高二物理選修3-1知識點(diǎn)總結(jié)
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高二物理選修3-1知識點(diǎn)
第一章 靜電場
第1節(jié) 電荷及其守恒定律
一、起電方法的實(shí)驗(yàn)探究
1. 物體有了吸引輕小物體的性質(zhì)，就說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(fù)電荷。如：絲綢摩擦過的玻璃棒所帶的電荷是正電荷;用干燥的毛皮摩擦過的硬橡膠棒所帶的電荷是負(fù)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(zhì)，這里的“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(yīng)起電
(1)摩擦起電：兩種不同的物體原子核束縛電子的能力并不相同.兩種物體相互摩擦?xí)r，束縛電子能力強(qiáng)的物體就會得到電子而帶負(fù)電，束縛電子能力弱的物體會失去電子而帶正電.(正負(fù)電荷的分開與轉(zhuǎn)移)
(2)接觸起電：帶電物體由于缺少(或多余)電子，當(dāng)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于缺少(或多余)電子而帶正電(負(fù)電).(電荷從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分)
(3)感應(yīng)起電：當(dāng)帶電體靠近導(dǎo)體時，導(dǎo)體內(nèi)的自由電子會向靠近或遠(yuǎn)離帶電體的方向移動.(電荷從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體)
三種起電的方式不同，但實(shí)質(zhì)都是發(fā)生電子的轉(zhuǎn)移，使多余電子的物體(部分)帶負(fù)電，使缺少電子的物體(部分)帶正電.在電子轉(zhuǎn)移的過程中，電荷的總量保持不變。
二、電荷守恒定律
1. 電荷量：電荷的多少。在國際單位制中，它的單位是庫侖，符號是C。
2. 元電荷：電子和質(zhì)子所帶電荷的絕對值1.6×10-19C，所有帶電體的電荷量等于e或e的整數(shù)倍。(元電荷就是帶電荷量足夠小的帶電體嗎?提示：不是，元電荷是一個抽象的概念，不是指的某一個帶電體，它是指電荷的電荷量.另外任何帶電體所帶電荷量是1.6×10-19C的整數(shù)倍。)
3. 比荷：粒子的電荷量與粒子質(zhì)量的比值。
4. 電荷守恒定律
表述1：電荷守恒定律：電荷既不能憑空產(chǎn)生，也不能憑空消失，只能從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，或從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分,在轉(zhuǎn)移的過程中，電荷的總量保持不變。
表述2：在一個與外界沒有電荷交換的系統(tǒng)內(nèi)，正、負(fù)電荷的代數(shù)和保持不變。
例：有兩個完全相同的帶電絕緣金屬小球A、B，分別帶電荷量為QA=6.4×10-9 C，QB=-3.2×10-9 C，讓兩個絕緣小球接觸，在接觸過程中，電子如何轉(zhuǎn)移并轉(zhuǎn)移了多少?
【思路點(diǎn)撥】 當(dāng)兩個完全相同的金屬球接觸后，根據(jù)對稱性，兩個球一定帶等量的電荷量.若兩個球原先帶同種電荷，電荷量相加后均分;若兩個球原先帶異種電荷，則電荷先中和再均分.
第2節(jié) 庫侖定律
一、電荷間的相互作用
1. 點(diǎn)電荷：當(dāng)電荷本身的大小比起它到其他帶電體的距離小得多，這樣可以忽略電荷在帶電體上的具體分布情況，把它抽象成一個幾何點(diǎn)。這樣的帶電體就叫做點(diǎn)電荷。點(diǎn)電荷是一種理想化的物理模型。VS質(zhì)點(diǎn)
2. 帶電體看做點(diǎn)電荷的條件：
?、賰蓭щ婓w間的距離遠(yuǎn)大于它們大小;
②兩個電荷均勻分布的絕緣小球。
3. 影響電荷間相互作用的因素：①距離;②電量;③帶電體的形狀和大小
二、庫侖定律：在真空中兩個靜止點(diǎn)電荷間的作用力跟它們的電荷的乘積成正比，跟它們距離的平方成反比，作用力的方向在它們的連線上。
(靜電力常量——k=9.0×109N·m2/C2)
注意：
1. 定律成立條件：真空、點(diǎn)電荷
2. 靜電力常量——k=9.0×109N·m2/C2(庫侖扭秤)
3. 計(jì)算庫侖力時，電荷只代入絕對值
4. 方向在它們的連線上，同種電荷相斥，異種電荷相吸
5. 兩個電荷間的庫侖力是一對相互作用力
庫侖扭秤實(shí)驗(yàn)、控制變量法
例題：兩個帶電量分別為+3Q和-Q的點(diǎn)電荷分別固定在相距為2L的A、B兩點(diǎn)，現(xiàn)在AB連線的中點(diǎn)O放一個帶電量為+q的點(diǎn)電荷。求q所受的庫侖力。
第3節(jié) 電場強(qiáng)度
一、電場——電荷間的相互作用是通過電場發(fā)生的
電荷(帶電體)周圍存在著的一種物質(zhì)。電場看不見又摸不著，但卻是客觀存在的一種特殊物質(zhì)形態(tài)。
其基本性質(zhì)就是對置于其中的電荷有力的作用，這種力就叫電場力。
電場的檢驗(yàn)方法：把一個帶電體放入其中，看是否受到力的作用。
試探電荷：用來檢驗(yàn)電場性質(zhì)的電荷。其電量很小(不影響原電場);體積很小(可以當(dāng)作質(zhì)點(diǎn))的電荷，也稱點(diǎn)電荷。
二、電場強(qiáng)度
1. 場源電荷
2. 電場強(qiáng)度
放入電場中某點(diǎn)的電荷受到的電場力與它所帶電荷量的比值，叫做這一點(diǎn)的電場強(qiáng)度，簡稱場強(qiáng)。
(國際單位：N/C)
電場強(qiáng)度是矢量。規(guī)定：正電荷在電場中某一點(diǎn)受到的電場力方向就是那一點(diǎn)的電場強(qiáng)度的方向。即如果Q是正電荷，E的方向就是沿著PQ的連線并背離Q;如果Q是負(fù)電荷，E的方向就是沿著PQ的連線并指向Q。(“離+Q而去，向-Q而來”)
電場強(qiáng)度是描述電場本身的力的性質(zhì)的物理量，反映電場中某一點(diǎn)的電場性質(zhì)，其大小表示電場的強(qiáng)弱，由產(chǎn)生電場的場源電荷和點(diǎn)的位置決定，與檢驗(yàn)電荷無關(guān)。數(shù)值上等于單位電荷在該點(diǎn)所受的電場力。
1V/m=1N/C
三、點(diǎn)電荷的場強(qiáng)公式
四、電場的疊加
在幾個點(diǎn)電荷共同形成的電場中，某點(diǎn)的場強(qiáng)等于各個電荷單獨(dú)存在時在該點(diǎn)產(chǎn)生的場強(qiáng)的矢量和，這叫做電場的疊加原理。
五、電場線
1. 電場線：為了形象地描述電場而在電場中畫出的一些曲線，曲線的疏密程度表示場強(qiáng)的大小，曲線上某點(diǎn)的切線方向表示場強(qiáng)的方向。
2. 電場線的特征
(1)電場線密的地方場強(qiáng)強(qiáng)，電場線疏的地方場強(qiáng)弱。
(2)靜電場的電場線起于正電荷止于負(fù)電荷，孤立的正電荷(或負(fù)電荷)的電場線止無窮遠(yuǎn)處點(diǎn)。
(3)電場線不會相交，也不會相切。
(4)電場線是假想的，實(shí)際電場中并不存在。
(5)電場線不是閉合曲線，且與帶電粒子在電場中的運(yùn)動軌跡之間沒有必然聯(lián)系。
3. 幾種典型電場的電場線
(1)正、負(fù)點(diǎn)電荷的電場中電場線的分布
特點(diǎn)：
①離點(diǎn)電荷越近，電場線越密，場強(qiáng)越大。
②e以點(diǎn)電荷為球心作個球面，電場線處處與球面垂直，在此球面上場強(qiáng)大小處處相等，方向不同。
(2)等量異種點(diǎn)電荷形成的電場中的電場線分布
特點(diǎn)：
?、傺攸c(diǎn)電荷的連線，場強(qiáng)先變小后變大。
?、趀兩點(diǎn)電荷連線中垂面(中垂線)上，場強(qiáng)方向均相同，且
總與中垂面(中垂線)垂直。
③在中垂面(中垂線)上，與兩點(diǎn)電荷連線的中點(diǎn)0等距離
各點(diǎn)場強(qiáng)相等。
(3)等量同種點(diǎn)電荷形成的電場中電場中電場線分布情況
特點(diǎn)：
①兩點(diǎn)電荷連線中點(diǎn)O處場強(qiáng)為0。
?、趦牲c(diǎn)電荷連線中點(diǎn)附近的電場線非常稀疏，但場強(qiáng)并不為0。
?、蹆牲c(diǎn)電荷連線的中點(diǎn)到無限遠(yuǎn)電場線先變密后變疏。
(4)勻強(qiáng)電場
特點(diǎn)：
①勻強(qiáng)電場是大小和方向都相同的電場，故勻強(qiáng)電場的電場線是平行等距同向的直線。
?、趀電場線的疏密反映場強(qiáng)大小，電場方向與電場線平行。
第4節(jié) 電勢能和電勢
一、電勢差：電勢差等于電場中兩點(diǎn)電勢的差值。電場中某點(diǎn)的電勢，就是該點(diǎn)相對于零勢點(diǎn)的電勢差。
(1)計(jì)算式
(2)單位：伏特(V)
(3)電勢差是標(biāo)量。其正負(fù)表示大小。
二、電場力的功
電場力做功的特點(diǎn)：
電場力做功與重力做功一樣，只與始末位置有關(guān)，與路徑無關(guān)。
1. 電勢能：電荷處于電場中時所具有的,由其在電場中的位置決定的能量稱為電勢能.
注意：系統(tǒng)性、相對性
2. 電勢能的變化與電場力做功的關(guān)系
(1)電荷在電場中具有電勢能。
(2)電場力對電荷做正功，電荷的電勢能減小。
(3)電場力對電荷做負(fù)功，電荷的電勢能增大。
(4)電場力做多少功，電荷電勢能就變化多少。
(5)電勢能是相對的，與零電勢能面有關(guān)(通常把電荷在離場源電荷無限遠(yuǎn)處的電勢能規(guī)定為零，或把電荷在大地表面上電勢能規(guī)定為零。)
(6)電勢能是電荷和電場所共有的，具有系統(tǒng)性。
(7)電勢能是標(biāo)量。
3. 電勢能大小的確定
電荷在電場中某點(diǎn)的電勢能在數(shù)值上等于把電荷從這點(diǎn)移到電勢能為零處電場力所做的功。
三、電勢
電勢：置于電場中某點(diǎn)的試探電荷具有的電勢能與其電量的比叫做該點(diǎn)的電勢。是描述電場的能的性質(zhì)的物理量。其大小與試探電荷的正負(fù)及電量q均無關(guān)，只與電場中該點(diǎn)在電場中的位置有關(guān)，故其可衡量電場的性質(zhì)。
單位：伏特(V)標(biāo)量
1. 電勢的相對性：某點(diǎn)電勢的大小是相對于零點(diǎn)電勢而言的。零電勢的選擇是任意的，一般選地面和無窮遠(yuǎn)為零勢能面。
2. 電勢的固有性：電場中某點(diǎn)的電勢的大小是由電場本身的性質(zhì)決定的，與放不放電荷及放什么電荷無關(guān)。
3. 電勢是標(biāo)量,只有大小,沒有方向.(負(fù)電勢表示該處的電勢比零電勢處電勢低.)
4. 計(jì)算時EP,q, 都帶正負(fù)號。
5. 順著電場線的方向，電勢越來越低。
6. 與電勢能的情況相似,應(yīng)先確定電場中某點(diǎn)的電勢為零.(通常取離場源電荷無限遠(yuǎn)處或大地的電勢為零.)
三、等勢面
1. 等勢面：電場中電勢相等的各點(diǎn)構(gòu)成的面。
2. 等勢面的特點(diǎn)
?、俚葎菝嬉欢ǜ妶鼍€垂直，在同一等勢面的兩點(diǎn)間移動電荷，電場力不做功;
?、陔妶鼍€總是由電勢高的等勢面指向電勢低的等勢面，任意兩個等勢面都不會相交;
?、鄣炔畹葎菝嬖矫艿牡胤诫妶鰪?qiáng)度越大。
第5節(jié) 電勢差
一、電勢差：電勢差等于電場中兩點(diǎn)電勢的差值
二、電場力的功
電場力做功的特點(diǎn)：電場力做功與重力做功一樣，只與始末位置有關(guān)，與路徑無關(guān)。
第6節(jié) 電勢差與電場強(qiáng)度的關(guān)系
一、場強(qiáng)與電勢的關(guān)系? (下圖)
結(jié)論：電勢與場強(qiáng)沒有直接關(guān)系!
二、勻強(qiáng)電場中場強(qiáng)與電勢差的關(guān)系
勻強(qiáng)電場中兩點(diǎn)間的電勢差等于場強(qiáng)與這兩點(diǎn)間沿電場方向距離的乘積
在勻強(qiáng)電場中，場強(qiáng)在數(shù)值上等于沿場強(qiáng)方向每單位距離上降低的電勢.
電場強(qiáng)度的方向是電勢降低最快的方向.
推論：在勻強(qiáng)電場中，沿任意一個方向上，電勢降落都是均勻的，故在同一直線上間距相同的兩點(diǎn)間的電勢差相等。
第7節(jié) 靜電現(xiàn)象的應(yīng)用
一、靜電感應(yīng)現(xiàn)象
1. 導(dǎo)體：容易導(dǎo)電的物體叫導(dǎo)體。
2. 導(dǎo)體中存在大量自由電荷。常見的導(dǎo)體有：金屬、石墨、人體、大地、酸堿鹽溶液等。
3. 靜電感應(yīng)現(xiàn)象：放入電場中的導(dǎo)體，其內(nèi)部的自由電子在電場力的作用下向電場的反方向作定向移動，致使導(dǎo)體的兩端分別出現(xiàn)等量的正、負(fù)電荷。這種現(xiàn)象叫靜電感應(yīng)現(xiàn)象。
4. 感應(yīng)電荷：靜電感應(yīng)現(xiàn)象中，導(dǎo)體不同部分出現(xiàn)的凈電荷。
二、靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體的電場
1. 靜電場中導(dǎo)體內(nèi)電場分布
2. 靜電平衡：電場中導(dǎo)體內(nèi)(包括表面上)自由電荷不再發(fā)生定向移動的狀態(tài)叫做靜電平衡狀態(tài)。
3. 靜電平衡導(dǎo)體的特性：
(1)導(dǎo)體內(nèi)部場強(qiáng)處處為零
(2) 導(dǎo)體是等勢體,表面為等勢面
(3)導(dǎo)體外部表面附近場強(qiáng)方向與該點(diǎn)的表面垂直
三、導(dǎo)體上電荷分布
1. 法拉弟圓桶實(shí)驗(yàn)
2. 靜電平衡時，超導(dǎo)體上電荷分布規(guī)律：
導(dǎo)體內(nèi)部無凈電荷，電荷只分布在導(dǎo)體的外表面
在超導(dǎo)體表面，越尖銳的位置，電荷的密度(單位面積上的電荷量)越大，凹陷位置幾乎沒有電荷。
3. 尖端放電：
四、靜電屏蔽
1. 空腔導(dǎo)體或金屬網(wǎng)罩可以把外部電場遮住，使其不受外電場的影響。
2. 靜電屏蔽的兩種情況
導(dǎo)體內(nèi)腔不受外界影響：
接地導(dǎo)體空腔外部不受內(nèi)部電荷影響：
3. 靜電屏蔽的本質(zhì)：靜電感應(yīng)與靜電平衡
4. 靜電屏蔽的應(yīng)用：
電學(xué)儀器和電子設(shè)備外面金屬罩、通訊電纜外層金屬套
電力工人高壓帶電作業(yè)，全身穿戴金屬絲網(wǎng)制成的衣、帽、手套、鞋
第8節(jié) 電容器的電容
一、電容器
1. 電容器：任何兩個彼此絕緣、相互靠近的導(dǎo)體可組成一個電容器，貯藏電量和能量。兩個導(dǎo)體稱為電容器的兩極。
2. 電容器的帶電量：電容器一個極板所帶電量的絕對值。
3. 電容器的充電、放電.
操作：把電容器的一個極板與電池組的正極相連，另一個極板與負(fù)極相連，兩個極板上就分別帶上了等量的異種電荷。這個過程叫做充電。
現(xiàn)象：從靈敏電流計(jì)可以觀察到短暫的充電電流。充電后,切斷與電源的聯(lián)系,兩個極板間有電場存在,充電過程中由電源獲得的電能貯存在電場中,稱為電場能。
操作：把充電后的電容器的兩個極板接通,兩極板上的電荷互相中和,電容器就不帶電了,這個過程叫放電。
充電——帶電量Q增加,板間電壓U增加,板間場強(qiáng)E增加, 電能轉(zhuǎn)化為電場能
放電——帶電量Q減少,板間電壓U減少,板間場強(qiáng)E減少,電場能轉(zhuǎn)化為電能
二、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
?、匐娙菔欠从畴娙萜鞅旧砣菁{電荷本領(lǐng)大小的物理量，跟電容器是否帶電無關(guān)。
?、陔娙莸膯挝唬涸趪H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，1 pF =10-12F
2. 平行板電容器的電容C：跟介電常數(shù)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(zhì)的介電常數(shù)，k是靜電力常量;空氣的介電常數(shù)最小。
3. 電容器始終接在電源上，電壓不變;電容器充電后斷開電源，帶電量不變。
第9節(jié) 帶電粒子在電場中的運(yùn)動
研究帶電粒子在電場中的運(yùn)動要注意以下三點(diǎn)：
1. 帶電粒子受力特點(diǎn)。
2. 結(jié)合帶電粒子的受力和初速度分析其運(yùn)動性質(zhì)。
3. 注意選取合適的方法解決帶電粒子的運(yùn)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(zhì)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(fù)極板運(yùn)動，計(jì)算它到達(dá)負(fù)極板時的速度。
二、帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)
例2：如圖所示，一個質(zhì)量為m，電荷量為+q的粒子，從兩平行板左側(cè)中點(diǎn)以初速度v0沿垂直場強(qiáng)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(cè)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(zhuǎn)角度。
三、帶電粒子的分類
(1)基本粒子
如電子、質(zhì)子、α粒子、離子等除有說明或有明確的暗示以外，一般都不考慮重力(但并不忽略質(zhì)量)。
(2)帶電微粒
如液滴、油滴、塵埃、小球等，除有說明或有明確的暗示以外，一般都不能忽略重力。
第二章 恒定電流
第1節(jié) 電源和電流
一、電源
電源就是把自由電子從正極搬遷到負(fù)極的裝置。(從能量的角度看，電源是一種能夠不斷地把其他形式的能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置)
二、電流
1. 電流：電荷的定向移動形成電流。
2. 產(chǎn)生電流的條件
(1)導(dǎo)體中存在著能夠自由移動的電荷
金屬導(dǎo)體——自由電子 電解液——正、負(fù)離子
(2)導(dǎo)體兩端存在著電勢差
三、恒定電場和恒定電流
1. 恒定電場：由穩(wěn)定分布的電荷產(chǎn)生穩(wěn)定的電場稱為恒定電場。
2. 恒定電流: 大小、方向都不隨時間變化的電流稱為恒定電流。
四、電流(強(qiáng)度)
1. 電流：通過導(dǎo)體橫截面的電荷量q跟通過這些電荷量所用時間t的比值叫做電流，即：單位：安培(A) 常用單位：毫安(mA)、微安(μA)
2、電流是標(biāo)量，但有方向?規(guī)定正電荷定向移動方向?yàn)殡娏鞣较?/p>
注意：
(1)在金屬導(dǎo)體中，電流方向與自由電荷(電子)的定向移動方向相反;
(2)在電解液中，電流方向與正離子定向移動方向相同，與負(fù)離子走向移動方向相反,導(dǎo)電時，是正負(fù)離子向相反方向定向移動形成電流，電量q表示通過截面的正、負(fù)離子電量絕對值之和。
第2節(jié) 電動勢
一、電動勢
(1)定義：在電源內(nèi)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)
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