由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；

c:

等差等势面越密的地方电场强度越大。

第一章第5节匀强电场中场强与电势差的关系

一、场强与电势的关系？

结论：

电势与场强没有直接关系！

二、匀强电场中场强与电势差的关系

匀强电场中两点间的电势差等于场强与这两点间沿电场方向距离的乘积

在匀强电场中，场强在数值上等于沿场强方向每单位距离上降低的电势.

④电场强度的方向是电势降低最快的方向.

推论：

在匀强电场中，沿任意一个方向上，电势降落都是均匀的，故在同一直线上间距相同的两点间的电势差相等。

第一章第6节示波器的奥秘

研究带电粒子在电场中的运动要注意以下三点：

1.带电粒子受力特点

2.结合带电粒子的受力和初速度分析其运动性质

3.注意选取合适的方法解决带电粒子的运动问题

一、带电粒子在电场中的加速

例1、在真空中有一对带电平行金属板，板间电势差为U，若一个质量为m，带正电电荷量为q的粒子，在静电力的作用下由静止开始从正极板向负极板运动，计算它到达负极板时的速度。

二、带电粒子在电场中的偏转

例2、如图所示，一个质量为m，电荷量为+q的粒子，从两平行板左侧中点以初速度v0沿垂直场强方向射入，两平行板的间距为d，两板间的电势差为U，金属板长度为L，

（1）若带电粒子能从两极板间射出，求粒子射出电场时的侧移量。

（2）若带电粒子能从两极板间射出，求粒子射出电场时的偏转角度。

带电粒子的分类

（1）基本粒子

如电子、质子、α粒子、离子等除有说明或有明确的暗示以外，一般都不考虑重力（但并不忽略质量）．

（2）带电微粒

如液滴、油滴、尘埃、小球等，除有说明或有明确的暗示以外，一般都不能忽略重力．

第一章第7节了解电容器

一、电容器

1、电容器：

任何两个彼此绝缘、相互靠近的导体可组成一个电容器，贮藏电量和能量。

两个导体称为电容器的两极。

2．电容器的带电量：

电容器一个极板所带电量的绝对值

3、电容器的充电、放电.

操作：

把电容器的一个极板与电池组的正极相连，另一个极板与负极相连，两个极板上就分别带上了等量的异种电荷。

这个过程叫做充电。

现象：

从灵敏电流计可以观察到短暂的充电电流。

充电后,切断与电源的联系,两个极板间有电场存在,充电过程中由电源获得的电能贮存在电场中,称为电场能.

操作：

把充电后的电容器的两个极板接通,两极板上的电荷互相中和,电容器就不带电了,这个过程叫放电.

充电——带电量Q增加,板间电压U增加,板间场强E增加,电能转化为电场能

放电——带电量Q减少,板间电压U减少,板间场强E减少,电场能转化为电能

二、电容

1、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U的比值，叫做电容器的电容

C=Q/U，式中Q指每一个极板带电量的绝对值

①电容是反映电容器本身容纳电荷本领大小的物理量，跟电容器是否带电无关．

②电容的单位：

在国际单位制中，电容的单位是法拉，简称法，符号是F．

常用单位有微法（μF），皮法（pF）1μF=10-6F，1pF=10-12F

2、平行板电容器的电容C：

跟介电常数成正比，跟正对面积S成正比，跟极板间的距离d成反比．

　是电介质的介电常数，k是静电力常量；空气的介电常数最小。

电容器始终接在电源上，电压不变；电容器充电后断开电源，带电量不变。

第二章第一节探究决定导线电阻的因素

一、电流：

1、电荷的定向移动形成电流。

2、产生电流的条件

（1）导体中存在着能够自由移动的电荷

金属导体——自由电子电解液——正、负离子

（2）导体两端存在着电势差

电阻：

（1）同一导体，不管电流、电压怎样变化，电压跟电流的比值

是一个定值．

（2）比值

反映了导体阻碍电流的性质，叫电阻，R＝

.

恒定电场和恒定电流

1、恒定电场：

由稳定分布的电荷产生稳定的电场称为恒定电场

2、恒定电流:

大小、方向都不随时间变化的电流称为恒定电流。

电流（强度）

1、电流：

通过导体横截面的电荷量q跟通过这些电荷量所用时间t的比值叫做电流，即：

单位：

安培（A）常用单位：

毫安（mA）、微安（μA）

2、电流是标量，但有方向规定正电荷定向移动方向为电流方向

注意:

1.在金属导体中，电流方向与自由电荷（电子）的定向移动方向相反；

2.在电解液中，电流方向与正离子定向移动方向相同，与负离子走向移动方向相反,导电时，是正负离子向相反方向定向移动形成电流，电量q表示通过截面的正、负离子电量绝对值之和。

二、电阻定律的实验探究

1．伏安法测电阻

（1）伏安法测电阻原理

欧姆定律给了我们测量电阻的一种方法，由R＝UI可知，用电压表测出电阻两端的电压，用电流表测出通过电阻的电流，就可求出待测电阻．

（2）电流表的两种接法

（3）选择内、外接的常用方法

①直接比较法：

适用于Rx、RA、RV的大小大致可以估计，当Rx≫RA时，采用内接法，当Rx≪RV时，采用外接法，即大电阻用内接法，小电阻用外接法，可记忆为“大内小外”．

②公式计算法

当Rx＞

时，用内接法，

当Rx＜

时，用外接法，

当Rx＝

时，两种接法效果相同．

③试触法：

适用于Rx、RV、RA的阻值关系都不能确定的情况，如图2－1－1所示，把电压表的接线端分别接b、c两点，观察两电表的示数变化，若电流表的示数变化明显，说明电压表的分流对电路影响大，应选用内接法，若电压表的示数有明显变化，说明电流表的分压作用对电路影响大，所以应选外接法．

（4）电表量程选择的原则是：

在保证测量值不超过量程的情况下，指针偏转角度越大，测量值的精确度通常越高．

（3）滑动变阻器滑动触头的初始位置：

电路接好后合上开关前要检查滑动变阻器滑动触点的位置

滑动变阻器的两种接法及其作用：

限流电路和分压电路的比较

名称/电路图

（限流电路）

（分压电路）

电流调节范围

电压调节范围

效果比较

当R>>R0调节效果相当差，一般适用于R与R0相差不多时

缺点

调节范围小，在R>>R0时，调节效果差

电路结构较复杂，在用电器正常工作时，电路消耗的功率较大，在R<

优点

电路结构简单，在R

调节范围大，在>>R0时，调节效果相当好

2．电路的连接

（1）导线长度l是连入电路中导线的有效长度，即两接线柱之间的导线的长度．

（2）由于待测导线电阻较小，约为几欧，一般采用电流表外接法．

（3）测量时，电流不宜过大（电流表用0～0.6A量程），通电时间不宜过长，以免因发热使电阻率变化．

（4）伏安法测电阻时，应改变滑片的位置，读出几组电压、电流值，分别算出R值，再求平均值.

3．误差分析

（1）在探究电阻与导线长度的关系时，接入电路的导线有效长度不满足2∶1的关系而出现误差.

（2）在探究电阻与导线横截面积或材料的关系时,接入电路的导线的有效长度不相等而出现误差.

（3）由于伏安法测电阻时采用电流表外接法，导致R测＜R真．

（4）通电电流太大或通电时间过长，致使电阻丝发热，电阻随之发生变化．

4.结论：

不同导体的电阻存在大小差异，实验结果表明：

导体电阻与导体的长度和横截面积有关，与导体的材料有关．

在实验探究决定导体电阻因素的实验中，采用的是控制变量法，在保持导体的材料和横截面积不变时，实验的结果是，导体的电阻大小与导体的长度成正比；在保持导体的材料和长度不变时，实验的结果是，导体的电阻大小与导体的横截面积成反比；在保持导体的长度和横截面积不变时，实验的结果是，导体的电阻大小与导体的电阻率成正比．

电阻定律：

实验表明，均匀导体的电阻R跟它的长度l成正比，跟它的横截面积S成反比，用公式表示为R＝ρ

【

（1）ρ表示材料的电阻率，与材料和温度有关．

（2）l表示沿电流方向导体的长度．

（3）S表示垂直于电流方向导体的横截面积．】

三、电阻率

1．电阻定律中比例常量ρ跟导体的材料有关,是一个反映材料导电性能的物理量，称为材料的电阻率．ρ值越大，材料的导电性能越差.

2．电阻率的单位是Ω·m，读作欧姆米，简称欧米．

3．材料的电阻率随温度的变化而改变，金属的电阻率随温度的升高而增大．锰铜合金和镍铜合金的电阻率受温度影响很小，常用来制作标准电阻．

各种材料的电阻率一般都随温度的变化而变化．

（1）金属的电阻率随温度的升高而增大．

（2）半导体（热敏电阻）的电阻率随温度的升高而减小．

第二章第二节对电阻的进一步研究

一、导体的伏安特性曲线

1.用横轴表示电压U，纵轴表示电流I，画出的I－U的关系图象叫做导体的伏安特性曲线．如图，伏安特性曲线直观地反映出导体中的电流与电压的关系．

2.金属导体的伏安特性曲线是一条过原点的直线，直线的斜率为金属导体的电阻的倒数．具有这种特性的电学元件叫做线性元件，通常也叫纯电阻元件，欧姆定律适用于该类型电学元件．对欧姆定律不适用的导体和器件，伏安特性曲线不是直线，这种元件叫做非线性元件，通常也叫做非纯电阻元件．

（1）坐标系标度要合理选取，尽量使描出的图象占据坐标纸的大部分．

（2）小灯泡电压、电流变大时，电阻变大，伏安特性曲线是曲线．连线时要用平滑的曲线，不能连成折线．

二极管：

具有单向导电性能。

正向导通；反向截止

二、电阻的串联

1．串联电路的基本特点

（1）串联电路中的电流处处相同，即I＝I1＝I2＝I3＝…＝In.

（2）串联电路的总电压等于各部分电路两端电压之和，即U＝U1＋U2＋U3＋…＋Un.

2．串联电路的重要性质

（1）串联电路的等效总电阻为各电阻阻值之和，即R＝R1＋R2＋R3＋…＋Rn

（2）串联电路中各个电阻两端的电压跟它的阻值成_____，即：

＝

＝…＝

＝__.

三、电阻的并联

1．并联电路的基本特点

（1）并联电路中各支路两端电压相等，即：

U1＝U2＝U3＝…＝Un.

（2）并联电路中的总电流等于各支路电流之和,

I＝I1＋I2＋I3＋…＋In.

2．并联电路的重要性质

（1）并联电路的等效总电阻的倒数等于各支路电阻的倒数之和，即：

＝

＋

＋…＋

（2）并联电路中，通过各个电阻的电流跟它的阻值成反比，即：

I1R1＝I2R2＝…＝InRn＝U.

对几个公式的理解

物理意义

适用条件

I＝

某段导体电流、电压和电阻的关系

计算通过某段导体电流大小，仅适用于纯电阻电路

I＝

电流定义式

已知q和t情况下，可计算I大小

R＝

导体电阻定义式，反映导体对电流的阻碍作用

R由导体本身决定，与U、I无关，适用于所有导体

U＝IR

沿电流方向电势逐渐降低，电压降等于I和R乘积

计算导体两端电压，适用于金属导体、电解液

特别提醒：

（1）注意公式中三个物理量I、U、R是同一电阻同一时刻值．

（2）欧姆定律I＝

仅适用于金属导电及电解液导电．

（3）对R＝

，R与U、I无关，导体电阻R一定时，U和I成正比，R＝

.

第二章第三节研究闭合电路

一、闭合电路

外电路:

——电源的外部叫做外电路，其电阻称为外电阻，R；外电压U外：

外电阻两端的电压。

通常也叫路端电压。

内电路:

——电源内部的电路叫做内电路，其电阻称为内电阻，r；

二、电动势

1.表征电源把其它形式的能量转化为电能的本领。

2.电源的电动势反映了电源的特性，由电源本身的性质决定，与外电路无关。

3.电源的电动势数值上等于不接用电器时电源两极间的电压。

4.电动势用E表示，SI单位为：

伏特，V

三.闭合电路欧姆定律

闭合电路中的电流跟电源的电动势成正比，跟内、外电路的电阻之和成反比。

这一结论称为闭合电路

欧姆定律。

四.路端电压跟负载的关系

1.路端电压——外电路两端的电压叫做路端电压。

2.路端电压是用电器（负载）的实际工作电压。

电动势为E内阻为r=E/I短

注意：

（1）、U—I图象是一向下倾斜的直线,路端电压随电流的增大而减小。

（2）、图象的斜率表示电源的内阻,图象与纵轴的交点坐标表示电源电动势，与横轴的交点坐标表示短路电流

（3）斜率大，内阻大

五.测量电源的电动势和内电阻

1.电路图

2.实验数据处理方法比较：

1）计算法：

原理清晰但处理繁杂，偶然误差处理不好。

2）作图法：

原理清晰、处理简单，偶然误差得到很好处理，可以根据图线外推得出意想不到的结论

第二章第四节串联电路和并联电路

一、电流表的参数

1.满偏电流

——电流表指针偏转到最大刻度时的电流Ig叫满偏电流．

2.电流表的内阻

——表头G的电阻Rg叫做电流表的内阻。

用Rg表示表头线圈的电阻一般为几百到几千欧．

说明：

①如果电流超过满偏电流，不但指针指不出示数，表头还可能被烧毁．

②每个电流表都有它的Rg值和Ig值．Rg和Ig是电流表的两个重要参数．

3.满偏电压

——表头G通过满偏电流时，加在它两端的电压Ug叫做满偏电压，根据欧姆定律可知：

Ug=IgRg

二、多用电表的原理

1.内部结构

测量时，黑表笔插入“－”插孔，红表笔插入“＋”插孔，并通过转换开关接入与待测量相应的测量端．使用时，电路只有一部分起作用．

2．测量原理

（1）测直流电流和直流电压的原理，就是电阻的分流和分压

原理，其中转换开关接1或2时测直流电流；接3或4时测直

流电压；转换开关接5时，测电阻．

（2）多用电表电阻挡（欧姆挡）原理．

相对于其他电表欧姆表的表头有什么特点？

1、零刻度在右边，左边为无限大

2、刻度不均匀，左边密、右边稀疏

三.把电流表G改为电压表V

——给电流表串联一个电阻，使串联电阻分担一部分电压，就可以用来测量较大电压了．

说明：

电压表V刻度盘上的电压值不表示加在电流表G上的电压，而是表示加在电压表上的电压。

分压电阻：

——串联电阻R的作用是分担一部分电压，作这种用途的电阻叫分压电阻。

四.把小量程的电流表改为大量程的电流表

——给电流表并联一个阻值小的电阻

说明：

这样，在测量大电流时，通过电流表G的电流也就不致超过满偏电流Ig，并联了分流电阻，则在表头刻度盘上标出相应的电流值，不是表示通过电流表G的电流，而是表示通过电流表A的电流．

使用多用电表的注意事项：

1、多用电表在使用前，首先进行机械调零

2、在进行电阻测量前或换用欧姆表另一量程