⑶等势面:①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。②等势面一定与电场线垂直。点电荷的等势面是以点电荷为圆心的同心球面,匀强电场的等势面是与电场线垂直的平面。 ⑷注意点
⑴电荷移动与电势:①电场力对电荷做功(正功),电荷的电势能一定减少。②如果放入初速度为零的正电荷,则它是从电势高的地方向电势低的地方移动。但正电荷在电场力作用下的移动,不一定是从电势高的地方向电势低的地方移动,因为还要考虑电荷是否有初速度及初速度的方向。
⑵计算电场力做时,W=qU适用于任何电场,电场力对q做功与路径无关,W=qES适用于匀强电场,其中S是沿电场方向的位移(即与移动路径无关)。
⑶分析问题:分析电荷在电场中的情况,要尽量借助电场线,通过受力分析和运动状态分析去判断电荷的运动、电场力做功。 5.静电屏蔽
⑴静电平衡状态:①导体中(包括表面)没有电荷的定向移动的状态。②处于静电平衡状态的导体,内部的场强处处为零。③导体是一个等势体。
⑵静电屏蔽:处一于静电平衡状态的导体内部区域,不受外部电场的影响。 6.带电粒子在电场中的运动
⑴加速:V0=0时,qU=mV2 /2,在匀强电场中a=Eq/m
⑵带电粒子在匀强电场中的偏转:①类似平抛运动。②运动时间:t=L/V0,其中L为电场的宽度(或电容极板长度),初速度V0⊥E。③侧位移和偏转角:根据a=Eq/m=qU/md,L=V0t, 得
qUL212Y?at?222mdV0,根据tgθ=Vt /V0,Vt=at,得
tg??qUL2mdV0。
带电粒子从平行板电容器的一端垂直于场强方向射入电场,从另一端离开时,它的速度方向的延长线与入射方向延长线的交点,正好是板间相当于板长的中点。
如果粒子先通过电U1加速,垂直进入电压U2中的匀强电场:Y=U2 L2 /4dU1,tgθ=U2 L/2dU1,说明侧位移Y与偏转角θ与粒子的带电量q和质量m无关,即不同的粒子的轨迹相同。
带电粒子在电场中运动时,是否要考虑重力作用,要根据具体情况决定,基本粒子(电子、质子、α粒子、离子等),除有说明的外,一般不考虑重力,而液滴、颗料、微粒、小球等,除注明不考虑重力外,则一般要考虑重力。 7.电容器
⑴电容和电容器:①电容表示电容器容纳电荷的本领。使电容器的两极板间的电势差增加1伏所需的电量,叫电容器的电容。②两个彼此绝缘而又互相靠近的导体就可组成一个电容器。
⑵定义式:C=Q/U(=ΔQ/ΔU),表示C与Q、U的大小无关,同一电容器,当U变化时,Q也随着变化,但Q/U的值保持不变,1F=106μF=1012pF。
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⑶决定量:对平行板电容器的电容C∝εS/d;
⑷电容器中有关Q、E、U、C的变化:①保持与电源相连接:即U不变,当极板距离增大时,C减小,Q也减小,但E=U/d增大。②充电后脱离电源:即Q不变,当极板距离增大时,C减小,U增大,但E不变。 二、稳恒电流 1.电流强度
⑴宏观表达式:I=Q/t,在电解液中,由于存在正、负离子的两向移动,Q是同时通过同一横截面积的正、负离子总电量。
⑴微观表达式:①I=nqv,其中n为单位长度内的自由电荷数。②I=nqvS,其中n为单位体积内的自由电荷数。 2.部分电路的欧姆定律
⑴内容:①I=U/R,本式只适用于金属导体和电解液导电,不适用于气体导电。式中的I、R、U对应同一段电路(无电源)。②电阻定义式:R=U/I,反映导体阻碍电流的性质,本式也是电阻的测量式。③电压降:U=IR,电流通过导体R,要产生的电压降,该式用于计算R两端的电压(电势差)。
⑵I-U图象:表示I随U的变化而变化,对同一电阻,比值U/I是个定值,图线斜率=1/R,即斜率越大,R越小。 3.电阻定律
⑴表达式:R=ρL/S;ρ与材料、温度有关,金属温度升高时,ρ增大,它的单位是:欧·米。
⑵应用:滑动变阻器和电阻箱都是利用电阻定律做成的。
超导现象:当温度降到某一数值时,某种材料的电阻率突然减小到零的现象。导体由普通状态超导态转变时的温度叫超导的转变温度。 4.半导体
⑴特性:①电阻率随温度的升高而减小。②它的导电性能受外界条件的影响很大,温度的变化、光照、掺入其他物质,都可使它的导电性能发生显著的变化。 ⑵主要应用:热敏电阻,光敏电阻,晶体二极管和三极管等。 5.电功、电功率、焦耳定律
⑴电功:W=qU=IUt;1度电=1千瓦时=360000焦
2 ⑵电功率:①P=W/t=IU。②电源总功率=Iε; 输出功率=IU=I(ε-Ir); 热功率=I(R+r);
电源效率=U/ε
⑶电热和焦耳定律:Q=I2Rt;
⑷用电器的额定值:用电器长时间正常工作的最大值。包括额定电压、电流和功率。机器上铭牌上所标示的值是它的额定值。在实际应用中,如工作电压不等于额定电压时消耗的功率为实际功率。
⑸电功和电热:在纯电阻电路上,W=Q=IUt=I2Rt=U2t/R,非纯电阻电路上,W>Q,其
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中W=IUt,Q=I2Rt=U2t/R。
在电动中,输入功率=IU,发热功率=I2r,输出机械功率=IU-I2r,当电动机转子未转动时,I=U/r(在电动机正常转动时,I=P/U)。对有电动机的闭合电路,干路电流I=(E-U?)/(R+r),其中U?是电动机两端电压,R是外电路总电阻(不包括电动机电阻)。 6.特殊电路
⑴有表电路:①电表为理想电表时,认为电流表的内阻=0,电压表的内阻=∞,电流表串联入电路或电压表并联在电路两端时,对电路不产生影响。②如果电流表和电压表并不是理想电表,则要把它们作为一个电阻处理,电流表的读数为通过它内阻的电流,电压表的示数为它的内阻两端的电压。
⑵电容电路:电容接在电路中,除充电或放电过程,当电路稳定后,可认为该支路没有电流,它两端的电压等于所并联电路的电压,此时串联在该支路的电阻两端的电压都为零。 7.闭合电路的欧姆定律
⑴电动势:表征电源把其他形式的能转化为电能的本领,它在数值上等于电源无接外电路时两极间的电压,也等于外电压和内电压之和,且等于电路通过1库仑电量时电源提供的电能。
⑵端电压:U=IR=ε-Ir;U随R的增大而增大,R=0时,U=0,R→∝时U=ε。 8.电流表和电压表
⑴主要物理值:它们均由小量程的电流表改装而成,小量程的电流表的主要物理量有: Rg:电流表的内阻;Ig:满偏电流;Ug=IgRg:满偏电压。
⑵改装方法:改装成量程为U的电压表时,串联一个分压电阻R,按U=Ig(Rg+R)计算R。 改装成量程为I的电流表时,并联一个分流电阻R,按I=Ig+IgRg/R计算R。 9.电阻的测量
⑴伏安法:根据R=U/I,通过测量RR。
①外接法:如右上图,电压表的读数大于通过RX的电流。测量值比真实值小,电压。测量值比真实值大,适于测大电阻。
⑵欧姆表法:满偏电流Ig =ε/(R+rg +r);接入RX时的电流I=ε/(R+rg+r+RX );刻度盘中值电阻=R+rg +r(表头总内阻)。 10.注意点
⑴电路中某一电阻的阻值变化,将引起总电阻的变化(断开一个电阻、或一个电阻阻值变大,整个电路的总电阻变大,反之,一个电阻短路或阻值变小,总电阻也变小),因此,电路中的电流强度、电压等都要变化,解题时,要根据新的变化分析。
⑵如果电路中要求电路变化时,某些物理量保持一定的值,如:电灯正常发光,电表不超量程等,解题时可把它们作为固定的已知量且注意在电路变化时,如何使它们保持不变。
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V A Rx 两端的电压和通过R的电流计算等于RX两端电压,电流表的读数适于测小电阻;
V A Rx ②内接法:如右下图。电流表的读数等于通过RX的电流,电压表的读数大于RX两端的
⑶电路计算和分析中,要注意物理量所代表的是哪一部分,它与其他部分有什么关系,应选用哪一公式进行分析(如端电压,可用U=IR或U=ε-Ir)。 三、磁场:
1.磁场的产生和方向
⑴产生:①磁铁和电流周围存在磁场,奥斯特实验说明电流周围存在磁场(电流的磁效应)。②磁场是一种特殊的物质,磁极与磁极、磁极与电流、电流与电流之间的相互作用是通过磁场发生的。同向电流间存在引力,异向电流间存在斥力。
⑵方向:①规定放在磁场中任一点的小磁针N极的受力方向(或静止时N极的指向)就是那一点磁场的方向。②磁感线上每一点的切线方向都与该点的磁场方向相同。
⑶地磁场:分布大致像一个条形磁铁外面的磁场,其中地球南极是地磁场的N极,地球北极是地磁场的S极。在研究问题时,可认为存在由南向北的水平分量和竖直向上(南半球)或竖直向下(北半球)分量。 2.磁感线
是一种假想的曲线。是闭合曲线,线上每一点的切线方向都与该点的磁场方向相同,曲线的疏密能定性地表示磁场的强弱。电流的磁感线方向可用安培定则判断。 3.磁感强度和磁通量:
⑴磁感强度:①意义:用于描述磁场强弱的量,它的方向即磁场的方向。磁场最基本的性质是对放入其中的磁极或运动电荷有磁场力的作用。②定义式:B=F/IL,B与F、I、L无关。垂直于磁场方向的1米2面积上磁感线的条数跟那里的磁感应强度的数值相同(如磁感线有2条,磁感应强度=2特)。
⑵磁通量:Φ=BS(B⊥S)-穿过某-面积的磁感线条数;单位:韦。当B与S成θ角时,Φ=BSSinθ; 4.磁场力(安培力)
⑴公式:F=BIL,F⊥B⊥I;当某两量不垂直时,可取垂直分量。当I与B平行时,F=0。 ⑵方向:用左手定则判断。 5.洛仑兹力
⑴公式:①f=Bqv,f垂直B、v决定的平面;②f只改变V的方向,不改变V的大小,它对运动电荷不做功。
⑵带电粒子的匀速圆周运动:①根据BqV=mV2/R,得R=mv/Bq。②T=2πR/V=2πm/Bq(与V无关);在磁场中的运动时间t=θT/2π,其中θ是圆心角。③如果带电小球或液滴在电磁场中作匀速圆周运动,则它所受的电场力(恒力)与重力大小相等、方向相反。 在分析粒子的运动时,要认真作图,要根据它的初速度及受力方向,确定它的圆心位置和半径,并用圆规画它的轨迹。 ⑶其他应用:
①粒子速度选择器:在距离较小的带电平行板电容器中,加有匀强磁场,不同速率的带电粒子,只有速度符合Bqv=Eq(平衡),v=E/B能够通过。
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②质谱仪:粒子经过电场加速qu=mV2/2,以速度V垂直进入磁感强度为B的匀强磁场,通过测量照相底片上的入口处位置和射出位置的距离X(即粒子作匀速圆周运动的直径),结合R=mV/qB,得m=qB2X2/8U。
③回旋加速器:在两个D形盒(两盒间留一个窄缝)加匀强磁场(B垂直盒平面),两盒间接交变电压,带电粒子每次经过盒间窄缝,即被电场加速一次,然后在盒内作匀速圆周运动,半径逐渐加大,但在盒内每次的运动时间(半个周期,它的周期等于交变电压的周期)相同,粒子离开加速器的最大速率由盒的半径决定(V=BqR/m)。
④磁流体发电机:让一束等离子体(含有大量的正、负离子)以速度V射入两块平行的金属板间,板间加有磁场,由于洛仑兹力的作用,正、负离子分别向两板运动,当板上聚集的电荷产生的板间电场对离子的电场力等于洛仑兹力时,板间电压稳定,即qU/d=BqV,U=BdV。此两板相当于一个电源,ε=BdV。
已知电流方向比较两平行金属板的电势高低,要注意电流的形成是由正电荷或电子移动形成的,它们所产生的极板电势高低正好相反。 四、电磁感应:
1.产生感应电流、感应电动势的条件
⑴感应电流:穿过闭合电路的磁通量发生变化(或闭合电路的一部分切割磁感线运动)。 ⑵感应电动势:与产生感应电流的条件相似,但电路不一定要闭合。 2.方向
⑴楞次定律:感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。使用楞次定律判断感应电流方向时,要分步骤画图判断。
⑵右手定则:主要用于判断导体切割磁感线运动产生的感应电流方向。切割部分可作为一个电源,该部分的电流指向的一端即为电源正极。 3.感应电动势的大小
⑴法拉第电磁感应定律:ε=n△Ф/△t,ε与磁通量的变化率成正比,其中的△Ф/△t是一匝线圈的感应电动势,该式所求ε是△t时间内感应电动势的平均值;
⑵瞬时值:ε=BLv,v⊥L⊥B。该式是法拉第电磁感应定律的特殊情况,主要用于导体的一部分切割磁感线运动的计算,如果V与B成θ角,则取垂直分量,或按ε=BLvSinθ计算。
4.自感现象
⑴意义:因导体的电流变化产生的电磁感应现象。自感现象中产生的自感电动势阻碍导体本身电流的变化。
⑵自感电动势大小的影响因素:与电流变化的快慢有关(ΔI/Δt大,E大),与自感系数L(称自感或电感)大小有关(线圈匝数越多,横截面积越大,线圈长度越长,有铁芯时,L越大)。
⑶通断电自感:①通电瞬时,由于线圈中的电流增大,线圈产生自感电动势阻碍电流增大(使电流增大速度减慢),此时的线圈类似一个由大逐渐变小的电阻。②断电瞬间,由于线
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