高二选修31物理知识点汇总.docx

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高二选修31物理知识点汇总

选修3-1知识点总述

第一单元部分电路

一、电流

1．定义：

电荷的定向移动形成电流．此处的“电荷”指自由电子、正离子和负离子．电荷有三种速率：

电子热运动速率、电荷定向运动速率和电流的传导速率．电路中由电源、导线等电路元件共同形成导线内的电场，电流的形成依靠电荷定向的运动．

2．电流的方向规定和正电荷定向移动的方向一致，和负电荷定向移动的方向相反．

3．电流的定义式：

I=q/t，（不能说正比于q，反比于t），其中q是时间t内通过导体某横截面的电量．对于电解液导电和气体导电，通过某一横截面的电量应为正、负离子电量的绝对值之和.在国际单位中电流的单位是安培（A），是国际单位制中七个基本单位之一，1A=103mA=106μΑ

4．电流的微观表达式：

I=nqsv（n为单位体积内自由电荷数，q为单个自由电荷电量，s为导线横截面积，v为自由电荷自由电荷定向运动的速率，（约为10-5m/s），上式中n若为单位长度的自由电荷数，则I=nqv．

二、电阻

1．定义：

导体两端的电压和通过它的电流的比值．

2．定义式：

R=U/I

3．单位：

欧姆，国际符号Ω

4．对电阻的理解：

金属导体中的电流是自由电子的定向移动形成的，自由电子在定向移动中要跟金属离子频繁碰撞，这种碰撞阻碍了电子的定向移动，从而不断地把定向移动的动能传给离子，使离子的热运动加剧，使电能转化为内能，导体的温度升高，电阻就是表示这种阻碍作用的物理量．

5．注意：

对给定的导体，它的电阻是一定的，由其本身的性质决定．因此，不管导体两端有无电压，大小如何，电阻是一定的；不管导体内是否有电流流过，电流大小如何，电阻是一定的．

三、电阻定律

1．内容：

在一定温度下，导体的电阻跟导体本身的长度成正比，跟导体的横截面积成反比．

2．公式：

，ρ为材料的电阻率，单位为欧姆米（Ω﹒m），与材料种类和温度有关．

3．对电阻定律的理解：

（1）只适用于金属导体（但其它任何材料都有对应的电阻率）．

（2）因为ρ随温度而变化，故计算出的是某一特定温度下的电阻．

（3）该式是电阻大小的决定式，R=U/I是电阻的定义式．

4．金属的电阻率随温度升高而有所增加；半导体的电阻率随温度的升高或杂质浓度的增大而急剧减少；某些合金的电阻率几乎不受温度的影响．

5．超导体：

有些物体在温度降低到绝对零度附近时，电阻会突然减小到无法测量的程度，这种现象叫超导现象，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做转变温度TC，各种材料的超导转变温度TC各不相同，一般都较低．

6．探究金属丝的电阻与其影响因素的定量关系

原理：

把金属丝接入电路中，用电压表测金属丝两端的电压，用电流表测金属丝中的电流，利用欧姆定律R=U/I得到金属丝的电阻R．用米尺量得金属丝的长度，用螺旋测微器测金属的直径，求得其面积S=

．

方案一：

控制变量法

（1）把材料、横截面积相同，但长度不同的金属丝先后接入电路中，探究金属丝电阻和长度的关系R∝L．

（2）把材料、长度相同，横截面积不同的金属丝先后接入电路中，探究金属丝电阻和横截面积的关系R∝

．

（3）把长度、横截面积相同，但不同材料的金属丝先后接入电路中，探究金属丝电阻和材料的关系R∝

．

方案二：

逻辑推理法

根据电阻的串并联知识进行逻辑推理导体电阻的关系，然后通过实验探究电阻与导体长度面积和材料的关系．

四、部分电路欧姆定律

1．内容：

通过某段电路的电流跟导体两端的电压成正北，跟导体本身的电阻成反比．

2．公式：

I=U/R

3．用图像表示：

I—U图像中，是过原点的一条直线，直线的斜率k=I/U=1/R；在U—I图像中，也是过原点的一条直线，直线的斜率k′=U/I=R．

4．适用条件：

适用于金属导电和电解液导电，不适用气体导电．其实质是只适用于电流的热效应．

五、串、并联电路的特点

1．串联电路

（1）电流关系：

．

（2）电压关系：

．

（3）电阻关系：

．

（4）功率关系：

U1/U2=R1/R2=P1/P2

即两个串联的电阻分电压、功率与各分电阻的值成正比

2．并联电路

（1）电流关系：

．

（2）电压关系：

．

（3）电阻关系：

．

（4）功率关系：

I1/I2=P1/P2=R2/R1

即两个并联的电阻分电流、功率与各分电阻的值成反比

3．分电阻和总电阻的关系

当电键接通或断开，改变电路结构，或者移动滑动变阻器滑键，改变某一部分电阻时，总电阻的变化规律满足：

（1）当外电路的任何一个电阻增大（或减小）时，电路中总电阻一定增大（或减小）；

（2）若电键的通断使串联的用电器增多时，总电阻增大；若电键的通断使并联支路增多时，总电阻减小；

（3）如果R1+R2=恒量，则R1=R2时并联的电阻最大；且R1、R2差别越大总电阻越小．如图7-1-3所示，由R1、R2和R组成双臂环路．当AR1P支路和AR2P支路总阻值相等时，RAB最大；当P滑到某端，使某一支路阻值最小时，RAB最小．

六、电功和电功率

1．电功：

实际是电场力做功，是电能转化成其它形式能（如热、磁、机械、光）的过程

适用于一切电路

适用于纯电阻电路

2．焦耳定律：

电流通过直流电阻为R的导体时，t时间内导体上产生的热量，即电热Q=I2Rt

3．电功和电热：

当电流通过一段纯电阻电路时，电能全部转化为内能，电功等于电热W=Q即UIt=I2Rt当电流通过一段非纯电阻电路（电动机、电解槽、蓄电池等）时，电能的一部分转化为内能，另一部分转化为其他形式的能，故电功W=UIt大于电热Q=I2Rt，

4．电功率：

P=W/t=UI适用于一切电路

P=I2R=U2/R适用于电热

5．额定电压与实际电压、额定功率与实际功率

（1）额定电压指用电器正常工作时的电压，这时用电器消耗的功率为额定功率．但有时加在用电器上的电压不等于额定电压，用电器不能正常工作，这时加在用电器上的电压就称之为实际电压，用电器消耗的功率为实际功率．要注意，在一些问题中“额定”和“实际”往往不相等．

（2）用电器接入电路时的约定：

①纯电阻用电器接入电路中，若无特别说明，应认为其电阻不变；②用电器的实际功率超过额定功率时，可认为它将被烧毁；③没有注明额定的用电器接入电路时，认为其工作的物理量均小于其额定值，能安全使用．

（3）纯电阻电路中，几个电阻串联阻值大的功率大，并联时阻值小的功率大．

七、等效法处理混联电路

稍复杂混联电路的等效化简方法

1．电路化简原则

（1）无电流的支路化简时可去除；

（2）等电势的各点化简时可合并；

（3）理想导线可任意长短；

（4）理想电流表可认为短路，理想电压表可认为断路；

（5）电压稳定时电容器认为断路．

2．常用等效化简方法

（1）电流分支法：

a．先将各结点用字母标上；b．判定各支路元件的电流方向（或可能方向）；c．按电流流向，自左到右将各元件、结点、分支逐一画出；d．加工整理．

（2）等势点排列法：

a．将各结合点用字母标出；b．判定各结点电势的高低；c．将各结点电势高低自左到右排列，再将各结点之间支路画出；d．加工整理．

注意：

若能将以上两种方法结合使用，效果更好．

八、电路故障的分析方法

电路故障是指电路不能正常工作．故障的种类很多，但主要是因断路或短路所造成的故障，可用电压表或电流表进行检查．也可用假设法，已知电路发生某种故障可将整个电路划分为若干部分，然后逐一假设某部分发生故障，运用电流定律进行正向推理，再与题述现象进行比较，得出结论．

九、分压电路和限流电路

1．分压电路图7-1-4示和限流电路图7-1-5示

2．调节范围：

（1）分压电路：

电压

；电流

，均与RO无关．

（2）限流电路：

电压

；电流

，均与RO有关．

第二单元闭合电路

一、电动势

1．电动势是反映电源通过非静电力做功把其它形式的能转化为_电能__本领的物理量．大小由电源中非静电力的特性决定．

2．电动势在数值上等于在电源内部非静电力把_1C正电荷在电源内从负极移送到正极所做的功；若用E表示电动势，用W表示非静电力移送电荷q做的功，则公式为_E=W/q_．

3．电动势大小等于开路时两极间的_电压_；等于内、外电路_电压_之和．

4．电源内部也是由导体组成的，因此也有电阻，叫电源的_内电阻__．

5．电动势与电势差两个概念表面上很相似，但从做功和能量转化的角度讲它们是正好相反，电动势表征电源中非静电力做功的本领，即其它形式的能向电能转化的本领；而电势差是电路中静电力做功的本领的量度，即电能向其它能转化的情况．我们应注意二者的区别和联系．

二、闭合电路欧姆定律

1．

（1）内容：

闭合电路中的电流强度跟电源的电动势成正比，跟内、外电路中的电阻之和成反比．

（2）公式：

．

（3）适用条件：

纯电阻电路．

2．路端电压跟负载的关系

（1）U=E－Ir

（2）U—I关系图线如图7-2-1所示

当电路断路即I=0时，纵坐标的截距为电动势E；当外电路电压为U=O时，横坐标的截距I=E/r为短路电流；图线的斜率的绝对值为电源的内电阻．

三、闭合电路的几种功率

1．电源的总功率：

P总=EI=UI＋I2r

2．电源的输出功率：

P出=UI

电源的最大输出功率与外电路电阻的关系

图线如7-2-3所示

当R=r时也即I=E/2r时，电源的输出功率最大，Pmax=

．当R＞r和R＜r时，电源有可能输出相同的功率．但效率不同．

3．电源的效率：

η=

×100%=

×100%=

×100%（后式只适用于纯电阻电路）．

四、电路的动态分析

电路的变化分析就是根据闭合电路或部分电路的欧姆定律及串、并联电路的性质，分析电路中某一电阻变化而引起的整个电路中各部分电流、电压和功率的变化情况．

基本思路是“部分→整体→部分”，即首先从阻值变化的部分入手，由串、并联规律判知R总的变化情况，再根据闭合电路欧姆定律判知I总和U端的变化情况，最后再根据部分电路欧姆定律和串、并联的特点判知各部分电流、电压和功率的变化情况．具体过程是：

如图7-2-6所示，当滑动片P向下滑动时，用“↑”表示增大，用“↓”表示减小，用“→”表示因果，其分析过程如下．

P下滑：

五、含电容电路的分析方法

分析和计算含有电容的直流电路时，需注意以下几点：

1．电路稳定后，由于电容器所在支路无电流通过，所以在此支路中的电阻无电压降，因此电容器两极间的电压就等于该支路两端的电压．

2．当电容器和电阻并联后接入电路时，电容器两极间的电压与其并联电阻两端的电压相等．

3．电路中的电流、电压变化时，将会引起电容器的充（放）电．如果电容器两端电压升高，电容器将充电；如果电压降低，电容器将通过与它并联的电路放电．

对含有电容器的电路计算应给予充分重视，解决这类问题，要认清电容器与谁并联，电容器的极板间电压等于电路中哪两点间的电压；当电路变化时，极板间电压怎样变化，带电量如何变化，是充电还是放电，充放电电流通过的是哪个回路等．

第三单元  电阻测量与 电流表的改装

知识要点

一、伏安法测电阻

（1）原理：

欧姆定律

（2）电路图，如图7-3-1为伏安法测电阻的两种接法．

（3）误差分析：

采用图甲的接法时，由于电压表的分流，电流表测出的电流值要比通过电阻R的电流大，因而求出的电阻值等于待测电阻和伏特表内阻的并联值，所以测量值比真实值偏小，伏特表内阻比待测电阻大得越多，测量误差越小，因此待测电阻远小于电压表内阻时应采取这种接法．

采用图乙的接法时，由于电流表的分压，电压表测出的电压值要比电阻R两端的电压大，因而求出的是待测电阻与安培表内阻的串联值，所以测量的电阻值比真实值偏大，待测电阻越大，相对误差越小，因此测量电阻远大于电流表内阻_时应采取这种接法．

二、半偏法测量电流表的内阻

如图7-3-2所示电路，闭合S1使电流表指针偏转到满刻度，根据全电路欧姆定律可得:

E=Ig（R＋rg+r）（r为电流表内阻），合上开关S2，保持R不变，调节电阻箱R'使电流表指针偏转到正好是中间刻度，这时有

同时有

解以上三个方程可得

当R+r≥R′时，rg=R′，即电流表的内阻等于此时电阻箱的电阻值．

思考：

如何用半偏法测量电压表的内阻？

三、把电流表改装成电压表

实质是扩大它的电压量程，电流表的内阻Rg为几百欧姆，其满偏电流如果是几百微安，它能承受的最大电压只有Ug＝IgRg，数量级约为10-3V，要把它当做电压表测量一段电路两端的电压，它的量程太小了，为了使它能测更高的电压U，即扩大它的电压量程，需要给它串联一个很大的电阻R，如图7-3-5所示，使得所

测电压U的绝大部分都降到串联电阻R的两端，这样分到电流表G两端的电压Ug就不会超过它的量程了。

图中虚线所围的方框内电路就是改装后电压表的内部电路．如果要把电流表的电压量程扩大到它所承受电压Ug的几倍，也即改装后电压表的量程U=nUg，由串联电路的分压原理可知：

Ug/Rg=U/（Rg＋R）

所以电流表串联的分压电阻为

R=（n-1）Rg．

思考：

如何将量程较小的电流计改装成量程较大的电流表？

四、欧姆表测电阻

欧姆表是根据闭合电路欧姆定律__制成的，可直接读出电阻之值，其结构如图7-3-6所示，其中G为灵敏电流表，满偏电流Ig，内阻为Rg，电源电动势为E，内阻为r,R0为调零电阻．

当红黑表笔不接触时，电流表示数为零，两表笔间电阻为无穷大，当红黑表笔短接时，调节R0使指针满偏：

Ig=E/Rg．当红黑表笔间接Rx时，通过电流表电流I=E/（Rg+RX），每一个Rx对应一个电流I，在刻度盘上标出与I对应的Rx的值，这样即可读出待测电阻阻值，但由上式看出，I与Rx不成比例，故欧姆表刻度不均匀__．

五、多用电表

1．多用电表的表面结构．多用电表可以用来测电流、电压和电阻，又称万用电表，其表面结构如图7-3-7

所示．其表面分为上、下两部分，上半部分为表盘，共有三条刻度线，最上面的刻度线的左端有“∞”，右端标有“O”，是用于测确电阻阻值的．中间的刻度线是用于测

直流电流_和_直流__电压_和_______的，其刻度是分布均匀的，最下面一条刻度线左侧标有

，是用于测交流电压的，其刻度线不均匀．多用电表表面的下半部分为选择开关，周围标有测量功能的区域和量程．将多用电表的选择开关旋转到电流挡，多用电表就能测量电流强度；当选择开关旋转到其他功能区域时，就可用于测量电压或电阻．

多用电表表面还有一对正、负插孔．红表笔插正插孔，黑表笔插负插孔，在插孔上面的旋钮叫__调零旋钮，用它可进行电阻调零．另外，在表盘和选择开关之间还有一个_调零螺丝_，用它可以进行机械调零，即旋转该调零螺丝，可使指针（不接人电路中时）指在__“0”刻线．

2．多用电表可以测二极管的单向导电性．当给二极管加正向电压时，即正极电势比负极电势＿高时，二极管电阻很小，处于导电状态，相当于一个接通的开关；当给二极管加反向电压时，即正极电势比负极电势低时，二极管电阻很大，相当于一个断开的开关．

3．用多用电表测电阻

（1）机械调零：

两表笔断开，观察指针是否指电流零刻度，若不指电流零刻度，应进行　机械调零，使指针指电流零刻度，应调整_调零螺丝_，使指针指电流零刻度．

（2）根据所测电阻的大约阻值，选取合适的挡位．两表笔短接，观察指针是否指_零_，若不指电流满刻度，调节表盘右下方的__调零旋钮_，使指针指在电流满刻度（OΩ处）．（3）将待测电阻接在两表笔之间，待指针稳定后读数．（4）读出指针在刻度盘上所指示的数值，观察选择开关所对应的电阻挡的倍率，用指示数值＿乘以__倍率_，即得测量结果．

六、伏安法测电阻两种接法的选择方法

为减小伏安法测电阻的系统误差，应对电流表外接法和内接法作出选择，其方法是：

（1）阻值比较法：

先将待测电阻的约值和电压表、电流表内阻进行比较，若Rx≤Rv，宜采用电流表外接法，若Rx≥RA宜采用电流表内接法

（2）临界值计算法：

Rv/Rx＞Rx/RA时，用电流表外接法；Rv/Rx＜Rx/RA时，用电流表内接法

（3）实验试探法：

按图7-3-11所示接好电路，让电压表一根接线S先后在a、b处接触一下，如果电压表的示数有较大的变化（电流表的分压作用明显），而电流表的示数变化不大（电压表分流作用不大），则可采用电流表外接法；如果电流表的示数有较大的变化，而电压表的示数变化不大，则可采用电流表的内接法．

七、滑动变阻器两种接法的选择方法及实物连接

1．通常变阻器以限流为主，但在下列情况下，必须选择分压连接方式

（1）题目所提供的实验仪器、电表量程或电阻的最大允许电流不够

（2）变阻器电阻远小于被测电阻或电路中串联的其它电阻阻值

（3）要求回路中某部分电路的电压从零开始连续变化

2．实物图连线应先画出电路图，分清各仪器的正负及连接方式，再按照先干路，后支路，最后连接电压表的原则进行连线，注意连线不能交叉．

八、电学仪器选择的一般思路

仪器选择一般应考虑三方面的因素：

（1）安全因素．如通过电源和电阻的电流超过其允许的最大电流

（2）误差因素．如选用电表量程应考虑尽可能减小相对误差，电压表、电流表要尽可能使指针接近满刻度的量程，其指针应偏转到满刻度的2/3左右；使用欧姆表时宜选用指针尽可能在中间刻度附近的倍率档位．

（3）便于操作．如选用滑动变阻器应考虑对外供电电压的变化范围既能满足实验要求，又便于调节，滑动变阻器调节时应用到大部分电阻线，否则不便于调节．

第四单元电场的力的性质

一、电荷

1．用丝绸摩擦过的玻璃棒所带电荷是正电荷，用毛皮摩擦过的硬橡胶棒所带的电荷是负电荷，摩擦起电的实质是电子从一个物体转移到另一个物体，是物体电子的得失；

2．研究表明，物体所带电荷的多少只能是电子所带电量的整数倍．因此一个质子或电子带电量的多少叫做元电荷，用符号e表示．最早测量该电荷数值的是美国物理学家密立根，在国际单位制中电量的单位是C，有时也用元电荷e作电量单位，1e=1.6x10-19C．

3．完全相同的带电金属小球相接触，电量的分配规律：

同种电荷总电量平均分配；异种电荷先中和后平均分配．

4．带电体有吸引轻小物体的性质

5．使物体带电的方法有三种：

摩擦起电、感应起电、接触带电

二、关于点电荷的理解

1．点电荷是无大小，无形状，且有电荷量的一个理想化模型．在实际问题中，只有当带电体间的距离比它们自身的大小大得多，以至于带电体的形状和大小对相互作用力的影响可以忽略不计时，带电体才可以视为点电荷．

2．一个带电体能否被视为点电荷完全取决于自身的几何形状大小与带电体之间的距离的比较，与带电体的大小无关．即带电体很小，不一定可视为点电荷，带电体很大，也不一定不能视为点电荷．

三、电荷守恒定律

电荷既不能被创造，也不能被消灭，它只能从一个物体转移到另一个物体，或从物体的一个部分转移到另一个部分，在转移过程中，电荷的总量守恒，这个结论叫做电荷守恒定律，它和能量守恒定律、动量守恒定律一样，是自然界的一条基本规律．

四、库仑定律

1．真空中两个点电荷间的相互作用力，跟它们的电荷量的乘积成正比，跟它们的距离的二次方成反比，作用力的方向在它们的连线上．

2．库仑定律的公式F=k

，F叫库仑力或静电力，也叫电场力，F可以是引力也可以是斥力，K叫静电力常量，公式中各量均取国际单位时，其数值为9.0x109，单位为N·m2／C2．

3．库仑定律适用于点电荷，如果点电荷不止两个，则某点电荷所受的总的作用力应是各点电荷对它作用力的矢量和．

4．不能单纯地从数学意义上去考虑，以为r→0时，由F=kＱ1Ｑ2/r2便可得到F为无穷大了，事实上，当r→0时，带电体便不能看作点电荷，公式也不再适用了．

五、电场

1．电场是由电荷激发的一种看不见摸不着的物质，是一种客观存在的物质，是电荷间相互作用的中间媒介．

2．电场的最基本性质是对方入其中的电荷有力的作用，这种力叫电场力．

六、电场强度

1．定义：

放入电场中某点的电荷所受的电场力F跟它的电荷量q的比值，就是该点的电场强度．

2．定义式：

E=F/q．

3．单位：

电场强度的单位是伏特/米，符号为v/m，1N/C=1V/m．

4．矢量性：

电场强度是矢量，电场强度的方向与正电荷在该点所受的电场力的方向相同．

5．点电荷的电场强度公式．E=kQ/r2

七、电场的叠加原理

空间某点的场强等于同时存在的各电场在该点的场强的矢量和，电场强度的叠加遵守平行四边形定则．

八、电场线及其性质

1．在电场中画出的一系列的从正电荷出发到负电荷终止的曲线，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．

2．静电场电场线的性质

（1）电场线是为了形象的描述电场而假想的，实际不存在的理想模型．

（2）静电场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，是不闭合曲线；任意两条电场线皆不相交．

（3）电场线的疏密表示电场的强弱．

（4）沿电场线的方向电势逐渐降低．

（5）电场线垂直于等势面（线）．

九、匀强电场：

场强方向处处相同，场强大小处处相等的区域为匀强电场．匀强电场中的电场线是等距离的平行线；平行正对的两金属板带等量异号电荷后，在两板之间除边缘外的电场就是匀强电场．

十、对电场强度的三个公式的理解

1．

是电场强度的定义式，适用于任何电场，电场中某点的场强，是由电场本身性质及空间位置决定的确定值，其大小和方向与检验电荷q无关，检验电荷q充当“测量工具”的作用，

是一种测定电场强度的方法．

2．

是真空点电荷所形成的电场的决定式，由点电荷Q和点电荷到某点的距离r决定．

3．

是场强与电势差的关系式，只适用于匀强电场，注意式中d为两点间沿电场方向的距离．

十一、带电粒子在电场中的平衡和非平衡问题

这里说的“平衡”是指带电体加速度为零的静止或匀速直线运动，属“静力学”问题，只是带电体受的外力中包括电场力在内的所有外力，解题的一般思维程序为：

①明确研究对象，②对研究对象进行受力分析，注意电场力的方向，③根据平衡的条件或牛顿第二定律列方程求解．

第五单元电场的能的性质

一、电场力的功

1．特点：

电场力做功与路径无关，只与电荷的初、末位置有关．

2．计算方法：

（1）用WAB=FLABcosθ求电场力的功，仅适用于匀强电场．

（2）用WAB=qUAB求电场力的功，适用于所有电场，计算时可将q、UAB的正、负号代入公式进行计算，根据正、负来确定是电场力做功，还是克服电场力做功．

（3）用电场力做功与电势能变化的关系WAB=-ΔEP来计算，这种方法在知道电势能的值时比较方便．

二、电势能

1．电荷在电场中具有的势能叫做电势能

.2．相对性：

电势能是电荷与所在电场共有的，具有相对性，通常取无穷远处或大地为电势能的零点．

3．电场力做功与电势能改变的关系

（1）电势能增减的判定：

电场力对电荷做正功，电荷的电势能减少，电场力对电荷做负功，电荷的电势能增加．

（2）电势能改变量与电场力的功：

WAB=EPA-EPB=-ΔEP

三、电势

1．定义：

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．电势是标量，只有大小没有方向，其正号表示该点的电势比零电势高，负号表示该点电势比零电势低．