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高中物理3-1知识点总结


《物理选修 3-1》知识点总结 第一章 静电场 第 1 课时
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。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. 元电荷:(是自然界中最小的电荷量,电荷量 e ? 1.60 ? 10
?19

库仑定律、电场力的性质

c ,是物理学的基本常数

之一用 e 表示,没有正负,也不是物质,虽然电子和质子的电荷量等于一个元电荷,但 电子质子是实实在在的粒子,不是元电荷。)电荷量是不能连续变化的物理量,这是因 为任意带电体的电荷量都是元电荷电荷量的整数倍。 2. 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。 3. 点电荷: (1) 点电荷时只有电荷量而没有大小和形状的理想化模型(类似于质点) (2) 带电体的形状和大小对所研究的有无影响,若无影响或影响可以忽略不计,则 带电体能看作点电荷 (3) 均匀带点球体产生的库仑力,与把电荷集中在球心产生的库仑力一样,因此也 可看作点电荷 考点 2.库仑定律 1. 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连线上。 2. 公式: F ? k

Q1Q2 (式中k ? 9.0 ? 109 N ? m 2 / C 2 ,叫静电力常量) r2

3. 适用条件:真空中的点电荷。 4. 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 1.电场 ⑴ 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。

⑵ 基本性质:对放入其中的电荷有力的作用。 2.电场强度 ⑴ 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, 叫做该点的电场强度。 E 是矢量,规定正电荷受电场力的方向为该点的场强方向,负电荷受电场力的方向与该 点的场强方向相反。 ⑵ 单位:N/C 或 V/m。 ⑶ 电场强度的三种表达方式的比较 定义式 表 达 式 适用 范围 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 任何电场 真空中的点电荷 匀强电场 决定式 关系式

E ? F /q

E ? kQ / r 2

E ?U /d

⑷向量性: 规定正电荷在电场中受到的电场力的方向为改点电场强度的方向, 或与负电荷在 电场中受到的电场力的方向相反。 ⑸迭加性: 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向量 和,这种关系叫做电场强度的迭加,电场强度的迭加尊从平行四边形定则。 考点 4.电场线、匀强电场 1. 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。 2. 电场线的特点 ⑴ 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。 ⑵ 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。 ⑶ 任意两条电场线不相交。 ⑷ 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。 ⑸ 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)。

3. 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并行线。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。 4. 几种典型的电场线 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
考点 1.电势差

电场能的性质

1. 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

WAB

q

就叫做 AB 两点的电势差,用 U AB 表示。

2. 定义式: U AB ?

WAB

q

3. 单位: 伏特(1 V ? 1J C ) 4. 矢标性:是标量,当有正负,正负代表电势的高低 考点 2.电势 ? 1. 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。 2. 定义式: ? A ? U AB ?

W AB (? B ? 0) q

UAB=

V ? 1J C ) 3. 单位: 伏特(1

4. 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. 定义:电荷在电场中某点的电势能在数值上等于把电荷从这一点到电势能为零处(电势 为零)静电力所做的功。 2. 定义式: E P ? q ? ? 3. 单位:焦耳(J) 4. 矢标性:是标量,当有正负,电势能的正负表示该点电势能比零电势能点高还是低。 5. 电场力做功与电势能变化的关系 ⑴静电力对电荷做正功电势能就减小,静电力对电荷做负功电势能就增加。 ⑵静电力对电荷做功等于电荷电势能的变化量,所以静电力的功是电荷电势能变化的量度。 用 E P 表示电势能,则将电荷从 A 点移到 B 点,有

WAB ? q ? U AB ? q? A ? q? B ? EPA ? EPB ? ??EP
考点 4.等势面 1. 定义:电场中电势相等的点构成的面叫做等势面。 2. 等势面的特点 ⑴等势面一定跟电场线垂直 ⑵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电荷在同一等势面上移动时,电场力做功为零 ⑸电场强度较大的地方,等差等势面较密 ⑹几种常见的等势面如下:

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: U ? E ? d 2.说明⑴ U ? E ? d 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。

第 3 课时
考点 1.电容器 1. 2.

电容器、带电粒子在电场中的运动

构成:两个互相靠近又彼此绝缘的导体构成电容器。 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: C ?

Q ?Q ? (是计算式非决定式) U ?U

3.电容的单位:法拉,符号:F

1F ? 106 ?F ? 1012 PF

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 1.平行板电容器的电容的决定式: C ?

1 ?s ?s ? ? 即平行板电容器的电容与介质的介 4?k d d

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 考点 4.带电粒子在电场中的运动 1.带电粒子的加速:对于加速问题,一般从能量角度,应用动能定理求解。若为匀变速直线 运动,可用牛顿运动定律与运动学公式求解。 2. 带电粒子在匀强电场中的偏转:对于带电粒子以垂直匀强电场的方向进入电场后,受到 的电场力恒定且与初速度方向垂直,做匀变速曲线运动(类平抛运动) 。 ⑴处理方法往往是利用运动的合成与分解的特性:分合运动的独立性、分合运动的等时性、 分运动与合运动的等效性。 沿初速度方向为匀速直线运动、 沿电场力方向为初速度为零的匀 加速运动。 ⑵基本关系:

x 方向:匀速直线运动

v x ? v0,L ? v0t
v y ? at ,y ? 1 2 F qU at ,a ? ? 2 m md

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

y?

1 2 1 qU2 L at ? 2 2 2 m d 0v

2.离开电场时的偏转角: φ

tan? ?

vy v0

?

qUL 2 m dv0

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。

第三章 第 1 课时
考点 1.导体中的电场和电流 1.导线中的电场

恒定电流

电路的基本概念、部分电路

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 ⑴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。 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: I ( A) ?

Q(C ) t (S )

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=10 mA=10 μA 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). *说明:导体中三种速率(定向移动速率非常小约 10 m/s,无规律的热运动速率较大约 10 m/s,电场传播速率非常大为光速例如电路合上电键远处的电灯同时亮) 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。
5 -5 3 6

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: 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 E ? W / q *说明: 从能量转化的角度看, 电源是通过非静电力做功把其它形式的能转化为电能的装置。 3.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, 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。

考点 3.

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: R ? ?

L S
2

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 1m 导体的电阻值。 *金属导体的电阻率随温度的升高而变大可以做电阻温度计用, 半导体的电阻率随温度的升 高而减小,有些合金的电阻率不受温度影响。

考点 4.欧姆定律 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: I ? U / R 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。 ⑴线性组件:伏安特性曲线是直线的电学组件,适用于奥姆定律。 ⑵非线性组件:伏安特性曲线不是直线的电学组件,不适用于奥姆定律。

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=I Rt 来计算
2

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

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: I ? E / R 3.路端电压(U 外)即电源的输出电压 U 外=E-Ir 4.路端电压与负载 R(外电路电阻的关系)

考点 3.

闭合电路的功率

第3课时

实验(7) 测定金属的电阻率 实验(8) 描绘小电珠的伏安特性曲线 实验(9) 测定电源的电动势和内阻

实验(10) 练习使用多用电表
考点 1.测定金属的电阻率 一、实验目的 1.学会使用各种常用电学仪器以及正确读数 2.学会使用螺旋测微器以及正确读数 3.学会用伏安法测量电阻的阻值,测定金属的电阻率

二、实验原理 奥姆定律和电阻定律, 用刻度尺测一段金属导线的长度 L,用螺旋测微器测导线的直径 d, 用 电压表和电流表测导体的电阻,由 R ? ?

L RS ?d 2 R 推得? ? ? 电路图如下所示 S L 4L

三、实验器材 被测金属导线、螺旋测微器、毫米刻度尺、电池组、电流表、电压表、滑动变阻器、电 键、导线若干 四、实验步骤 1.用螺旋测微器测量金属导线的直径,再由直径算出金属导线的横截面积。 2. 用毫米刻度尺测量接入电路中的被测导线的长度。 3.按照电路图连接好电路,注意滑动变阻器要调在适当的位置(此图中调在最左端),电 流表、电压表的量程要选择恰当。

4.闭合开关 S,调节滑动变阻器的滑动触片,使电流表、电压表分别有一恰当的读书,并 记录下来。

5.继续调节滑动变阻器的滑动触片,重复步骤 4,做三次,记录下每次电流表、电压表的 读数。 6.打开开关 S,拆除电路,整理好实验器材。 7.处理数据。 五、注意事项 1.由于所测金属导线的电阻值较小,测量电路应该选用电流表外接线路。 2.闭合电键 S 之前,一定要使滑动变阻器的滑片处于恰当的位置。 3.测电阻时电流不宜过大,通电时间不宜过长。 4.求 R 的平均值可以用二种方法:第一种用 F ? U / I 算出各次的测量值,再取平均值; 第二种方法是用 U-I 图像的斜率求出。

考点 2.描绘小灯泡的伏安特性曲线 一、实验目的 1.描绘小灯泡的伏安特性曲线。 2.分析曲线变化规律。 二、实验原理 用电流表测流过小灯泡的电流,用电压表测出加在小灯泡两端的电压,测出多组对应的 U、 I 值,在直角坐标系中描出各对应点,用一条平滑的曲线将这些点连接起来。

三、实验器材 小灯泡、4V~6V 学生电源、滑动变阻器、电压表、电流表、开关、导线若干 四、实验步骤 1.连接电路:将小灯泡、电流表、电压表、滑动变阻器、开关用导线按照电路图连接起来。 2. 测出小灯泡在不同电压下的电流。 移动滑动变阻器触头位置, 测出 12 组左右不同的电压 值 U 和电流值 I,并将测量数据填入已经画好的表格中。 3.画出伏安特性曲线。 ⑴在坐标纸上以 U 为横轴,以 I 为纵轴,建立坐标系。

⑵在坐标纸上描出各做数据对应的点。 注意横纵坐标的比例标度选取要适中, 以使所描图线 占据整个坐标纸为宜。 ⑶将描出的点用平滑的曲线连接起来,就得到小灯泡的伏安特性曲线 4.拆除电路,整理仪器。 五、注意事项 1.电路的连接方式 ⑴电流表应采用外接法:因为小灯泡的电阻很小,与 0~0.6A 的电流表串联式,电流表的分 压影响很大。 ⑵滑动变阻器应采用分压式连接:目的是使小灯泡两端的电压能从 0 开始变化。 2.闭合电键 S 之前,一定要使滑动变阻器的滑片处于恰当的位置(应该使小灯泡被短路)。 3.保持小灯泡电压接近额定值是要缓慢增加,到额定值,记录 I 后马上断开开关。 4.误差较大的点药舍去,U-I 图像应是平滑曲线而非折线。

考点 3.测定电源的电动势和内阻 一、实验目的 1. 测定电池的电动势和内电阻。

二、实验原理 如图 1 所示,改变 R 的阻值,从电压表和电流表中读出几组 I、U 值,利用闭合电路的奥姆 定律求出几组 E、r 值,最后分别算出它们的平均值。此外,还可 以用作图法来处理数据。 即在坐标纸上以 I 为横坐标, U 为纵坐标, 用测出的几组 I、U 值画出 U-I 图像(如图 2)所得直线跟纵轴的交 点即为电动势 E 值,图线斜率的绝对值即为内电阻 r 的值。 三、实验器材 待测电池,电压表( 0-3V ),电流表(0-0.6A),滑动变阻器(10Ω),电键,导线。 四、实验步骤 1.电流表用 0.6A 量程,电压表用 3V 量程,按电路图连接好电路。 2. 把变阻器的滑动片移到一端使阻值最大。 3.闭合电键,调节变阻器,使电流表有明显示数,记录一组数据(I1、U1),用同样方法测 量几组 I、U 的值。 4. 打开电键,整理好器材。

5.处理数据,用公式法和作图法两种方法求出电动势和内电阻的值。

考点 4.练习使用多用电表 一、实验目的 1.为了使电池的路端电压变化明显,电池的内阻宜大些,可选用已使用过一段时间的 1 号 干电池。 2.干电池在大电流放电时,电动势 E 会明显下降,内阻 r 会明显增大,故长时间放电不宜 超过 0.3A,短时间放电不宜超过 0.5A。因此,实验中不要将 I 调得过大,读电表要快,每 次读完立即断电。 3.要测出不少于 6 组 I、U 数据,且变化范围要大些,用方程组求解时,要将测出的 I、U 资料中,第 1 和第 4 为一组,第 2 和第 5 为一组,第 3 和第 6 为一组,分别解出 E、r 值再 平均。 4.画 U-I 图线时,要使较多的点落在这条直线上或使各点均匀分布在直线的两侧。个别偏 离直线太远的点可舍去不予考虑。 这样, 就可使偶然误差得到部分的抵消, 从而提高精确度。 5.干电池内阻较小时路端电压 U 的变化也较小,即不会比电动势小很多,这时,在画 U-I 图线时,纵轴的刻度可以不从零开始,而是根据测得的资料从某一恰当值开始(横坐标 I 必须从零开始)。但这时图线和横轴的交点不再是短路电流。不过直线斜率的绝对值照样还 是电源的内阻,这时要特别注意计算斜率时纵轴的刻度不从零开始。

二、实验原理 多用电表由表头、选择开关和测量线路三部分组成(如图),表头是一块高灵敏度磁电式电 流表,其满度电流约几十到几百 A,转换开关和测量线路相配合,可测量交流和直流电流、 交流和直流电压及直流电阻等。 依据闭合电路奥姆定律制成的, 原理如图所示, 测量直流电阻部分即奥姆表是

当红、黑表笔短接并调节 R 使指针满偏时有: I g ?

?
r ? rg ? R

?

?
R中



当表笔间接入待测电阻 Rx 时,有: I x ?

?
R中 ? Rx



由①②得:

R中 Ix ? ③ 当 Rx=R 中时,Ix=1/2Ig,指标指在表盘刻度中心,故称 R 中 I g Rx ? R中

为奥姆表的中值电阻,由③式可知每一个 Rx 都有一个对应的电流值 Ix,如果在刻度盘上直 接标出与 Ix 对应的 Rx 的值,那么当红、黑表笔分别接触待测电阻的两端,就可以从表盘上 直接读出它的阻值。由于电流和电阻的非线性关系,表盘上电流刻度是均匀的,其对应的电 阻刻度是不均匀的,电阻的零刻度在电流满刻度处。 三、实验器材 多用电表,标明阻值为几欧、几十欧、几百欧、几千欧的定值电阻各一个,小螺丝刀。 四、实验步骤 1.机械调零,用小螺丝刀旋动定位螺丝使指标指在左端电流零刻度处,并将红、黑表笔分 别接入“+”、“-”插孔。 2. 选挡:选择开关置于奥姆表“×1”挡。 3.短接调零:在表笔短接时调整奥姆挡的调零旋钮使指标指在右端电阻零刻度处,若“奥姆 零点”旋钮右旋到底也不能调零,应更换表内电池。

4.测量读数:将表笔搭接在待测电阻两端,读出指示的电阻值并与标定值比较,随即断开 表笔。 5.换一个待测电阻,重复以上 2、3、4 步骤,选择开关所置位置由被测电阻值与中值电阻 值共同决定,可置于“×1”或“×10”或“×100”或“×1k”挡。 6.多用电表用完后,将选择开关置于“OFF”挡或交变电压的最高挡,拔出表笔。 五、注意事项 1.多用电表在使用前,应先观察指标是否指在电流表的零刻度,若有偏差,应进行机械调 零。 2.测量时手不要接触表笔的金属部分。 3.合理选择量程,使指标尽可能指在中间刻度附近.若指针偏角太大,应改换低挡位; 若指针偏角太小,应改换高挡位。每次换挡后均要重新短接调零,读数时应将指标示数乘以 挡位倍率。 4.测量完毕后应拔出表笔,选择开头置 OFF 挡或交流电压最高挡,电表长期不用时应取出 电池,以防电池漏液腐蚀。

第二章 第 1 课时
考点 1. 磁场的基本概念

磁场

磁场、磁场对电流的作用

1. 磁体的周围存在磁场。 2. 电流的周围也存在磁场 3. 变化的电场在周围空间产生磁场(麦克斯韦)。 4. 磁场和电场一样,也是一种特殊物质 5. 磁场不仅对磁极产生力的作用, 对电流也产生力的作用. 6. 磁场的方向——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,就是那一点的磁场方向. 7. 磁现象的电本质:磁铁的磁场和电流的磁场一样,都是由电荷的运动产生的. 考点 2. 磁场的基本性质

1.磁场对放入其中的磁极或电流有磁场力的作用.(对磁极一定有力的作用;对电流只是可 能有力的作用,当电流和磁感线平行时不受磁场力作用)。 2.磁极和磁极之间有磁场力的作用

3.两条平行直导线,当通以相同方向的电流时,它们相互吸引,当通以相反方向的电流时, 它们相互排斥 4.电流和电流之间,就像磁极和磁极之间一样,也会通过磁场发生相互作用. 5.磁体或电流在其周围空间里产生磁场,而磁场对处在它里面的磁极或电流有磁场力的作 用. 6.磁极和磁极之间、磁极和电流之间、电流和电流之间都是通过磁场来传递的. 考点 3。磁感应强度(向量) 1.在磁场中垂直于磁场方向的通电导线,所受的安培力 F 安跟电流 I 和导线长度 L 的乘积

IL 的比值叫做磁感应强度 B ?

F安 Il

,(B⊥L,LI 小)

2.磁感应强度的单位:特斯拉,简称特,国际符号是 T 1T ? 1 3.磁感应强度的方向:

N A?m

就是磁场的方向. 小磁针静止时北极所指的方向,就是那一点的

磁场方向. 磁感在线各点的切线方向就是这点的磁场的方向.也就是这点的磁感应强度的 方向. 4.磁感应强度的迭加——类似于电场的迭加 考点 4. 磁感线

1.是在磁场中画出的一些有方向的曲线, 在这些曲线上, 每一点的切线方向都在该点的磁场 方向上.磁感线的分布可以形象地表示出磁场的强弱和方向. 2.磁感在线各点的切线方向就是这点的磁场的方向. 也就是这点的磁感应强度的方向. 3.磁感线的密疏表示磁场的大小.在同一个磁场的磁感线分布图上,磁感线越密的地方,表 示那里的磁感应强度越大. 4.磁感线都是闭合曲线,磁场中的磁感线不相交. 考点 5.电流周围的磁感应线 1.直线电流的磁感应线:直线电流的磁感线方向用安培定则(也叫右手螺旋定则)来判定: 用右手握住导线,让伸直的大拇指所指的方向跟电流的方向(即正电荷定向运动方向或与负 电荷定向运动方向相反)一致,弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向. 2.通电螺线管的磁感线:通电螺线管的磁感线方向—也可用安培定则来判定: 用右手握住螺线管. 让弯曲的四指所指的方向跟电流的方向一致. 大拇指所指的方向就是螺 线管内部磁感线的方向.也就是说,大拇指指向通电螺线管的北极.(通电螺线管外部的磁

感线和条形磁铁外部的磁感线相似)

考点 6.磁通量 1.磁感应强度 B 与垂直磁场方向的面积 S 的乘积叫做穿过这个面的磁通量Φ ①S 与 B 垂直:Φ=BS 2. 磁通量的单位: ②S 与 B 平行:Φ=0 韦伯,符号是 Wb.1Wb=1Tm
2

③S 与 B 夹角为θ:Φ=BS⊥=BSsinθ

3.磁通量的意义:磁通量表示穿过某一面积的磁感线条数多少。 4. 磁通密度: 从Φ=BS 可以得出 B=Φ/S , 这表示磁感应强度等于穿过单位面积的磁通量, 因此常把磁感应强叫做磁通密度,并且用 Wb/m 作单位.1T=1 Wb/m =1N/A?m 5.磁通量是标量,但是有正负.如果将从平面某一侧穿入的磁通量为正, 则从平面反一侧穿 入的磁通量为负. 考点 7. 安培力的大小:
2 2

在匀强磁场中,在通电直导线与磁场方向垂直的情况下,电流所受的安培力 F 安等于磁感应 强度 B、电流 I 和导线长度 L 三者的乘积. F 安=BIL 通电导线方向与磁场方向成θ角时, F 安=BILsinθ 1.当 I⊥B 时(θ=90°),Fmax=BIL; 2.当 I∥B 时(θ= 0°),Fmin= 0 ; 安培力大小的特点:①不仅与 B、I、L 有关,还与放置方式θ有关。②L 是有效长度,不一 定是导线的实际长度。 *弯曲导线的有效长度 L 等于两端点所连直线的长度, 所以任意形状 的闭合线圈的有效长度 L=0 考点 8. 安培力的方向

1.左手定则: 伸开左手,使大拇指跟其余四个手指垂直,并且都跟手掌在一个平面内,把手放入磁场中,

让磁感线垂直穿入手心,并使伸开的四指指向电流的方向,那么,大拇指所指的方向就是通 电导线在磁场中所受安培力的方向. 2.安培力方向的特点: 总是垂直于 B 和 I 所决定的平面,即 F 安⊥B 且 F 安⊥I(但 B、L 不一定垂直)。 (1)已知 B 和 I 的方向,可用左手定则唯一确定 F 安的方向; (2)已知 B 和 F 安的方向,当导线的位置确定时,可唯一确定 I 的方向; (3)已知 I 和 F 安的方向,不能唯一确定 B 的方向; 考点 9. 磁电式电流表的工作原理

由于这种磁场的方向总是沿着径向均匀地分布的, 在距轴线等距离处的磁感应强度的大小总 是相等的,这样不管线圈转到什么位置,线圈平面总是跟它所在位置的磁感线平行,I 与指 针偏角θ成正比,I 越大指标偏角越大,因而电流表可以量出电流 I 的大小,且刻度是均匀 的,当线圈中的电流方向改变时,安培力的方向随着改变,指标偏转方向也随着改变,又可 知道被测电流的方向。

第 2 课时
考点 1.洛仑兹力

磁场对运动电荷的作用

1.定义:磁场对运动电荷受到的作用力叫做洛仑兹力. 2.大小:F 洛=qvBsinθ ,(θ为 B 与 v 的夹角) (1) 当 v⊥B 时,F 洛 max=qvB; (2)当 v∥B 时,F 洛 min=0 ;

3.洛仑兹力的方向:由左手定则判断。 注意: ① 洛仑兹力一定垂直于 B 和 v 所决定的平面(因为它由 B、V 决定)即 F 洛⊥B 且 F 洛⊥V; 但是 B 与 V 不一定垂直(因为它们由自身决定) ② 四指的指向是正电荷的运动方向或负电荷运动的反方向 4.特点: 洛仑兹力对电荷不做功, 它只改变运动电荷速度的方向, 不改变速度的大小。 原因: F 洛⊥V 5.洛仑兹力和安培力的关系:F 洛是 F 安的微观解释,F 安是 F 洛宏观体现。

考点 2:带电粒子在磁场中的圆周运动 1.若 v∥B,则 F 洛=0,带电粒子以速度 v 做匀速直线运动. 2.若 v⊥B,则带电粒子在垂直于磁感应线的平面内以入射速度 v 做匀速圆周运动. (1) 洛仑兹力充当向心力: qvB ?

m v2 r

(2)轨道半径: r ?

2mEK mv p ? ? qB qB qB

(3)周 期: T ?

2? r 2? m ? v qB
qB m

(4)角 速 度: ω ? (5)频

率: f ?

1 qB ? T 2? m

(6)动

能: E k ?

1 2 (qBr)2 mv ? 2 2m

第 3 课时
考点 1.

带电粒子在复合场中的运动

带电粒子在复合场中的运动

1.带电粒子在电场、磁场和重力场等共存的复合场中的运动,其受力情况和运动图景都比

较复杂,但其本质是力学问题,应按力学的基本思路,运用力学的基本规律研究和解决此类 问题。 2.分析带电粒子在复合场中的受力时,要注意各力的特点。如带电粒子无论运动与否,在 重力场中所受重力及在匀强电场中所受的电场力均为恒力, 它们的做功只与始末位置在重力 场中的高度差或在电场中的电势差有关, 而与运动路径无关。 而带电粒子在磁场中只有运动 (且速度不与磁场平行)时才会受到洛仑兹力, 力的大小随速度大小而变, 方向始终与速度 垂直,故洛仑兹力对运动电荷不做功. 3.带电微粒在重力、电场力、磁场力共同作用下的运动(电场、磁场均为匀强场) ⑴带电微粒在三个场共同作用下做匀速圆周运动:必然是电场力和重力平衡,而洛兰兹力充 当向心力. ⑵带电微粒在三个场共同作用下做直线运动:重力和电场力是恒力,它们的合力也是恒力。 当带电微粒的速度平行于磁场时, 不受洛兰兹力, 因此可能做匀速运动也可能做匀变速运动; 当带电微粒的速度垂直于磁场时,一定做匀速运动。 ⑶与力学紧密结合的综合题,要认真分析受力情况和运动情况(包括速度和加速度)。必要 时加以讨论

考点 2.带电粒子在复合场中的运动实例

运动的带电粒子在磁场中的应用:速度选择器、磁流体发电机、质谱仪、回旋加 速器、电磁流量计、霍尔组件等 1.速度选择器 两平行金属板(平行金属板足够长)间有电场和磁场,一个带电的粒子(重力忽 略不计) 垂直于电、 磁场的方向射入复合场, 具有不同速度的带电粒子受力不同, 射入后发生偏转的情况不同。 如果能满足所受到的洛仑兹力等于电场力,那这一 粒子将沿直线飞出。这种装置能把具有某一定速度(必须满足 V=E/B)的粒子选 择出来,所以叫做速度选择器。而且:在装置确定的情况下,速度选择器所选则的 粒子,与电性无关,只与带电粒子的速度大小方向有关,是名副其实的速度选择 器。 2.磁流体发电机 磁流体发电机是一项新兴技术, 它可以把物体的内能直接转化成电能,两个平行 金属板之间有一个很强的匀强磁场,将一束等离子体(即高温下电离的气体,含 有大量的正、负带电粒子)喷入磁场,这些等离子体在洛仑兹力的作用下,回分 别打在两个金属板上形成电源的正负极,就可以给外电路供电。若外电路接通, 等离子体时刻向两个金属板聚集形成持续电源。

3.质谱仪 质谱仪最初是由汤姆生的学生阿斯顿设计的,让带电粒子飘进加速电场,后进入 偏转磁场最终打在照相底片上,假设粒子质量为 m,电量为 q,加速电场电压为 U,磁感应强度为 B,可以得到打在照相底片的位置距离进入磁场 x ?

1 2m U , B q

从这个结果可以看出如果粒子的电荷量相同而质量不同将打在照相底片的不同 地方,他用质谱仪发现了氖 20 和氖 22,证实了同位素的存在。现在的质谱仪已 经是一种十分精密的仪器,是测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具。 4.回旋加速器:要认识原子核内部的情况,必须把核“打开”进行“观察” 。然 而,原子核被强大的核力约束,只有用极高能量的粒子作为“炮弹”去轰击,才 能把它“打开” 。产生这些高能“炮弹”的“工厂”就是各种各样的粒子加速器, 人们首先想到用电场去加速带电粒子,然而产生很高的加速电压在技术是困难 的。所以就想到了多次(多级)加速的方法:回旋加速器,它用电场加速,磁场 让粒子“转圈圈” 。这样技术上的高压可以通过多次加速实现,且可以减少加速 器装置所占的空间。
5. 电磁流量计: 为监测某化工厂的污水排放量等, 技术人员在排污管末端安装了的流量计. 该 装置由绝缘材料制成,长、宽、高分别为 a、b、c,左右两端开口.在 B 垂直于上下底面方向加磁感应强度大小为 B 的匀强磁场,在前后两个 内侧面分别固定有金属板作为电极.污水(含正负离子)充满管口从 b Q 左向右流经该装置时,由于受到磁场的作用会打在上下两个极板上, a 电压表将显示两个电极间的电压 U.则可以推出污水流量 Q 与电压表 c 的示数 U 有一定的关系。

6.霍尔组件:1879 年美国物理学家 E.H.霍尔观察到,在匀强磁场中放置一个矩 形截面的载流导体,当磁场方向与电流方向垂直时,导体在与磁场、电流方向都 垂直的方向上出现了电势差。 这是因为薄片中的载流子就在洛仑兹力的作用下向 着与电流和磁场都垂直的方向漂移,使得那两个极板间出现电压,这种电压后来 就叫做霍尔电压。它与电流强度、磁感应强度、长方体形导体的厚度都有关系。 利用这种效应制成的组件可以制成多种传感器。例如,由于霍尔组件体积很小, 它可以用来制作探测磁场的探头, 还可以应用在其它与磁场有关的自动控制系统 中。


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