人教版物理选修3_1知识点汇总

PAGE/NUMPAGES物理选修3-1知识第一章第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eq\o\ac<○,1>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eq\o\ac<○,2>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eq\o\ac<○,3>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0b、两点电荷连线中点附近的电场线非常稀疏,但场强并不为0c、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：电势的相对性：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〔pF1μF=10-6F,1pF=10-12F2、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eq\f是一个定值．<2>比值eq\f反映了导体阻碍电流的性质,叫电阻,R＝eq\f.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：安培常用单位：毫安〔mA、微安〔μA2、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＞eq\r时,用内接法,当Rx＜eq\r时,用外接法,当Rx＝eq\r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<>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＝ρeq\f[<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：eq\f＝eq\f＝…＝eq\f＝__.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：eq\f<1,R>＝eq\f<1,R1>＋eq\f<1,R2>＋…＋eq\f<1,Rn><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＝eq\f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＝eq\f电流定义式已知q和t情况下,可计算I大小R＝eq\f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＝eq\f仅适用于金属导电及电解液导电．<3>对R＝eq\f,R与U、I无关,导体电阻R一定时,U和I成正比,R＝eq\f<ΔU,ΔI>.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,进行电阻调零3、测量前,应把选择开关挡旋转到相应项目的适当量程上,读数时要注意挡位与刻度盘对应,直流电流挡、直流电压挡要注意极性4、欧姆挡的使用需要注意如下几点：<1>合理选择欧姆挡的另一个量程,使指针尽量指在表盘中间位置附近<2>读数时,应将表针示数乘以选择开关所指的倍数<3>不能用手接触表笔的金属部分<4>测量完毕时,要把表笔从测试孔中拔出,选择开关应放置交流电压最高挡或OFF挡,若长期不用多用电表时,还应把电池取出第二章第五节电功率一、电功和电功率1.导体中的自由电荷在电场力作用下定向移动,电场力所做的功称为电功。适用于一切电路.包括纯电阻和非纯电阻电路.纯电阻电路：只含有电阻的电路、如电炉、电烙铁等电热器件组成的电路,白炽灯及转子被卡住的电动机也是纯电阻器件．非纯电阻电路：电路中含有电动机在转动或有电解槽在发生化学反应的电路．在国际单位制中电功的单位是焦〔J,常用单位有千瓦时〔kW·h.1kW·h＝3.6×106J2.电功率是描述电流做功快慢的物理量。额定功率：是指用电器在额定电压下工作时消耗的功率。铭牌上所标称的功率实际功率：是指用电器在实际电压下工作时消耗的功率。用电器只有在额定电压下工作实际功率才等于额定功率．二.焦耳定律和热功率1.焦耳定律：电流流过导体时,导体上产生的热量Q=I2Rt此式也适用于任何电路,包括电动机等非纯电阻发热的计算.产生电热的过程,是电流做功,把电能转化为内能的过程2.热功率：单位时间内导体的发热功率叫做热功率．热功率等于通电导体中电流I的二次方与导体电阻R的乘积．3．电功率与热功率〔1区别：电功率是指某段电路的全部电功率,或这段电路上消耗的全部电功率,决定于这段电路两端电压和通过的电流强度的乘积；热功率是指在这段电路上因发热而消耗的功率．决定于通过这段电路电流强度的平方和这段电路电阻的乘积．〔2__对纯电阻电路,电功率等于热功率；对非纯电阻电路,电功率等于热功率与转化为除热能外其他形式的功率之和．4、电功和电热的关系a.在纯电阻电路中,电流做功,电能完全转化为电路的内能.因而电功等于电热,有：b.在非纯电阻电路中,电流做功,电能除了一部分转化为内能外,还要转化为机械能、化学能等其他形式的能.因而电功大于电热,电功率大于电路的热功率。.即有：W=UIt=E机、化+I2Rt或UI=I２R+P其他三.闭合电路中的功率1.由闭合电路欧姆定律知：E=U外+U内得：IE=IU外+IU内此式反映了闭合电路中的能量转化关系。其中：IE——表示电源提供的电功率IU外——表示外电路消耗的电功率IU内——表示内电路消耗的电功率2.电源的功率P总：电源将其他形式的能转化为电能的功率,也称为电源的总功率。公式：P总=IE普遍适用只适用于外电路为纯电阻的电路。电源内阻消耗功率P内：电源内阻的热功率,也称为电源的消耗功率。公式：P内＝I2r电源的输出功率P出：外电路的消耗功率。公式：P出＝IU外普遍适用P出只适用于外电路为纯电阻的电路。闭合电路上功率分配关系：P总＝P出＋P内即：EI＝UI＋I2r闭合电路上功率的分配关系反映了闭合电路中能量的转化和守恒。3.电源的效率由上式可知,外电阻越大,电源的效率越高4.输出功率与外电阻之间的关系电源的输出功率P输：1、由上式可以知道,当R＝r时,输出功率最大,Pmax＝E2/〔4r,此时电源的效率为50％2、当R>r时,随着R的增大输出功率减少3,当R极在地理的南极附近,地磁的南极在地理的北极附近.2.地磁场:地球由于本身具有磁性而在其周围形成的磁场叫地磁场.注意:⑴地磁极与地理极并不完全重合,它们之间的夹角称为磁偏角。⑵地磁场很弱,其表面的磁场比一条小条形磁铁近旁的磁场弱得多.⑶近百年地球磁场衰减.⑷地磁场的减弱是可能导致地球磁场极性倒转的预兆。3.指南针⑴制做指南针原理:把一块小磁铁放在它可以自由旋转的环境中,例如放到水滑水平面上或用转轴支起来,这就做成了一个指南针.⑵指南针静止时取向:无论小磁铁怎样转动,等它静止下来,它的两端总是一端指南,一端指北,并且指南的一端总指南,指北的一端总指北.通常把指南的一端作标志,并做成针状,因为这端总是指南,所以称为指南针.4.宇宙中很多天体都有磁场.如太阳、月亮、火星等都存在磁场.但它们的磁场有不同的特点.火星上不可使用指南针.三、磁性材料1.磁性材料:通常指磁化后磁性很强的物质<铁磁性物质>2.分类:⑴按磁化后去磁的难易分为两类:①软磁性材料:磁化后容易去磁的物质.剩磁弱,易去磁.适用于需要反复磁化的场合如软铁、硅钢、镍铁合金和锰锌铁氧体、镍锌铁氧体等.②硬磁性材料:磁化后不易去磁的物质.剩磁强,不易去磁.适合制成永久磁铁如碳钢、钨钢、铝镍钴合金和钡铁氧体、锶铁氧体等.⑵按化学成分来分,常见的有两大类:①金属磁性材料;②铁氧体:是以氧化铁为主要成分的磁性氧化物.第三章第二节认识磁场一、磁场初探1.磁体的周围有磁场2.奥斯特实验的启示：——电流能够产生磁场,运动电荷周围空间有磁场导线南北放置3.安培的研究：磁体能产生磁场,磁场对磁体有力的作用；电流能产生磁场,那么磁场对电流也应该有力的作用。磁场的基本性质①磁场对处于场中的磁体有力的作用。②磁场对处于场中的电流有力的作用。磁场的来源：磁体、电流二、磁场的方向物理学规定：在磁场中的任一点,小磁针北极受力的方向,亦即小磁针静止时北极所指的方向,就是该点的磁场方向。三、图示磁场1.磁感线——在磁场中假想出的一系列曲线①磁感线上任意点的切线方向与该点的磁场方向一致；〔小磁针静止时N极所指的方向②磁感线的疏密程度表示磁场的强弱。2.常见磁场的磁感线永久性磁体的磁场：条形,蹄形直线电流的磁场剖面图〔注意""和"×"的意思箭头从纸里到纸外看到的是点从纸外到纸里看到的是叉环形电流的磁场〔安培定则：让右手弯曲的四指和环形电流的方向一致,伸直的大拇指所指的方向就是环形导线中心轴线上磁感线的方向。螺线管电流的磁场〔安培定则：用右手握住螺旋管,让弯曲的四指所指的方向跟电流方向一致,大拇指所指的方向就是螺旋管内部磁感线的方向。常见的图示：磁感线的特点：1、磁感线的疏密表示磁场的强弱2、磁感线上的切线方向为该点的磁场方向3、在磁体外部,磁感线从N极指向S极；在磁体内部,磁感线从S极指向N极4、磁感线是闭合的曲线〔与电场线不同5、任意两条磁感线一定不相交6、常见磁感线是立体空间分布的7、磁场在客观存在的,磁感线是人为画出的,实际不存在。四、安培分子环流假说1.分子电流假说任何物质的分子中都存在环形电流——分子电流,分子电流使每个分子都成为一个微小的磁体。2.安培分子环流假说对一些磁现象的解释：未被磁化的铁棒,磁化后的铁棒永磁体之所以具有磁性,是因为它内部的环形分子电流本来就排列整齐.永磁体受到高温或猛烈的敲击会失去磁性,这是因为在激烈的热运动或机械振动的影响下,分子电流的取向又变得杂乱无章了。3.磁现象的电本质第三章第三节探究安培力一、安培力的方向安培力——磁场对电流的作用力称为安培力。左手定则：——伸开左手,使拇指与四指在同一个平面内并跟四指垂直,让磁感线垂直穿入手心,使四指指向电流的方向,这时拇指所指的就是通电导体所受安培力的方向。一、安培力方向的判断1．安培力的方向总是垂直于磁场方向和电流方向所决定的平面,在判断安培力方向时首先确定磁场和电流所确定的平面,从而判断出安培力的方向在哪一条直线上,然后再根据左手定则判断出安培力的具体方向．2．已知I、B的方向,可唯一确定F的方向；已知F、B的方向,且导线的位置确定时,可唯一确定I的方向；已知F、I的方向时,磁感应强度B的方向不能唯一确定．3．由于B、I、F的方向关系在三维立体空间中,所以解决该类问题时,应具有较好的空间想像力．如果是在立体图中,还要善于把立体图转换成平面图．二、安培力的大小1．实验表明：把一段通电直导线放在磁场里,当导线方向与磁场方向垂直时,导线所受到的安培力最大；当导线方向与磁场方向一致时,导线所受到的安培力等于零；当导线方向与磁场方向斜交时,所受到的安培力介于最大值和零之间．2．磁感应强度<1>定义：当通电导线与磁场方向垂直时,通电导线所受的安培力F跟电流I和导线长度L的乘积IL的比值叫做磁感应强度．对磁感应强度的理解1．公式B＝F/IL是磁感应强度的定义式,是用比值定义的,磁感应强度B的大小只决定于磁场本身的性质,与F、I、L均无关．2．定义式B＝FIL成立的条件是：通电导线必须垂直于磁场方向放置．因为磁场中某点通电导线受力的大小,除了与磁场强弱有关外,还与导线的方向有关．导线放入磁场中的方向不同,所受磁场力也不相同．通电导线受力为零的地方,磁感应强度B的大小不一定为零,这可能是电流方向与B的方向在一条直线上的原因造成的．3．磁感应强度的定义式也适用于非匀强磁场,这时L应很短,IL称作"电流元",相当于静电场中的试探电荷．4．通电导线受力的方向不是磁场磁感应强度的方向．5．磁感应强度与电场强度的区别磁感应强度B是描述磁场的性质的物理量,电场强度E是描述电场的性质的物理量,它们都是矢量,现把它们的区别列表如下：磁感应强度是矢量,遵循平行四边形定则．如果空间同时存在两个或两个以上的磁场时,某点的磁感应强度B是各磁感应强度的矢量和．3．匀强磁场：如果磁场的某一区域里,磁感应强度的大小和方向处处相同,这个区域的磁场叫做匀强磁场．在匀强磁场中,在通电直导线与磁场方向垂直的情况下,导线所受的安培力F＝BIL.1．公式F＝BIL中L指的是"有效长度"．当B与I垂直时,F最大,F＝BIL；当B与I平行时,F＝0.2．弯曲导线的有效长度L,等于连接两端点直线的长度,如图3－3－4；相应的电流沿L由始端流向末端．1.当电流与磁场方向垂直时,F=ILB2.当电流与磁场方向夹θ角时,F=ILBsinθ三、磁通量1．在磁感应强度为B的匀强磁场中,有一个与磁场方向垂直的平面S,B和S的乘积,叫做穿过这个面积的磁通量．2．公式：Φ＝BS.3．单位：1Wb＝1T·m2.4．当平面和磁场方向不垂直时,穿过它的磁通量就比垂直时小；此时：Φ＝BSsinθ.当平面和磁场方向平行时,穿过这个面的磁通量为零．5．从Φ＝BS可得B＝eq\f<Φ,S>,因此磁感应强度B,又叫做磁通密度。对磁通量的理解1．磁通量表示穿过某一面积磁感线条数<这是在人为规定画磁感线时要使穿过单位面积的磁感线条数等于该处的磁感应强度之后的一种形象说明>．对于匀强磁场Φ＝BS,其中S是垂直于磁场方向上的面积．若平面与磁场不垂直,则要求出它在垂直于磁场方向上的投影面积,才能用上式计算．2．磁通量是标量,其正负不表示大小,只表示与规定的正方向相同或相反．若磁感线沿相反方向通过同一平面,且正向磁感线条数为Φ1,反向磁感线条数为Φ2,则磁通量等于穿过该平面的磁感线的净条数<磁通量的代数和>即Φ＝Φ1－Φ2.3．磁通量的变化量ΔΦ＝Φ2－Φ1.<1>当B不变,有效面积S变化时,ΔΦ＝B·ΔS.<2>当B变化,S不变时,ΔΦ＝ΔB·S.<3>B和S同时变化,则ΔΦ＝Φ2－Φ1.但此时ΔΦ≠ΔB·ΔS.特别提醒：计算穿过某面的磁通量变化量时,要注意前、后磁通量的正、负值,如原磁通量Φ1＝BS,当平面转过180°后,磁通量Φ2＝－BS,磁通量的变化量ΔΦ＝|Φ2－Φ1|＝2BS.第三章第四节　安培力的应用一、直流电动机1．电动机的分类：电动机有直流电动机与交流电动机之分,交流电动机还可分为单相交流电动机与三相交流电动机．2．直流电动机的结构原理如图3－4－3所示,矩形线圈abcd的转轴OO′垂直于匀强磁场B的方向,且线圈平面与磁场方向的夹角为θ.为了便于分析通入恒定电流I时各边的受力情况,首先将立体空间图转化为平面图,即顺着转轴OO′看线圈所看到的结果如图3－4－4所示,ad与磁场方向的夹角就是线圈平面与磁场方向的夹角．1．由于ad边和bc边的电流方向相反,所以两边受到的安培力等大反向．由左手定则知Fad与Fbc总是在一条直线上,其大小为Fad＝Fbc＝BIeq\x\tosinθ.可见线圈平面与磁场方向的夹角不同时,ad、bc两边受到的安培力大小也不同．当θ＝0时,Fad＝Fbc＝0；当＝θ＝eq\f<π,2>时,Fad＝Fbc＝BIeq\x\to.2．由于ab和cd两边中的电流方向始终与磁场垂直,所以ab和cd两边所受安培力不因线圈与磁场的夹角的变化而不同,即Fab＝Fcd＝BIab.3．安培力的力矩：M＝BIab×ad•cosθ2×2＝BIScosθ,其中S为线圈所围的面积．若线圈为n匝,则M＝nBIScosθ.正是安培力的力矩才使线圈发生了转动．二、磁电式电表原理1．电流表中磁铁与铁芯之间的磁场是均匀辐向分布的所有磁感线的延长线都通过铁芯的中心,不管线圈处于什么位置,线圈平面与磁感线之间的夹角都是零度．该磁场并非匀强磁场,但在以铁芯为中心的圆圈上,各点的磁感应强度B的大小是相等的．2．电流表的工作原理如图3－4－6矩形线框两条边所受安培力大小相等,方向相反,大小为F＝BIL,但两力不在一条直线上,两个力形成一对力偶,设两力间距为d,则安培力矩M＝F·d＝BIL·d＝BIS<其中S为线圈面积>．由于线圈由N匝串联而成,所以线框所受力矩应为M1＝NBIS,电流表内的弹簧产生一个阻碍线圈偏转的力矩,已知弹簧产生的弹性力矩M2与指针的偏转角度θ成正比,即M2＝kθ,<其中k由弹簧决定>当M1＝M2时,线圈就停在某一偏角θ上,固定在转轴上的指针也转过同样的偏角θ,并指示刻度盘上的某一刻度,从刻度的指示数就可以测得电流强度．由M1＝M2可得NBIS＝kθ,θ＝·I.从公式中可以看出：<1>对于同一电流表N、B、S和k为不变量,所以θ∝I,可见θ与I一一对应,从而用指针的偏角来测量电流强度I的值；<2>因为θ∝I,θ随I的变化是线性的,所以表盘的刻度是均匀的．第三章第五节　探究洛伦兹力磁场对运动电荷有力的作用——这个力叫洛仑兹力。磁场对电流有安培力的作用,而电流是由电荷定向运动形成的。所以磁场对电流的安培力可能是磁场对运动电荷的作用力的宏观表现。即：1.安培力是洛伦兹力的宏观表现．2.洛伦兹力是安培力的微观本质。一、洛伦兹力的方向洛伦兹力的方向符合左手定则：——伸开左手,使大拇指跟其余四指垂直,且处于同一平面内,把手放入磁场中,磁感线垂直穿过手心,四指指向正电荷运动的方向,那么,拇指所指的方向就是正电荷所受洛伦兹力的方向．若是负电荷运动的方向,那么四指应指向其反方向。关于洛仑兹力的说明：1.洛仑兹力的方向垂直于v和B组成的平面。洛仑兹力永远与速度方向垂直。2.洛仑兹力对电荷不做功3.洛仑兹力只改变速度的方向,不改变速度的大小。——洛仑兹力对电荷只起向心力的作用,故只在洛仑兹力的作用下,电荷将作匀速圆周运动。二、洛伦兹力的大小[理论基础]1.安培力是洛伦兹力的宏观表现；2.洛伦兹力是安培力的微观本质。三、速度选择器1.速度选择器只选择速度,与电荷的正负无关；2.注意电场和磁场的方向搭配。第六节　洛伦兹力与现代技术一、带电粒子在磁场中的运动<1>不加磁场时,观察到电子束的径迹是一条直线<2>加上磁场时,电子束的径迹是一个圆2．当带电粒子在磁场中仅受洛伦兹力作用时,由于洛伦兹力始终与运动方向垂直,故带电粒子做匀速圆周运动,已知电荷量为q的带电粒子,以速度大小为v垂直于磁场方向进入磁感应强度为B的匀强磁场中,其运动轨道半径为：r＝mv/qB；周期为T＝2πm/qB在仅受洛伦兹力作用的情况下,带电粒子在匀强磁场中可以做匀速直线运动,也可以做变速曲线运动,但不可能做变速直线运动．二、带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的分析带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的问题,要求我们能正确地分析、解决．特别是带电粒子在有界磁场中的运动,更为重要．这类问题,重要的是画轨迹,找圆心和求半径,然后再利用圆的知识、牛顿第二定律等进一步求解．1．找圆心、求半径<1>圆心的确定带电粒子进入一个有界磁场后的轨迹是一段圆弧,如何确定圆心是解决此类问题的前提,也是解题的关键．一个最基本的思路是：圆心一定在与速度方向垂直的直线上,举例如下：①已知入射方向和出射方向时,可通过入射点和出射点作垂直于入射方向和出射方向的直线,两条直线的交点就是圆弧轨道的圆心<如图3－6－5所示,图中P为入射点,M为出射点>．②已知入射方向和出射点的位置时,可以通过入射点作入射方向的垂线,连接入射点和出射点,作其中垂线,这两条垂线的交点就是圆弧轨道的圆心<如图3－6－6所示,P为入射点,M为出射点>．<2>运动半径的确定作入射点、出射点对应的半径,并作出相应的辅助三角形,利用三角形的解析方法或其他几何方法,求解出半径的大小,并与半径公式r＝mvqB联立求解．2．时间和角度的分析<1>运动时间的确定由t＝θ2πT确定通过某段圆弧所用的时间,其中T即为该粒子做圆周运动的周期,转过的圆心角越大,所用时间越长．<2>几个有关的角及其关系如图3－6－7所示,粒子做匀速圆周运动时,φ为粒子速度的偏向角,粒子与圆心的连线转过的角度α为回旋角<或圆心角>,AB弦与切线的夹角θ为弦切角,它们的关系为：φ＝α＝2θ.二、质谱仪同位素是原子序数相同、原子质量不同的原子．由于同位素的化学性质相同,不能用化学方法加以区分,可以采用物理方法．质谱仪常用来研究物质的同位素．1．用途：测定带电粒子的荷质比和质量．2．构造3．原理三、回旋加速器2．构造和原理