物理选修3-1知识点总结.doc
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高中物理选修3-1知识点归纳总结
电磁场学
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2014年9月19日
第一章静电场
第1课时库仑定律、电场力的性质
考点1.电荷、电荷守恒定律
自然界中存在两种电荷：
正电荷和负电荷。
例如：
用毛皮摩擦过的橡胶棒带负电，用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电。
同种电荷互相排斥，异种电荷相互吸引。
1、元电荷：
电荷量的电荷，叫元电荷。
说明任意带电体的电荷量都是元电荷电荷量的整数倍。
2、使物体带电也叫起电。
使物体带电的方法有三种：
①摩擦起电②接触带电③感应起电。
1）摩擦起电：
正点荷：
用绸子摩擦过的玻璃棒所带电荷；
（2）负电荷:
用毛皮摩擦过的橡胶棒所带电荷；
（3）实质：
电子从一物体转移到另一物体
2）接触起电：
实质：
电荷从一物体移到另一物体；
（2）两个完全相同的物体相互接触后电荷平分；
（3）电荷的中和：
等量的异种电荷相互接触，电荷相合抵消而对外不显电性，这种现象）叫电荷的中和；
3）感应起电：
把电荷移近不带电的导体，可以使导体带电
（1）电荷的基本性质：
同种电荷相互排斥、异种电荷相互吸引；
（2）实质：
使导体的电荷从一部分移到另一部分；（3）感应起电时，导体离电荷近的一端带异种电荷，远端带同种电荷；
电荷守恒定律：
电荷既不能被创造，又不能被消灭，它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，电荷的总量保持不变。
考点2.库仑定律（★牢记）
内容：
在真空中静止的两个点电荷之间的作用力跟它们的电荷量的乘积成正比，跟它们之间的距离的平方成反比，作用力的方向在他们的联机上。
公式：
适用条件：
真空中的点电荷。
点电荷：
如果带电体间的距离比它们的大小大得多，以致带电体的形状对相互作用力的影响可忽略不计，这样的带电体可以看成点电荷。
考点3.电场强度（★重要）
1.电场
定义：
存在电荷周围能传递电荷间相互作用的一种特殊物质。
基本性质：
对放入其中的电荷有力的作用。
静电场：
静止的电荷产生的电场
提示：
任何电荷都产生电场
2.电场强度
定义：
放入电场中的电荷受到的电场力F与它的电荷量q的比值，叫做改点的电场强度。
定义式：
E与F、q无关，只由电场本身决定。
单位：
N/C或V/m。
电场强度的三种表达方式的比较
定义式
决定式
关系式
表达式
适用范围
任何电场
真空中的点电荷
匀强电场
说明
E的大小和方向与检验电荷的电荷量以及电性以及存在与否无关
Q：
场源电荷的电荷量
r:
研究点到场源电荷的距离
U:
电场中两点的电势差
d：
两点沿电场线方向的距离
（5）★矢量性：
规定正电荷在电场中受到的电场力的方向为该点电场强度的方向，或与负电荷在电场中受到的电场力的方向相反。
（6）★叠加性：
多个电荷在电场中某点的电场强度为各个电荷单独在该点产生的电场强度的矢量和，这种关系叫做电场强度的迭加，电场强度的叠加遵从平行四边形定则。
考点4.电场线、匀强电场
电场线：
为了形象直观描述电场的强弱和方向，在电场中画出一系列的曲线，曲线上的各点的切线方向代表该点的电场强度的方向，曲线的疏密程度表示场强的大小。
电场线的特点（★掌握）
电场线是为了直观形象的描述电场而假想的、实际是不存在的理想化模型。
始于正电荷或无穷远，终于无穷远或负电荷，电场线是不闭合曲线。
任意两条电场线不相交。
电场线的疏密表示电场的强弱，某点的切线方向表示该点的场强方向，它不表示电荷在电场中的运动轨迹。
沿着电场线的方向电势降低；电场线从高等势面（线）垂直指向低等势面（线）。
匀强电场
⑴定义：
场强方向处处相同，场强大小处处相等的区域称之为匀强电场。
⑵特点：
匀强电场中的电场线是等距的平行线。
平行正对的两金属板带等量异种电荷后，在两板之间除边缘外的电场就是匀强电场。
几种典型的电场线（★能准确画出）
孤立的正电荷、负电荷；等量异种电荷、等量同种电荷；正点电荷与大金属板间、带等量异种电荷的平行金属板间的电场线
第2课时电场能的性质
考点1.电势差★
定义：
电荷在电场中由一点A移动到另一点B时，电场力所做的功与该电荷电荷量的比值就叫做AB两点的电势差，用表示。
定义式：
单位：
矢标性：
标量，当有正负，正负代表电势的高低
考点2.电势★
定义：
电势实际上是和标准位置的电势差，即电场中某点的电势。
在数值上等于把1C正电荷从某点移到标准位置（零电势点）是静电力说做的功。
定义式：
单位：
矢标性：
是标量，当有正负，电势的正负表示该点电势比零电势点高还是低。
考点3.电势能★
1.电场力做功WAB：
（1）电场力做功的特点：
电场力做功与路径无关，只与初末位置有关，即与初末位置的电势差有关。
（2）表达式：
要带正负号计算（适用于任何电场）
（3）电场力做功与电势能的关系
静电力对电荷做功等于电荷电势能的变化量。
结论：
电场力做正功，电势能减少
电场力做负功，电势能增加
2、电势能Ep：
（1）定义：
电荷在电场中，由于电场和电荷间的相互作用，由位置决定的能量。
电荷在某点的电势能等于电场力把电荷从该点移动到零势能位置时所做的功。
（2）定义式：
带正负号计算
（3）特点：
电势能具有相对性，相对零势能面而言，通常选大地或无穷远处为零势能面。
电势能的变化量△Ep与零势能面的选择无关。
3、电势φ：
（1）定义：
电荷在电场中某一点的电势能Ep与电荷量的比值。
（2）定义式：
单位：
伏（V）带正负号计算
（3）特点：
电势具有相对性，相对参考点而言。
但电势之差与参考点的选择无关。
电势是一个标量，但是它有正负，正负只表示该点电势比参考点电势高，还是低。
电势的大小由电场本身决定，与Ep和q无关。
电势在数值上等于单位正电荷由该点移动到零势点时电场力所做的功。
A
B
（4）电势高低的判断方法
根据电场线判断：
沿着电场线方向电势降低。
φA>φB
根据电势能判断：
根据电势的定义式U=W/q来确定
正电荷：
电势能大，电势高；电势能小，电势低。
负电荷：
电势能大，电势低；电势能小，电势高。
结论：
只在电场力作用下，静止的电荷从电势能高的地方向电势能低的地方运动。
考点4.等势面★
定义：
电势相等的点构成的面叫做等势面。
等势面的特点
⑴等势面一定跟电场线垂直,而且电场线总是从电势较高的等势面指向电势较低的等势面
⑶任意两等势面都不会相交
⑷等势面上各点电势相等，在等势面上移动电荷，电场力不做功
⑸电场强度较大的地方，等差等势面较密
（6）规定：
画等势面（或线）时，相邻的两等势面（或线）间的电势差相等。
这样，在等势面（线）密处场强较大，等势面（线）疏处场强小
3.几种常见的等势面如下：
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。
判断非匀强电场线上两点间的电势差的大小：
靠近场源（场强大）的两点间的电势差大于远离场源（场强小）相等距离两点间的电势差。
A
B
C
若AB=BC，则UAB>UBC
5、电势差UAB
（1）定义：
电场中两点间的电势之差。
也叫电压。
（2）定义式：
单位：
伏（V）
（3）特点：
电势差是标量，却有正负，只表示起点和终点的电势谁高谁低。
电场中两点的电势差是确定的，与零势面的选择无关
U=Ed匀强电场中两点间的电势差计算公式。
电场力做功与电势差关系WAB=UABq带正负号计算（适用于任何电场）
考点5.匀强电场中电势差和电场强度的关系
1.匀强电场中电势差U和电场强度E的关系式为：
2.说明⑴只适用于匀强电场的计算⑵式中的d的含义是某两点沿电场线方向上的距离，或两点所在等势面间距。
由此可以知道：
电场强度的方向是电势降落最快的方向。
3.电场强度和电势大小关系：
没有必然联系
考点6.静电现象的应用★
⑴静电感应：
把金属导体放在外电场中，由于导体内的自由电子受电场力作用而定向移动，使导体的两个端面出现等量的异种电荷，这种现象叫静电感应。
⑵静电平衡：
发生静电感应的导体两端面感应的等量异种电荷形成一附加电场，当附加电场与外电场完全抵消时，自由电子的定向移动停止，这时的导体处于静电平衡状态。
⑶处于静电平衡状态导体的特点：
处于静电平衡状态的导体，内部场强处处为零。
（即感应电荷的场强与原场强大小相等方向相反E=E0+E¢=0）
导体外部电场线与导体表面垂直。
处于静电平衡状态的整个导体是个等势体，导体表面是个等势面。
电荷只分布在导体的外表面，与导体表面的弯曲程度有关，越弯曲，电荷分布越多。
第3课时电容器、带电粒子在电场中的运动
考点1.电容器
1.构成：
两个互相靠近又彼此绝缘的导体构成电容器。
2.充放电：
（1）充电：
使电容器两极板带上等量异种电荷的过程。
充电的过程是将电场能储存在电容器中。
（2）放电：
使充电后的电容器失去电荷的过程。
放电的过程中储存在电容器中的电场能转化为其它形式的能量。
3．电容器带的电荷量：
是指每个极板上所带电荷量的绝对值
考点2.电容
1．定义：
电容器所带的电荷量Q与两极板间的电压U的比值
2．定义式：
3．电容的单位：
法拉，符号：
F
4．物理意义：
电容是描述电容器容纳电荷本领大小的物理量，在数值上等于电容器两板间的电势差增加1V所需的电荷量。
5．制约因素：
电容器的电容与Q、U的大小无关，是由电容器本身的结构决定的。
对一个确定的电容器，它的电容是一定的，与电容器是否带电及带电多少无关。
考点3.平行板电容器（★重要）
1．平行板电容器的电容的决定式：
即平行板电容器的电容与介质的介电常数成正比，与两板正对的面积成正比，与两板间距成反比。
2．平行板电容器两板间的电场：
可认为是匀强电场，E=U/d
3．对平行板电容器有关的C、Q、U、E的讨论问题有两种情况。
电容器始终与电源相连，则电容器的电压不变。
电容器充电完毕，再与电源断开，则电容器的带电量不变。
对平行板电容器的讨论：
、、
（Ⅰ）电容器跟电源相连，U不变，q随C而变。
d↑→C↓→q↓→E↓
ε、S↑→C↑→q↑→E不变。
（Ⅱ）充电后断开，q不变，U随C而变。
d↑→C↓→U↑→不变。
ε、S↓→C↓→U↑→E↑。
考点4.带电粒子在电场中的运动（平衡问题，加速问题，偏转问题）（★掌握）
Eq
mg
v0
1、基本粒子不计重力，但不是不计质量，如质子（），电子，α粒子（）,氕（），氘（），氚（）
带电微粒、带电油滴、带电小球一般情况下都要计算重力。
2、平衡问题：
电场力与重力的平衡问题。
mg=Eq
3、加速问题：
若带电粒子仅受电场力且电场力做正功，其电势能减少等于动能增加。
U
v
动能定理：
（1）初速度为零时解得：
（2）初速度不为零时
上述公式适用于匀强和非匀强电场。
可见加速的末速度与两板间的距离d无关，只与两板间的电压有关，但是粒子在电场中运动的时间不一样，d越大，飞行时间越长。
4、偏转问题：
类平抛运动（由两极板间中点射入）
在垂直电场线的方向：
粒子做速度为v0类平抛运动。
在平行电场线的方向：
粒子做初速度为v0、加速度为a的匀变速直线运动。
带电粒子若不计重力，则在竖直方向粒子的加速度
X方向：
Vx=v0；t=L/v0
Y方向：
初速度为零的匀加速直线运动
1．离开电场时侧向偏转量y
2．离开电场时的偏转角φ
提示：
自己推导公式
推论1..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。
推论2.位移和速度不在同一直在线，且tanφ=2tanα
U1
L
v0
y
v
v0
vy
θ
θ
L＇
y＇
飞行时间：
t=L/vO偏向角：
侧向偏移量：
ｙ＇＝
在这种情况下，一束粒子中各种不同的粒子的运动轨迹相同。
即不同粒子的侧移量，偏向角都相同，但它们飞越偏转电场的时间不同，此时间与加速电压、粒子电量、质量有关。
如果在上述例子中粒子的重力不能忽略时，只要将加速度a重新求出即可，具体计算过程相同。
恒定电流
第1课时电路的基本概念、部分电路
考点1.导体中的电场和电流
1.导线中的电场
⑴形成因素：
是由电源、导线等电路组件所积累的电荷共同形成的。
⑵方向：
导线与电源连通后，导线内很快形成了沿导线方向的恒定电场。
⑶性质：
导线中恒定电场的性质与静电场的性质不同。
2．电流
（1）导体形成电流的条件：
①要有自由电荷②导体两端形成电压（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）
⑵电流定义：
通过导体横截面的电量跟这些电荷量所用时间的比值叫电流。
公式：
（Q取正负电荷绝对值的和）
⑶电流是标量但有方向，规定正电荷定向移动的方向为电流的方向（或与负电荷定向移动的方向相反）单位：
A，1A=103mA=106μA
⑷微观表达式:
I=nqvs，n是单位体积内的自由电荷数，q是每个自由电荷电荷量，s是导体的横截面积，v是自由电荷的定向移动速率。
（适用于金属导体）.
⑸电流的分类：
方向不改变的电流叫直流电流，方向和大小都不改变的电流叫恒定电流，方向改变的电流叫交变电流。
考点2.电动势
1.非静电力：
根据静电场知识可知，静电力不可能使电流从低电势流向高电势，因此电源内部必然存在着从负极指向正极的非静电力。
2.电源电动势定义：
在电源内部，非静电力把正电荷从负极送到正极所做的功跟被移送电荷量的比值，即
3、物理意义：
反映电源把其它形式的能转化为电势能本领的大小，在数值上等于非静电力把1C的正电荷在电源内部从负极送到正极所做的功。
注意：
①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。
②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。
③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。
4．电源（池）的几个重要参数
①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。
②内阻（r）:
电源内部的电阻。
③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。
考点3.欧姆定律（★重要）
1.内容：
导体中的电流I跟导体两端的电压U成正比，跟它的电阻R成反比。
2.公式：
3.适用条件：
适用与金属导电和电解液导电，对气体导体和半导体组件并不适用。
4.导体的伏安特性曲线：
用表示横坐标电压U，表示纵坐标电流I，画出的I-U关系图线，它直观地反映出导体中的电流与电压的关系。
考点4：
串并联电路的特点（★牢记）
几点注意事项：
①几个相同的电阻并联，总电阻为一个电阻的几分之一；
②若不同的电阻并联，总电阻小于其中最小的电阻；
③若某一支路的电阻增大，则总电阻也随之增大；
④若并联的支路增多时，总电阻将减小；
⑤当一个大电阻与一个小电阻并联时，总电阻接近小电阻。
1．电流表：
（1）构造：
主要由永磁体和放入其中的可转动的线圈组成．
（2）工作原理：
当线圈中有电流通过时，线圈在磁场力的作用下带着指针一起偏转，电流越大，指针偏转的角度越大，从表盘上即可读出电压或电流值．
（3）三个主要参数
①内阻Rg：
电流表的内电阻．
②满偏电流Ig：
指针偏转到最大刻度时的电流，也叫电流表⑥的量程．
③满偏电压Ug：
电流表通过满偏电流时加在电流表两端的电压．
（4）三个参数间的关系：
Ug=IgRg
2．电压表（V）的改装
电流表的电压量程较小Ug=IgRg，当改装成较大量程为U的电
压表时，应串联一个电阻R如图所示，因为串联电阻有分压作用，
因此叫做分压电阻，电压扩大量程倍数n＝U／Ug
则U=IgRg+IgR
需要串联的电阻为R=（n-1）Rg
改装后的电压表内阻为：
Rv=R+Rg
3．电流表（A）的改装
（1）将量程为Ig表头改装成量程为I电流表应并联一个电阻R，如图所示，因为并联电阻有分流作用，因此叫做分流电阻．扩大量程倍数n＝I／Ig
则需要并联的分流电阻R＝Rg／（n一1）．
改装后的电流表内阻等于Rg与R并联时的总电阻．
4.伏安法测电阻电表接法
5．试触法
用伏安法测电阻时，若不知被测电阻的大概值，为了减小测量误差，如何选择正确电路连接
采用试触法：
可将电路如图所示连接，只空出电压表的一个接头S，
然后将S分别与a、b接触一下，观察电压表和电流表的示数变化
情况．若电流表示数有显著变化，说明电压表的分流作用较强，即
Rx是一个高阻值电阻，应选用内接法，S应接b测量．若电压表示数有显著变化，说明电流表的分压作用较强，即Rx是一个低阻值电阻，应选用外接法，S应接a测量．
6．滑动变阻器连接方式（★）
Rx
Rx+R0
E
（1）限流式接法：
电路中变阻器起限流作用，负载Rx上的电压可调范围
为～E，电压变化范围较小；消耗能量少；
适应于用电器电阻阻值与变阻器阻值相当的电路。
（2）分压式接法：
电路中变阻器起分压作用，滑片自A端向B端滑动时，负
载上电压的范围为0～E，显然比限流时调节范围大，但消耗能量多，对于
要求电压变化范围大的，或滑动变阻器总阻值较小的，使用此连接方式
考点5.电功和电功率、焦耳定律
1.电功：
在电路中，导体中的自由电荷在电场力的作用下发生定向移动而形成电流，在此过程中电场力对自由电荷做功，在一段电路中电场力所做的功，用W=Uq=UIt来计算。
2.电功率：
单位时间内电流所做的功，P=W/t=UI
3.焦耳定律：
电流流过导体产生的热量，有Q=I2Rt来计算
4.热功率：
P=I2R
5.电动机三种功率的关系（电功率，热功率，输出功率）
考点6.电阻定律、电阻率
1.电阻定律：
同种材料的导体，其电阻与它的长度成正比与它的横截面积成反比，导体的电阻还与构成它的材料及温度有关，公式：
2.电阻率：
上式中的比例系数ρ（单位是Ωm），它与导体的材料温度有关，是表征材料导电性质的一个重要的物理量，数值上等于长度1m，截面积为1m2导体的电阻值。
第2课时闭合电路欧姆定律及电路分析
考点1.电动势
1.物理意义：
反映电源把的能其它形式转化为电势能本领的大小的物理量，它由电源本身的性质决定。
2.大小：
（在数值上等于）①在电源内部把1C的正电荷在从负极送到正极非静电力所做的功。
②电源没有接入电路时两极间的电压。
③在闭合电路中内外电势降落之和。
考点2.闭合电路欧姆定律（★重要）
1.内容:
闭合电路里的电流跟电源的电动势成正比，跟整个回路的电阻成反比。
2.表达式：
闭合电路欧姆定律的三种表达式：
E=IR+Ir，E=U内+U外，以及I=E/（R+r）
3.路端电压与负载R（外电路电阻的关系）
路端电压：
外电路两端的电压，即电源的输出电压
路端电压与外电阻关系：
U=IR（路端电压随外电阻增大而增大）
根据I=E/（R+r）,U内=Ir，E=U内+U外,当E、r一定时：
外电路电阻（断路）
外电路电阻（短路）
路端电压与电流关系：
U=E-Ir理解图象意义
考点3.闭合电路的功率
考点4：
多用电表的原理和使用
1.欧姆表测量电阻
（1）欧姆表构造如图所示，G是内阻为Rg、满偏电流为Ig的微安表，R0是调零电阻，电池的电动势为E，内阻为r，黑表笔接电池正极，红表笔接电池负极．
（2）欧姆表原理欧姆表是根据闭合电路欧姆定律制成的．当红、黑表笔
间接入待测电阻Rx时，此时通过G表的电流为I，则：
应当注意，欧姆表刻度是不均匀的．
（3）注意事项：
①使用前进行机械调零，使指针指在电流表的零刻度．②要使被测电阻与其他元件和电源断开，不能用手接触表笔的金属杆．③合理选择量程，使指针尽量在中间位置附近．④使用欧姆档的另一量程时，一定要重新进行电阻调零（即换档调零）。
⑤读数时，应将表针示数乘以选择开关所指的倍率．⑥测量完毕，拔出表笔，开关置于交流电压最高挡或OFF挡，若长期不用，取出电池。
【注意】欧姆表测电阻时，指针越接近半偏位置，测量结果越准确。
2．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E＝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，
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