高中物理选修3-1知识总结即公式总结

第1页共5页物理选修3-1知识点即公式总结第一章电场一．电场基本规律1．电荷电荷守恒定律。自然界中只存在正、负电荷。(1)三种带电方式：摩擦起电—掠夺式、接触起电—均分式、感应起电—本能式(2)元电荷：最小的带电单元，自然界任何物体的带电荷量都是元电荷(e=1.6×10-19c)的整数倍，电子、质子的电荷量都等于元电荷，但电性不同，前者为负，后者为正。2．库伦定律：(1)定律内容：真空．．中两个静止点电荷．．．．．之间的相互作用力，与它们的电荷量的乘积成正比，与它们的距离的平方成反比，作用力的方向在它们的连线上。(2)表达式：122kQQFrk=9.0×109N·m2/C2——静电力常量。q1、q2是电荷带电量(C)r是两个电荷的距离(m)(3)适用条件：真空中静止的点电荷。二．电场力的性质：1．电场的基本性质：电场对放入其中的电荷有力的作用。2．电场强度E：(1)定义：电荷在电场中某点受到的电场力F与电荷的带电量q的比值，就叫做该点的电场强度。(2)定义式：FEq．E与F、q无关，只由电场本身决定。E是电场强度(N/C或V/m²均可，1N/C=1V/m²)F是电场力(N)q是电荷量(C)(3)电场强度是矢量：大小：在数值上为单位电荷受到的电场力。方向：规定正电荷受力方向，负电荷受力与E的方向相反。(4)单位：N/C,V/m1N/C=1V/m(5)其他的电场强度公式①点电荷的场强公式：2kQEr——Q场源电荷；E是点电荷电场强度(N/C或V/m²均可，1N/C=1V/m²)；k是静电力常量(=9.0×109N•m²/C²)；Q是点电荷带电量(C)r是半径(m)；②匀强电场场强公式：UEd——d沿电场方向等势面间距离；UAB是A．B两点的电势差(V)d是距离(m)；E是电场强度(N/C或V/m²均可，1N/C=1V/m²)(6)场强的叠加：遵循平行四边形法则3．电场线：(1)意义：形象直观描述电场强弱和方向的理想模型，实际上是不存在的(2)电场线的特点：①电场线起于正电荷(无穷远)，止于(无穷远)负电荷②不封闭，不相交，不相切。③沿电场线电势降低，且电势降低最快。一条电场线无法判断场强大小，可以判断电势高低。④电场线垂直于等势面，静电平衡导体，电场线垂直于导体表面(3)几种特殊电场的电场线：各点的切线方向反映场强的方向，疏密程度反映场强的大小。特点：假想的(不存在)、不相交、不闭合，从正电荷出发，终止于负电荷。三．电场能的性质1．电场能的基本性质：电荷在电场中移动，电场力要对电荷做功。2．电势能Ep：(1)定义：电荷在电场中，由于电场和电荷间的相互作用，由位置决定的能量。电荷在某点的电势能等于电场力把电荷从该点移动到零势能位置时所做的功。E第2页共5页(2)定义式：0pAAEW——带正负号计算(3)特点：①电势能具有相对性，相对零势能面而言，通常选大地或无穷远处为零势能面。②电势能的变化量△Ep与零势能面的选择无关。3．电势φ：(1)定义：电荷在电场中某一点的电势能Ep与电荷量的比值。(2)定义式：φpEq——单位：伏(V)——带正负号计算。φ是电势(V)E是电势能(J)q是电荷量(C)(3)特点：①电势具有相对性，相对参考点而言。但电势之差与参考点的选择无关。②电势是一个标量，但是它有正负，正负只表示该点电势比参考点电势高，还是低。③电势的大小由电场本身决定，与Ep和q无关。④电势在数值上等于单位正电荷由该点移动到零势点时电场力所做的功。(4)电势高低的判断方法①根据电场线判断：沿着电场线方向电势降低。φAφB②根据电势能判断：正电荷：电势能大，电势高；电势能小，电势低。负电荷：电势能大，电势低；电势能小，电势高。结论：只在电场力作用下，静止的电荷从电势能高的地方向电势能低的地方运动。4．电势差UAB(1)定义：电场中两点间的电势之差。也叫电压。(2)定义式：UAB=φA-φB。φA是A点电势(V)φB是B点电势(V)；UAB是A．B两点的电势差(V)(3)特点：①电势差是标量，却有正负，只表示起点和终点的电势谁高谁低。②单位：伏(V)③电场中两点的电势差是确定的，与零势面的选择无关④U=Ed匀强电场中两点间的电势差计算公式。——电势差与电场强度之间的关系。5．电场力做功WAB：(1)电场力做功的特点：电场力做功与路径无关，只与初末位置有关，即与初末位置的电势差有关。(2)表达式：WAB=UABq—带正负号计算(适用于任何电场)UAB是A．B两点的电势差(V)q是电荷量(C)；WAB是从A点到B点做的功(J)WAB=Eqd—d沿电场方向的距离。——匀强电场(3)电场力做功与电势能的关系WAB=-△Ep=EpA-EPB结论：电场力做正功，电势能减少。电场力做负功，电势能增加。（无条件结论）6．等势面：(1)定义：电势相等的点构成的面。(2)特点：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等势面与电场线垂直③两等势面不相交④等势面的密集程度表示场强的大小：疏弱密强。⑤画等势面时，相邻等势面间的电势差相等。(3)判断非匀强电场线上两点间的电势差的大小：靠近场源(场强大)的两点间的电势差大于远离场源(场强小)相等距离两点间的电势差。7．静电平衡状态：(1)定义：导体内不再有电荷定向移动的稳定状态(2)特点：①处于静电平衡状态的导体，内部场强处处为零。②感应电荷在导体内任何位置产生的电场都等于外电场在该处场强大小相等，方向相反。③处于静电平衡状态的整个导体是个等势体，导体表面是个等势面。④电荷只分布在导体的外表面，与导体表面的弯曲程度有关，越弯曲，电荷分布越多。四、电容器及其应用：1、电容器充放电过程：(电源给电容器充电)充电过程S-A：电源的电能转化为电容器的电场能放电过程S-B：电容器的电场能转化为其他形式的能ABABC若AB=BC，则UABUBCSABLC第3页共5页2．电容：(1)物理意义：表示电容器容纳电荷本领的物理量。(2)定义：电容器所带电量Q与电容器两极板间电压U的比值就叫做电容器的电容。(3)定义式：QCU——是定义式不是决定式。C是电容(F)Q是电荷量(C)U是电势差(V)；4SCkd——是电容的决定式(平行板电容器)7．推导公式：E=Ud==4kQsE是电场强度(N/C或V/m²均可，1N/C=1V/m²)；U是电势差(V)d是距离(m)Q是带电量(C)；k是静电力常量(=9.0×109N•m²/C²)；ε是相对介电常数；(4)单位：法拉F，微法μF，皮法pF1pF=10-6μF=10-12F(5)特点：①电容器的电容C与Q和U无关，只由电容器本身决定。②电容器的带电量Q是指一个极板带电量的绝对值。③电容器始终与电源相连，则电容器的电压不变。电容器充电完毕，再与电源断开，则电容器的带电量不变。④在有关电容器问题的讨论中，经常要用到以下三个公式和③的结论联合使用进行判断QCU4SCkdUEd五．应用——带电粒子在电场中的运动(平衡问题，加速问题，偏转问题)1、基本粒子不计重力，但不是不计质量，如质子(11H)，电子，α粒子(42He),氕(11H)，氘(21H)，氚(31H)带电微粒、带电油滴、带电小球一般情况下都要计算重力。2．平衡问题：电场力与重力的平衡问题。mg=Eq3、加速问题(1)由牛顿第二定律解释，带电粒子在电场中加速运动(不计重力)，只受电场力Eq，粒子的加速度为a=Eq/m，若两板间距离为d，则22EqdUqvmm(2)由动能定理解释，2102mvUq，2Uqvm可见加速的末速度与两板间的距离d无关，只与两板间的电压有关，但是粒子在电场中运动的时间不一样，d越大，飞行时间越长。4．偏转问题——类平抛运动(由两极板间中点射入)在垂直电场线的方向：粒子做速度为v0匀速直线运动。在平行电场线的方向：粒子做初速度为0、加速度为a的匀加速直线运动。带电粒子若不计重力，则在竖直方向粒子的加速度EqUqammd带电粒子做类平抛的水平距离，若能飞出电场水平距离为L，若不能飞出电场则水平距离为x带电粒子飞行的时间：t=x/v0=L/v0………①;粒子要能飞出电场则：y≤d/2………②粒子在竖直方向做匀加速运动：212yat………③粒子在竖直方向的分速度:yvat………④粒子出电场的速度偏角：0tanyvv………⑤由①②③④⑤可得：飞行时间：t=L/vO竖直分速度：0yUqLvmdv侧向偏移量：2202UqLymvd偏向角：20tanUqLmvd飞行时间：t=L/vO偏向角：21tan2ULUd侧向偏移量：2214ULyUdｙ＇＝21(2)4ULLLUd在这种情况下，一束粒子中各种不同的粒子的运动轨迹相同。即不同粒子的侧移量，偏向角都相同，但它们飞越偏转电场的时第4页共5页间不同，此时间与加速电压、粒子电量、质量有关。如果在上述例子中粒子的重力不能忽略时，只要将加速度a重新求出即可，具体计算过程相同。5．示波器的原理同书上结构图。第二章恒定电流一．部分电路欧姆定律电功和电功率1．电流(1)电流的形成：电荷的定向移动就形成电流。形成电流的条件是：①要有能自由移动的电荷；②导体两端存在电压。(2)电流强度：通过导体横截面的电量q跟通过这些电量所用时间t的比值，叫电流强度。①电流强度的定义式为：②电流强度的微观表达式为：n为导体单位体积内的自由电荷数，q是自由电荷电量，v是自由电荷定向移动的速率，S是导体的横截面积。(3)电流的方向：物理学中规定正电荷的定向移动方向为电流的方向，与负电荷定向移动方向相反。在外电路中电流由高电势端流向低电势端，在电源内部由电源的负极流向正极。2．电阻定律(1)电阻：导体对电流的阻碍作用就叫电阻，数值上：。(2)电阻定律：公式：，式中的为材料的电阻率，由导体的材料和温度决定。纯金属的电阻率随温度的升高而增大，某些半导体材料的电阻率随温度的升高而减小，某些合金的电阻率几乎不随温度的变化而变化。3．部分电路欧姆定律内容：导体中的电流跟它两端的电压成正比，跟它的电阻成反比。公式：适用范围：金属、电解液导电，但不适用于气体导电。欧姆定律只适用于纯电阻电路，而不适用于非纯电阻电路。伏安特性：描述导体的电压随电流怎样变化。若图线为过原点的直线，这样的元件叫线性元件；若图线为曲线叫非线性元件。(二)电功和电功率1．电功(1)实质：电流做功实际上就是电场力对电荷做功，电流做功的过程就是电荷的电势能转化为其他形式能的过程。(2)计算公式：适用于任何电路。只适用于纯电阻电路。2．电功率(1)定义：单位时间内电流所做的功叫电功率。(2)计算公式：适用于任何电路。只适用于纯电阻电路。3．焦耳定律电流通过电阻时产生的热量与电流的平方成正比，与电阻大小成正比，与通电时间成正比，即三．电阻的测量(一)伏安法测电阻1．原理，其中U为被测电阻两端电压，I为流经被测电阻的电流。2．两种测量电路——内接法和外接法(1)内接法电路形式：如图所示。误差：适用条件：当R＞＞RA，即内接法适用于测量大电阻。(2)外接法第5页共5页电路形式：如图所示。测量误差：，即R测＜Rx适用条件：R＜＜Rv即外接法适用于测小电阻。3．怎样选择测量电路(1)当被测电阻Rx的大约阻值以及伏特表和电流表内阻RVRA已知时；若，用内接法。若，用外接法(2)当Rx的大约阻值未知时．采用试测法，将电流表、电压表及被测电阻Rx按下图方式连接成电路；接线时，将电压表左端固定在a处，而电压表的右端接线柱先后与b和c相接，与b相接时，两表示数为(U1，I1)，当与c接触时，两表示数变为(U2，I2)；若即电压表示数变化大．宜采用安培表外接法。若即电流表示数变化较显著时，宜采用安培表内接法。4．滑动变阻器的两种接法——限流式和分压式(1)限流式：如图所示，即将变阻器串联在电路中。在触头P从变阻器左端移动到右端过程中，电阻Rx上的电压变化范围为：(忽略电源内阻)(2)分压式：如图所示，当触头P从变阻器左端移动到右端过程中，电阻Rx上的电压变化范围是0～E(忽略电源内阻)。