2022年物理选修-知识点归纳电场 .pdf
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1、选修 3-1 知识点总结一、电场1.两种电荷、电荷守恒定律、元电荷(e1.60 10-19C);带电体电荷量等于元电荷的整数倍 2.库仑定律:FKQ Qr122(真空中的点电荷)F:点电荷间的作用力(N);k:静电力常量k9.0 109N?m2/C2;Q1、Q2:两点电荷的电量(C);r:两点电荷间的距离(m);作用力与反作用力;方向在它们的连线上;同种电荷互相排斥,异种电荷互相吸引3.电场强度:EFq(定义式、计算式)E:电场强度(N/C),是 矢量(电场的叠加原理);q:检验电荷的电量(C)4.真空点(源)电荷形成的电场EKQr2r:源电荷到该位置的距离(m),Q:源电荷的电量5.匀强电场
2、的场强ABUEdUAB:AB 两点间的电压(V),d:AB 两点在场强方向的距离(m)6.电场力:FqE F:电场力(N),q:受到电场力的电荷的电量(C),E:电场强度(N/C)7.电势与电势差:UABA-B,UABWAB/q qPE减8.电场力做功:WABqUABqEdEP 减WAB:带电体由A 到 B 时电场力所做的功(J),q:带电量(C),UAB:电场中A、B 两点间的电势差(V)(电场力做功与路径无关),E:匀强电场强度,d:两点沿场强方向的距离(m);EP减:带电体由A到 B时势能的减少量9.电势能:EPAqAEPA:带电体在 A点的电势能(J),q:电量(C),A:A 点的电势
3、(V)10.电势能的变化EP减EPA-EPB带电体在电场中从A位置到 B位置时电势能的减少量11.电场力做功与电势能变化WABEP 减qUAB(电场力所做的功等于电势能的减少量)12.电容 CQ/U(定义式,计算式)C:电容(F),Q:电量(C),U:电压(两极板电势差)(V)13.平行板电容器的电容 SC4 kd(S:两极板正对面积,d:两极板间的垂直距离,:介电常数)常见电容器14.带电粒子在电场中的加速(Vo0):W EK 增或22mVtqU15.带电粒子沿垂直电场方向以速度V0进入匀强电场时的偏转(不考虑重力作用):类平抛运动(在带等量异种电荷的平行极板中:dUE垂直电场方向:匀速直线
4、运动LV0t 平行电场方向:初速度为零的匀加速直线运动22atd,FqEqUammm注:(1)两个完全相同的带电金属小球接触时,电量分配规律:原带异种电荷的先中和后平分,原带同种电荷的总量平分;(2)电场线从正电荷出发终止于负电荷,电场线不相交,切线方向为场强方向,电场线密处场强大,顺着电场线电势越来越低,电场线与等势线垂直;(3)常见电场的分布要求熟记;(4)电场强度(矢量)与电势(标量)均由电场本身决定,而电场力与电势能还与带电体带的电量多少和电荷正负有关;(5)处于静电平衡导体是个等势体,表面是个等势面,导体外表面附近的电场线垂直于导体表面,导体内名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心
5、整理-第 1 页,共 17 页 -部合场强为零,导体内部没有净电荷,净电荷只分布于导体外表面;(6)电容单位换算:1F106F1012PF;(7)电子伏(eV)是能量的单位,1eV 1.60 10-19J;(8)其它相关内容:静电屏蔽、示波管、示波器及其应用、等势面带电粒子在匀强电场中的类平抛运动一、模型原题一质量为m,带电量为q的正粒子从两极板的中部以速度v0水平射入电压为U的竖直向下的匀强电场中,如图所示,已知极板长度为L,极板间距离为d。1初始条件:带电粒子有水平初速度v0 2受力特点:带电粒子受到竖直向下的恒定的电场力mqdU3运动特点:水平方向为匀速直线运动,竖直方向为初速度为零的匀
6、加速直线运动。4 运动时间:若带电粒子与极板不碰撞,则运动时间为0vLt;若带电粒子与极板碰撞,则运动时间可以从竖直方向求得2212tmqdUd,故Uqmdt二、模型特征1特征描述:侧移20)(21vLmqdUy2能量特点:电场力做正功qydUW。电场力做多少正功,粒子动能增加多少,电势能减少多少。3重要结论:速度偏向角的正切200tandmvUqLvvy,位移 偏向角的正切202tandmvUqLLy,即t an2t an,即带电粒子垂直进入匀强电场,它离开电场时,就好象是从初速度方向的位移中点沿直线射出来的。电容器(1)两个彼此绝缘,而又互相靠近的导体,就组成了一个电容器。(2)电容:表示
7、电容器容纳电荷的本领。a 定义式:CQUQU(),即电容C等于Q与U的比值,不能理解为电容C与Q成正比,与U成反比。一个电容器电容的大小是由电容器本身的因素决定的,与电容器是否带电及带电多少无关。b 决定因素式:如平行板电容器CSkd4(不要求应用此式计算)(3)对于平行板电容器有关的Q、E、U、C的讨论时要注意两种情况:a 保持两板与电源相连,则电容器两极板间的电压U不变b 充电后断开电源,则带电量Q不变(4)电容的定义式:CQU(定义式)(5)C由电容器本身决定。对平行板电容器来说C取决于:CSKd4(决定式)(6)电容器所带电量和两极板上电压的变化常见的有两种基本情况:第一种情况:若电容
8、器充电后再将电源断开,则表示电容器的电量Q为一定,此时电容器两极的电势差将随电容的变化而变化。+-+L d U m,qv v0 y名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页,共 17 页 -第二种情况:若电容器始终和电源接通,则表示电容器两极板的电压V为一定,此时电容器的电量将随电容的变化而变化。第二章恒定电流一、电流、电阻和电阻定律1电流:电荷的定向移动形成电流(1)形成电流的条件:内因是有自由移动的电荷,外因是导体两端有电势差(2)电流强度:通过导体横截面的电量Q 与通过这些电量所用的时间t 的比值。(定义)I=Q/t I=Q/t;假设导体单位体积内有n 个电子,电子定向移动
9、的速率为v,假若导体单位长度有N 个电子,则INesv 表示电流的强弱,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在外电路中正负,内电路中负正 单位是:安、毫安、微安1A=103mA=106A 区分两种速率:电流传导速率(等于光速)和电荷定向移动速率(机械运动速率)。I=tq(定义)=tt)ne(sv=tq;I=nesv(微观)RUI;rREI;UPUtWI;BLFI2电阻、电阻定律(1)电阻:加在导体两端的电压与通过导体的电流强度的比值。R=Iu(定义)(比值定义);U-I 图线的斜率,导体的电阻是由导体本身的性质决定的,与 U.I 无关.(2)电阻定律:温度一定时导体的电阻R
10、与它的长度L 成正比,与它的横截面积S成反比。R=SL(决定)(3)电阻率:电阻率是反映材料导电性能的物理量,由材料决定,但受温度的影响电阻率在数值上等于这种材料制成的长为1m,横截面积为1m2的柱形导体的电阻.单位是:m.有些材料 随 t 而(金属)铂用来做温度计;有些材料 随 t 而(半导体);有些材料 几乎不受温度影响(康铜、锰铜)。3半导体与超导体特性:光敏特性、热敏特性和掺杂特性。可制作光敏电阻和热敏电阻。(1)半导体的导电特性介于导体与绝缘体之间,电阻率约为105m 106m(2)半导体的应用:热敏电阻:能够将温度的变化转成电信号,测量这种电信号,就可以知道温度的变化.光敏电阻:光
11、敏电阻在需要对光照有灵敏反应的自动控制设备中起到自动开关的作用.晶体二极管、晶体三极管、电容等电子元件可连成集成电路.半导体可制成半导体激光器、半导体太阳能电池等.(3)超导体超导现象:某些物质在温度降到绝对零度附近时,电阻率突然降到几乎为零的现象.这种现象叫超导现象,处于这种状态下的导体叫超导体。应用:超导电磁铁、超导电机等转变温度(TC):材料由正常状态转变为超导状态的温度我国 1989 年 TC=130K 二、部分电路欧姆定律(1)内容:导体中的电流I 跟导体两端的电压成正比,跟它的电阻R 成反比。(2)公式:RUI(3)适用范围:适用于金属导电体、电解液导体,不适用于空气导体和某些半导
12、体器件(4)图象:导体的伏安特性曲线-导体中的电流随随导体两端电压变化图线,叫导体的伏安特性曲线。I O U O I U 1 2 1 2 R1R2 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页,共 17 页 -常画成 IU 或 UI 图象,对于线性元件伏安特性曲线是直线,对于非线性元件,伏安特性曲线是非线性的.注意:我们处理问题时,一般认为电阻为定值,不可由R=U/I 认为电阻R 随电压大而大,随电流大而小I、U、R 必须是对应关系(对应于同一段电路)即 I 是过电阻的电流,U 是电阻两端的电压三、电功、电功率1电功:电流做功的实质:电场力移动电荷做功,(只有力才能做功);电荷的电
13、势能其它形式的能。电流做功的过程是电能其它形式的能的过程.单位:J;kwh 电场力做的功Wqu=UIt=I2Rt=U2t/R(只适于纯电阻电路)2电功率:电流做功的快慢,即电流通过一段电路电能转化成其它形式能对电流做功的总功率,P=UI;单位:w;3焦耳定律:电流通过一段只有电阻元件的电路时,在t 时间内的热量Q=I2Rt纯电阻电路中WUIt=U2t/R=I2Rt,P=UI=U2/R=I2R;非纯电阻电路WUIt,P=UI 4电功率与热功率之间的关系纯电阻电路中,电功率等于热功率,非纯电阻电路中,电功率只有一部分转化成热功率纯电阻电路:电路中只有电阻元件,如电熨斗、电炉子等非纯电阻电路:电机、
14、电风扇、电解槽等,其特点是电能只有一部分转化成内能规律方法(1)用电器正常工作的条件:用电器两端的实际电压等于其额定电压.用电器中的实际电流等于其额定电流用电器的实际电功率等于其额定功率由于以上三个条件中的任何一个得到满足时,其余两个条件必定满足,因此它们是用电器正常工作的等效条件(2)用电器接入电路时:纯电阻用电器接入电路中,若无特别说明,应认为其电阻不变用电器实际功率超过其额定功率时,认为它将被烧毁.一、串联电路电路中各处电流相同I=I1=I2=I3=串联电路两端的电压等于各电阻两端电压之和.U=U1+U2+U3串联电路的总电阻等于各个导体的电阻之和,即R=R1R2 Rn串联电路中各个电阻
15、两端的电压跟它的阻值成正比(串联电阻具有分压作用制电压表),即1212nnUUUIRRR串联电路中各个电阻消耗的功率跟它的阻值成正比,即21212nnPPPIRRR注意:允许通过的最大电流=各串联电阻额定电流的最上值;允许加的最大电压=允许通过的最大电流R总电路的总功率=各电阻消耗的功率之和.二、并联电路 并联电路中各支路两端的电压相同U=U1=U2=U3 并联电路总电路的电流等于各支路的电流之和I=I1I2I3=并联电路总电阻的倒数等于各个导体的电阻的倒数之和。nRRRR1.11121n 个相同的电阻R 并联 R总=;总电阻比任一支路电阻小名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4
16、 页,共 17 页 -两个支路时R总=特别注意:在并联电路中增加支路条数,总电阻变小三个支路时R总=增加任一支路电阻,总电阻增大 并联电路中通过各个电阻的电流跟它的阻值成反比(并联电阻具有分流作用改装电流表),即 I1R1 I2R2=InRn=U支路电阻越小,通过的电流越大。并联电路中各个电阻消耗的功率跟它的阻值成反比,即P1R1=P2R2=PnRn=U2注意:几条支路并联,允许加的最大电压=和支路额定电压的最小值;总最小的额定电压允许的最大电流R总电路的总功率=各电阻消耗的功率之和一、电源1电源:是将其它形式的能转化成电能的装置2电动势:单位:V。非静电力搬运电荷所做的功跟搬运电荷电量的比值
17、,E=W/q。表示电源把其它形式的能电能本领的大小,等于电路中通过1 C 电量时电源所提供的电能的数值在数值上=电源没有接入电路时两极板间的电压,内外电路上电势降落之和EU外U内3电动势是标量要注意电动势不是电压;电动势与电势差的区别(见表格)电动势电势差物理意义反映电源内部非静电力做功把其它形式的能量转化为电能的情况反映电路中电场力做功把电能转化为其它形式能的情况定义式E=W/q W 为电源的非静电力把正电荷从电源内由负极移到正极所做的功U=W/q W 为电场力把正电荷从电源外部由正极移到负极所做的功量度式E=IR+Ir=U外+U内U=IR 测量动用欧姆定律间接测量用伏特表测量决定因素与电源
18、的性质有关与电源、电路中的用电器有关特殊情况当电源断开时路端电压值=电源的电动势二、闭合电路的欧姆定律(对于给定电源:一般认为E,r 不变,但电池用久后,E 略变小,r 明显增大。)(1)内、外电路内电路:电源两极(不含两极)以内,如电池内的溶液、发电机的线圈等内电路的电阻叫做内电阻r内电路分得的电压称为内电压,外电路:电源两极间包括用电器和导线等,外电路的电阻叫做外电阻R,外电路分得的电压称为外电压(在电闭合电路中两源两极的电压是外电压)名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页,共 17 页 -(2)闭合电路的欧姆定律适用条件:纯电阻电路内容:闭合电路的电流跟电源的电动势成正
19、比,与内、外电路的电阻之和成反比,即I=E/(R+r)研究闭合电路,主要物理量有E、r、R、I、U,前两个是常量,后三个是变量。表达形式:)()()(关系关系关系内外RUErRRURIrREIIUIrEUUUE讨论:1 外电路断开时(I=0),路端电压等于电源的电动势(即 U=E);而这时用电压表测量时,其读数略小于电动势(有微弱电流)2 外电路短路时(R=0,U=0)电流最大为(一般不允许这种情况,会把电源烧坏)(3)路端电压跟负载的关系路端电压:外电路的电势降落,也就是外电路两端的电压UEIr,路端电压随着电路中电流的增大而减小;路端电压随外电阻变化的情况:RI U,反之亦然。电源的外特性
20、曲线路端电压随电流变化的图象:(U 一 I 关系图线)图象的函数表达:UEIr 当外电路断路时(即 R,I 0),纵轴上的截距表示电源的电动势(端);当外电路短路时(R0,U0),横坐标的截距表示电源的短路电流I短=E/r;图线的斜率 的绝对值为电源的内电阻某点纵坐标和横坐标值的乘积为电源的输出功率,在图中的那块矩形的“面积”表示电源的输出功率,该直线上任意一点与原点连线的斜率表示该状态时外电阻的大小;当E/2(即 R=r)时,出最大。50注意:坐标原点是否都从零开始:若纵坐标上的取值不从零开始取,则该截距不表示短路电流。(4).闭合电路的输出功率电源的总功率:P总=IE=IU外十 IU内=I
21、U I2r,(闭合电路中内、外电路的电流相等,所以由外内)电源的输出功率与电路中电流的关系:=;当时,当 时,表明有极值存大。rErEIrrErErEIIrrEIIrrIIEP4)2(4)2(22)(2222222当2EIr时,电源的输出功率最大,24mEPr电源的输出功率与外电路电阻的关系:(等效于如图所示的电路)rRrRERrrRRERrRERIIUrIIEPPP44)()(2222222内总出当 Rr 时(I=E/2r),电源有最大输出功率:rEP42max结论:当外电路的电阻等于电源的内阻时,电源的输出功率最大。要使电路中某电阻R 的功率最大;条件 R=电路中其余部分的总电阻例:电阻R
22、 的功率最大条件是:R=R0+r名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页,共 17 页 -输出功率随外电阻变化的图线(如图所示);由图象可知,I.对应于电源的非最大输出功率P 可以有两个不同的外电阻Rl和 R2,不难证明12rR R II.当 Rr 时,若 R增大,则 P出减小IV.在电源外特性曲线上某点纵坐标和横坐标值的乘积为电源的输出功率,在图中的那块矩形的面积表示电源的输出功率,当2E时,最大。应注意:对于内外电路上的固定电阻,其消耗的功率仅取决于电路中的电流大小电源内阻上的热功率:内内 I2。电源的供电效率rRRrRIRIEUIEIUPP)(22总出当电源的输出功率达最
23、大时,50。(5)电源的外特性曲线和导体的伏安特性曲线联系:它们都是电压和电流的关系图线;区别:它们存在的前提不同,遵循的物理规律不同,反映的物理意义不同;电源的外特性曲线:在电源的电动势用内阻一定的条件下,通过改变外电路的电阻使路端电压随电流变化的图线,遵循闭合电路欧姆定律。UEIr,图线与纵轴的截距表示电动势,斜率的绝对值表示内阻。导体的伏安特性曲线:在给定导体(电阻)的条件下,通过改变加在导体两端的电压而得到的电流随电压变化的图线;遵循(部分电路)欧姆定律。RU;图线斜率的倒数值表示导体的电阻。右图中 a 为电源的U-I 图象;b 为外电阻的U-I 图象;两者的交点坐标表示该电阻接入电路
24、时电路的总电流和路端电压;该点和原点之间的矩形的面积表示输出功率;a 的斜率的绝对值表示内阻大小;b 的斜率的绝对值表示外电阻的大小;当两个斜率相等时(即内、外电阻相等时图中矩形面积最大,即输出功率最大(可以看出当时路端电压是电动势的一半,电流是最大电流的一半)。导体的伏安特性曲线-导体中的电流随随导体两端电压变化图线,叫导体的伏安特性曲线。区分三种图线:电源的外特性曲线路端电压随电流变化的图象:(U 一 I 关系图线)输出功率随外电阻变化的图线规律方法1、电路结构分析电路的基本结构是串联和并联,分析混联电路常用的方法是:节点法:把电势相等的点,看做同一点回路法:按电流的路径找出几条回路,再根
25、据串联关系画出等效电路图,从而明确其电路结构其普遍规律是:凡用导线直接连接的各点的电势必相等(包括用不计电阻的电流表连接的点)。在外电路,沿着电流方向电势降低。凡接在同样两个等势点上的电器为并联关系。不加声明的情况下,不考虑电表对电路的影响。o I U0M(I0,U0)b a I0Im名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页,共 17 页 -1R2R1S2SG2、电表的改装:微安表改装成各种表,关健在于原理(1)灵敏电流表(也叫灵敏电流计):符号为 G,用来测量微弱电流,电压的有无和方向其主要参数有三个:首先要知:微安表的内阻Rg、满偏电流Ig、满偏电压Ug。满偏电流Ig即灵敏
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