一、基本概念
1、電源和電流
(1)電源:從動力學角度看,是把電子從A搬運到B的裝置;從能量轉化的角度講,是通過非靜電力做功把其他形式的能轉化為電勢能的裝置。
(2)恆定電場:由穩定分佈的電荷所產生的穩定的電場。產生恆定電流的電場是電源正負極上的電荷和導線兩側堆積的電荷產生的合電場;在有恆定電流的導體中場強不為零,導體中存在恆定電場,但處於靜電平衡狀態的導體內部場強處處為零。
2、電動勢和內阻
(1)電動勢:非靜電力把正電荷從負極移送到正極所做的功跟被移送的電荷量的比值,電動勢在數值上等於非靜電力把1C的正電荷在電源內從負極移送到正極所做的功。
(2)內阻:電源內部也是由導體組成的,所以也有電阻。內阻和電動勢同為電源的重要參數。
3、門電路:處理數字信號的電路叫數字電路,數字電路主要是研究電路的邏輯功能,數字電路中最基本的電路是門電路,包括“與”門、“或” 門和“非”門,不同的門電路反映不同的邏輯關係。
二、基本定律
1、歐姆定律
(1)內容:導體中的電流跟它兩端的電壓成正比,跟它的電阻成反比。
(2)表達式:
(3)適用條件:適用於金屬導體和電解液導電,不適用於氣體導電。
2、焦耳定律
(1)內容:電流通過導體產生的熱量跟電流的二次方成正比,跟導體的電阻及通電時間成正比。
(2)表達式:
(3)變式表述:
①電流通過純電阻電路做功時,所做的功等於電流通過這段電路時產生的熱量
②電流通過非純電阻電路做功時,電功W=Q+W其他。
3、電阻定律
(1)內容:在温度不變時,同種材料的導體,其電阻R與它的長度L成正比,跟它的橫截面積S成反比;導體的電阻與構成它的材料有關。
(2)變式表述:對某一材料構成的導體在長度。橫截面積一定的條件下,ρ越大,導體的電阻越大。ρ叫做這種材料的電阻率。它反映了材料導電性能的好壞,電阻率越小,導電性能越好。①金屬導體的電阻率隨温度的升高而增大,應用實例:電阻温度計;②某些合金(如錳銅和鎳銅)的電阻率幾乎不受温度變化的影響,應用實例:標準電阻;③半導體的電阻率隨温度的升高而減小,應用實例:熱敏電阻。
4、閉合電路的歐姆定律
內容:閉合電路的電流跟電源的電動勢成正比,跟內、外的電阻之和成反比。
三、串、並聯電路
1、串聯電路的基本特點
(1)串聯電路中,各處的電流相等,即
(2)串聯電路中的總電壓等於各部分的電壓之和,即
(3)串聯電路的總電阻等於各電阻之和,即
(4)串聯電路的總功率等於各電阻消耗的功率之和,即
2、並聯電路的基本特點
(1)並聯電路中,各支路的電壓相等,即
(2)並聯電路中的總電流等於各支路的電流之和,即
(3)並聯電路的總電阻與各支路電阻的關係:
(4)並聯電路的總功率等於各支路消耗的功率之和,即
3、電流表的改裝
(1)將小量程的電流表改裝成大量程的電壓表:串聯一個分壓電阻,利用串聯電路電流處處相等的特點
(2)將小量程的電流表改裝成大量程的電流表:並聯一個分流電阻,利用並聯電路各支路電壓相等的特點
(3)將電流表改裝成歐姆表:串聯一個電源E和一個可變電阻R,利用串聯電路電流處處相等的特點。
四、基本實驗
1、描繪小燈泡的伏安特性曲線
(1)定義:建立平面直角座標系,用縱軸表示電流I,用橫軸表示電壓U,畫出導體的I—U圖線叫做導體的伏安特性曲線。
(2)線性元件:伏安特性曲線是通過座標原點的直線,表示電流與電壓成正比的電學元件,其斜率等於電阻的倒數。
(3)非線性元件:伏安特性曲線不是直線,即電流I和電壓U不成正比的電學元件。應用實例:小燈泡的伏安特性曲線。
2、多用電錶的使用
使用多用電錶時應先進行機械調零,使指針正對電流或電壓的零刻度。
(1)測直流電壓:①將功能選擇開關旋至直流電壓擋;②根據待測電壓的估計值選擇量程,若無法估測,則從大量程到小量程進行試測,確定恰當的量程進行測量;③測量時,與被測用電器並聯,注意紅“+”黑“―”的接法;④根據擋位所指的量程以及指針所指的刻度值,讀出電壓表的示數。
(2)測電流:與電流表原理相同,切記要串聯接入電路。
(3)測電阻:選擇合適的量程,將兩表筆直接接觸,調整“歐姆調零旋鈕”,使指針指向“0Ω”。改變不同倍率的歐姆檔後必須重複這項操作,被測電阻必須與電路斷開。根據二極管的單向導電性,測二極管的正向電阻時,選擇開關旋至低倍率的歐姆檔;測二極管的反向電阻時,選擇開關旋至高倍率的歐姆檔。
3、測定電池的電動勢與內阻
(1)實驗原理:根據閉合電路歐姆定律,關係式:E=U+Ir利用如圖所示的電路測出幾組U和I值,由作出U—I圖像,它在U軸上的截距就是電動勢E,它的斜率的絕對值就是內阻r。注意:有時縱座標的起始點不是0,求斜率的一般式應該是r=。
(2)誤差分析:用如圖所示的電路測量時,對整個外電路而言,電壓表的示數是準確的,電流表的示數比通過電源的實際電流小,所以本實驗的系統誤差是由電壓表的分流引起的。測量的結果是E測
如果把上圖的電錶位置對調,測量的結果是E測=E真,r測>r真,誤差來自電流表,應選用內阻較小的電流表。本實驗因為電源內阻較小,我們選用內接法進行實驗。
電場知識點
【一】
1、電容定義:電容器所帶的電荷量Q與電容器兩極板間的電勢U的比值,叫做電容器的電容
C=Q/U,式中Q指每一個極板帶電量的絕對值
①電容是反映電容器本身容納電荷本領大小的物理量,跟電容器是否帶電無關。
②電容的單位:在國際單位制中,電容的單位是法拉,簡稱法,符號是F。
常用單位有微法(μF),皮法(pF)1μF=10-6F,1pF=10-12F
2、平行板電容器的電容C:跟介電常數成正比,跟正對面積S成正比,跟極板間的距離d成反比。
是電介質的介電常數,k是靜電力常量;空氣的介電常數最小。
3、電容器始終接在電源上,電壓不變;電容器充電後斷開電源,帶電量不變。
【二】
研究帶電粒子在電場中的運動要注意以下三點:
1、帶電粒子受力特點。
2、結合帶電粒子的受力和初速度分析其運動性質。
3、注意選取合適的方法解決帶電粒子的運動問題。
一、帶電粒子在電場中的加速
例1:在真空中有一對帶電平行金屬板,板間電勢差為U,若一個質量為m,帶正電電荷量為q的粒子,在靜電力的作用下由靜止開始從正極板向負極板運動,計算它到達負極板時的速度。
二、帶電粒子在電場中的偏轉
例2:如圖所示,一個質量為m,電荷量為+q的粒子,從兩平行板左側中點以初速度v0沿垂直場強方向射入,兩平行板的間距為d,兩板間的電勢差為U,金屬板長度為L,
(1)若帶電粒子能從兩極板間射出,求粒子射出電場時的側移量。
(2)若帶電粒子能從兩極板間射出,求粒子射出電場時的偏轉角度。
三、帶電粒子的分類
(1)基本粒子
如電子、質子、α粒子、離子等除有説明或有明確的暗示以外,一般都不考慮重力(但並不忽略質量)。
(2)帶電微粒
如液滴、油滴、塵埃、小球等,除有説明或有明確的暗示以外,一般都不能忽略重力。
【三】
1、物體有了吸引輕小物體的性質,就説物體帶了電或有了電荷。
2、兩種電荷
自然界中的電荷有2種,即正電荷和負電荷。如:絲綢摩擦過的玻璃棒所帶的電荷是正電荷;用乾燥的毛皮摩擦過的硬橡膠棒所帶的電荷是負電荷。同種電荷相斥,異種電荷相吸。
相互吸引的一定是帶異種電荷的物體嗎?不一定,除了帶異種電荷的物體相互吸引之外,帶電體有吸引輕小物體的性質,這裏的“輕小物體”可能不帶電。
3、起電的方法
使物體起電的方法有三種:摩擦起電、接觸起電、感應起電
(1)摩擦起電:兩種不同的物體原子核束縛電子的能力並不相同。兩種物體相互摩擦時,束縛電子能力強的物體就會得到電子而帶負電,束縛電子能力弱的物體會失去電子而帶正電。(正負電荷的分開與轉移)
(2)接觸起電:帶電物體由於缺少(或多餘)電子,當帶電體與不帶電的物體接觸時,就會使不帶電的物體上失去電子(或得到電子),從而使不帶電的物體由於缺少(或多餘)電子而帶正電(負電)。(電荷從物體的一部分轉移到另一部分)
(3)感應起電:當帶電體靠近導體時,導體內的自由電子會向靠近或遠離帶電體的方向移動。(電荷從一個物體轉移到另一個物體)
一、基本規律
1、電荷守恆定律
(1)內容:電荷既不能創生,也不能消滅,它只能從一個物體轉移到另一個物體,或者從物體的一部分轉移到另一部分,在轉移過程中,電荷的總量保持不變。
(2)變式表述:一個與外界沒有電荷交換的系統,電荷的代數和不變。
2、庫侖定律
(1)內容:真空中兩個靜止點電荷之間的相互作用力,與它們的電荷量的乘積成正比,與它們距離的二次方成反比,作用力的方向在它們的連線上。
二、電場力的性質
1、電場強度
定義:放入電場中某點的電荷所受的靜電力F跟它的電荷量q的比值,叫做電場強度。電場強度是反映電場的力的性質的物理量,與試探電荷的電荷量q及其受到的靜電力F都無關。
2、電場線:為了形象地瞭解和描述電場中各點的電場強度的大小和方向而假想的線,電場線並不是帶電粒子的運動軌跡。其特點:
(1)電場線是起始於正電荷或無窮遠,終止於無窮遠或負電荷的不閉合的曲線;
(2)電場線在電場中不相交;
(3)用電場線的疏密程度表示電場強度的大小,電場線上某點的切線方向描述該點的電場強度的方向。
實例:
(1)勻強電場的電場線是間距相等、互相平行有方向的直線;
(2)等量同(異)種電荷連線和中垂線上電場強度和電勢的特點。
三、電場能的性質
1、能量描述
(1)電勢能:電荷在電場中具有的勢能。與重力勢能類比,電荷在某點的電勢能,等於靜電力把它從該點移動到零勢能位置時所做的功。
(2)電勢:電荷在電場中的某一點的電勢能與它的電荷量的比值。
(3)等勢面:電場中電勢相同的點構成的面。其特點:①等勢面垂直電場線;②電場線總是從電勢高的等勢面指向電勢低的等勢面,等勢面的疏密程度可表示電場強度的大小;③任意兩個等勢面都不會相交;④在同一等勢面上移動電荷時電場力不做功。
2、能量量度
(1)電場力做功的特點:電場力對電荷做的功只與電荷的初、末位置有關,而與電荷經過的路徑無關;電場力對電荷做正功時,電荷的電勢能減小,電場力對電荷做負功時,電荷的電勢能增加。電場力做的功等於電勢能的減小量。
(2)電場力做功的計算方法表述:
①與電勢能改變量的關係:
②與電勢差的關係:
③根據動能定理計算:
四、靜電場的應用
1、靜電平衡現象
(1)靜電平衡狀態:導體中沒有電荷的定向移動。
(2)靜電平衡的原因:外電場和感應電荷產生的電場所疊加的合電場為零。
(3)靜電平衡的特點:①導體內部的場強處處為零;②淨電荷只分布在導體的外表面,分佈情況與導體表面的曲率有關;③導體是等勢體,導體表面是等勢面,在導體表面上移動電荷,電場力不做功;④導體表面上任一點的電場強度方向垂直該點所在的切面。
(4)靜電平衡的應用實例:尖端放電和靜電屏蔽等。
2、電容器的電容
(1)定義:電容器所帶的電荷量Q與電容器兩極板間的電勢差U的比值。
(2)定義式:
(3)物理意義:電容是表示電容器容納電荷本領的物理量,是由電容器本身的性質(導體的大小、形狀、相對位置及電介質)決定的,與電容器是否帶電無關。
(4)平行板電容器的電容的決定式:,其中S為極板的正對面積,d為極板間的距離,k為靜電力常量,εr為電介質的相對介電常數。利用控制變量法探究C的有關因素。
3、帶電粒子只在電場力作用下的加速與偏轉
(1)加速:作加速直線運動,利用動能定理求解粒子被加速後的速度。
一、電功和電功率
(一)導體中的自由電荷在電場力作用下定向移動,電場力所做的功稱為電功。適用於一切電路。包括純電阻和非純電阻電路。
1、純電阻電路:只含有電阻的電路、如電爐、電烙鐵等電熱器件組成的電路,白熾燈及轉子被卡住的電動機也是純電阻器件。
2、非純電阻電路:電路中含有電動機在轉動或有電解槽在發生化學反應的電路。
在國際單位制中電功的單位是焦(J),常用單位有千瓦時(kW·h)。
1kW·h=3.6×106J
(二)電功率是描述電流做功快慢的物理量。
額定功率:是指用電器在額定電壓下工作時消耗的功率,銘牌上所標稱的功率。
實際功率:是指用電器在實際電壓下工作時消耗的功率。
用電器只有在額定電壓下工作實際功率才等於額定功率。
二、焦耳定律和熱功率
(一)焦耳定律:電流流過導體時,導體上產生的熱量Q=I 2Rt
此式也適用於任何電路,包括電動機等非純電阻發熱的計算。產生電熱的過程,是電流做功,把電能轉化為內能的過程。
(二)熱功率:單位時間內導體的發熱功率叫做熱功率。
熱功率等於通電導體中電流I 的二次方與導體電阻R 的乘積。
一、磁場
1、磁場:磁體或電流周圍存在一種特殊的物質,能夠傳遞磁體與磁體之間、磁體與電流之間、電流與電流之間的相互作用,這種特殊的物質叫磁場。地球由於本身具有磁性而在其周圍形成的磁場叫做地磁場。
2、磁現象的電本質:磁鐵的磁場和電流的磁場一樣,都是由電荷的定向移動產生的。
3、勻強磁場:在磁場的某個區域內,如果各點的磁感應強度大小和方向都相同,這個區域的磁場叫做勻強磁場。
二、磁場的描述
1、磁感線
(1)定義:如果在磁場中畫出一些曲線,使曲線上每一點的切線方向都跟這點的磁感應強度方向一致,這樣的曲線就叫做磁感線。
(2)特點:①磁感線是為了形象的描述磁場而人為假設的曲線;②在磁體的外部,磁感線從北極出來,進入南極;在磁體的內部,由南極回到北極;③磁感線的疏密程度表示磁場的強弱,磁場的方向在過該點的磁感線的切線上;④磁感線是不相交、不相切的閉合曲線。
(3)判斷方法:安培定則(右手螺旋定則)
2、磁感應強度
(1)定義:在磁場中垂直於磁場方向的通電直導線,受到安培力F的作用,安培力F跟電流I和導線長度L的乘積IL的比值。是描述磁場的力的性質的物理量。
(2)公式: 單位:T
(3)變式表述:磁感應強度等於穿過單位面積的磁通量,又叫磁通密度。表達式:
3、磁通量
(1)定義:在磁感應強度為B的勻強磁場中,有一個與磁場方向垂直的平面,面積為S,我們把B與S的乘積,叫做穿過這個面積的磁通量,簡稱磁通。
(2)適用條件:①勻強磁場;②磁感線與平面垂直。
(3)變式表述:穿過某一面積的磁感線的條數。
三、磁場力的性質
1、安培力
(1)大小:
(2)方向—左手定則:伸開左手,使拇指與其餘四指垂直,並且都與手掌在同一平面內;讓磁感線從掌心進入,讓使四指指向電流方向,這時拇指所指的方向就是通電導線在磁場中所受安培力的方向。
(3)變式表述:如果磁感應強度與導線方向成θ角,其表達式:
(4)應用實例:磁電式電流表
2、洛倫茲力
(1)大小:
(2)方向—左手定則:伸開左手,使拇指與其餘四指垂直,並且都與手掌在同一平面內;讓磁感線從掌心進入,讓使四指指向正電荷運動的方向,這時拇指所指的方向就是運動正電荷在磁場中所受洛倫茲力的方向。
(3)特點:洛倫茲力不對帶電粒子做功。
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第三章知識點複習提綱
一、知識要點
1、磁場的產生⑴磁極周圍有磁場。(2)電流周圍有磁場(奧斯特)。
2、磁場的基本性質
磁場對放入其中的磁極和電流有磁場力的作用(對磁極一定有力的作用;對電流只是可能有力的作用,當電流和磁感線平行時不受磁場力作用)。這一點應該跟電場的基本性質相比較。
3、磁感應強度 (條件是勻強磁場中,或ΔL很小,並且L⊥B )。
4、磁感線
⑴用來形象地描述磁場中各點的磁場方向和強弱的曲線。磁感線上每一點的切線方向就是該點的磁場方向,也就是在該點小磁針靜止時N極的指向。磁感線的疏密表示磁場的強弱。
⑵磁感線是封閉曲線(和靜電場的電場線不同)。
地球磁場 通電直導線周圍磁場 通電環行導線周圍磁場
⑶要熟記常見的幾種磁場的磁感線:
一、導體的電阻
(1)定義:導體兩端電壓與通過導體電流的比值,叫做這段導體的電阻。
(2)公式:R=U/I(定義式)
説明:
A、對於給定導體,R一定,不存在R與U成正比,與I成反比的關係,R只跟導體本身的性質有關。
B、這個式子(定義)給出了測量電阻的方法——伏安法。
C、電阻反映導體對電流的阻礙作用
二、歐姆定律
(1)定律內容:導體中電流強度跟它兩端電壓成正比,跟它的電阻成反比。
(2)公式:I=U/R
(3)適應範圍:一是部分電路,二是金屬導體、電解質溶液。
三、導體的伏安特性曲線
(1)伏安特性曲線:用縱座標表示電流I,橫座標表示電壓U,這樣畫出的I-U圖象叫做導體的伏安特性曲線。
(2)線性元件和非線性元件
線性元件:伏安特性曲線是通過原點的直線的電學元件。
非線性元件:伏安特性曲線是曲線,即電流與電壓不成正比的電學元件。
四、導體中的電流與導體兩端電壓的關係
(1)對同一導體,導體中的電流跟它兩端的電壓成正比。
(2)在相同電壓下,U/I大的導體中電流小,U/I小的導體中電流大。所以U/I反映了導體阻礙電流的性質,叫做電阻(R)
(3)在相同電壓下,對電阻不同的導體,導體的電流跟它的電阻成反比。
一、電動勢
(1)定義:在電源內部,非靜電力所做的功W與被移送的電荷q的比值叫電源的電動勢。
(2)定義式:E=W/q
(3)單位:伏(V)
(4)物理意義:表示電源把其它形式的能(非靜電力做功)轉化為電能的本領大小。電動勢越大,電路中每通過1C電量時,電源將其它形式的能轉化成電能的數值就越多。
二、電源(池)的幾個重要參數
(1)電動勢:它取決於電池的正負極材料及電解液的化學性質,與電池的大小無關。
(2)內阻(r):電源內部的電阻。
(3)容量:電池放電時能輸出的總電荷量。其單位是:A·h,mA·h.