人教版高中物理选修3-1知识框图

第一章静电场【本章知识框架】【本章概念和方法梳理】电荷周围的物质——静电场库仑定律：𝐹=𝑘𝑞1𝑞2/𝑟2,适用于真空中的点电荷力的性质电场强度：E=F/q，方向与+q受到的电场力方向相同；点电荷的场强（𝐸=𝑘𝑄/𝑟2）电场线：①电场线越密的地方，E越大；②电场线的切线方向即为E的方向；③电场线从正电荷（或无限远处）出发；④终止于无限远处（或负电荷）能的性质电势：𝜑=𝐸𝑝𝑞，标量、有正负、与零电势点选取有关电势差：标量、有正负、𝑈𝐴𝐵=𝜑𝐴−𝜑𝐵,𝑈𝐴𝐵=𝑊𝐴𝐵/𝑞沿电场方向电势降低最快；在匀强电场中E=U/d电场力做功：①与路径无关；②𝑊𝐴𝐵=𝐸𝑝𝐴−𝐸𝑝𝐵；③𝑊𝐴𝐵=𝑞𝑈𝐴𝐵电容器𝐶=𝑄𝑈；平行板电容器：𝐶=𝜀𝑟𝑆4𝜋𝑘𝑑，单位：1𝐹=106𝜇𝐹=1012𝑝𝐹带电粒子在电场中的运动电场力F=Eq（+q：F与E同向；-q:F与E反向）带电粒子的加速𝑞𝑈=12𝑚𝑣2带电粒子的偏转𝑦=𝑞𝑈𝐿22𝑑𝑚𝑣21.库仑定律与力学综合问题解题策略：①确定研究对象，明确其所处的状态；②进行受力分析，注意不要漏掉库仑力；③依据牛顿第二定律或力的平衡问题列方程求解。2.三个自由点电荷在只受库仑力作用下平衡①三个点电荷一定在一条直线上，同种电荷放两边，异种电荷放中间，且靠近电荷量小的一边。②“两同夹一异、近小远大”3.电场强度的求解方法公式E=F/qE=k𝑄𝑟2E=U/d物理含义定义式决定式关系式引入过程反应某点电场的性质，不能说E正比于F或者反比于q由E=F/q和库伦定律导出由F=Eq和W=Uq导出适用范围适用于一切电场真空、点电荷匀强电场①利用定义式E=F/q求解适用于任何电场，关键是要找出所求出电荷受到的电场力F与该电荷的电荷量q。②利用决定式E=k𝑄𝑟2求解适用于真空中的点电荷。③利用场的叠加原理求解多个点电荷：如果在空间中同时存在多个点电荷，这时在空间某一点的电场强度等于各个电荷单独存在时在该点产生的电场强度的矢量和。不能看成点电荷的带电体产生的场强→微元法④利用对称法求解⑤利用电场强度与电势差的关系在匀强电场中，E=U/d4.两个等量电荷的电场特点(1)等量异种电荷①两点电荷连线上的各点场强的方向从正电荷指向负电荷，沿电场线方向场强先变小再变大。②两点电荷连线的中垂面（中垂线）上，电场线方向均相同，即场强方向均相同，且总与中垂面（中垂线）垂直。③在中垂面（中垂线）上，与两点电荷连线的中点O等距离的各点的场强相同。（2）等量同种电荷①两点电荷连线中点O处场强为零，此处无电场线。②两点电荷连线中点O附近的电场线非常稀疏，但场强并不为零。③从两点电荷连线中点O沿中垂面（中垂线）到无限远，电场线先变密后变疏，即场强先变大后变小。5.等势面特点①等势面一定与电场线垂直，即跟场强的方向垂直。②电场线总是由电势高的等势面指向电势低的等势面，两个不同的等势面永远不会相交③相邻两个等势面间的电势差是相等的，但在非匀强电场中，相邻两个等势面间的距离并不恒定。场强大的地方，两个等势面间的距离小，场强小的地方，两个等势面间的距离大。④在同一等势面上移动电荷时，电场力不做功。④处于静电平衡状态的导体是一个等势体，表面是一个等势面。6.电场强度、电势物理量电场强度E电势φ意义描述电磁的力的性质描述电场的能的性质大小电场中某点的场强，等于放在该点的电荷所受的电场力F跟它的电荷量q的比值，即E=F/q，E在数值上等于单位电荷受到的电场力电场中某点的电势，等于单位正电荷由该点移动到零电势点的电场力所做的功，φ在数值上等于单位正电荷所具有的电势能性质矢量标量单位符号N/C;V/mV(1V=1J/C)联系①在匀强电场中𝑈𝐴𝐵=𝐸𝑑（d为A、B间沿电场线方向的距离）；②电势沿着电场强度的方向降落7.电势、电势能物理量电势φ电势能E物理意义反应电场能性质的物理量电荷在电场中某点所具有的电势能大小决定因素电场中某一点的电势φ的大小，至跟电场本身有关，跟点电荷q无关电势能是由点电荷q和该点电荷φ共同决定的与相关量的关系电势差U是指电场中的两点间的电势之差，𝑈𝐴𝐵=𝜑𝐴−𝜑𝐵，当𝜑𝐵=0时，𝜑𝐴=𝑈电势能差是指点电荷在电场中两点间的电势能之差正负意义电势沿电场线逐渐降低，取定零电势点后，某点的电势高于零点，为正值；某点的电势低于零点，为负值正点电荷（+q）：电势能正负跟电势的正负相同。负点电荷（-q）：电势能的正负跟电势的正负相反单位VJ8.电势能大小的比较方法（1）场源电荷判断法①场源电荷为正，离场源电荷越近，正检验电荷电势能越大，负检验电荷电势能越小。②场源电荷为负，离场源电荷越近，正检验电荷电势能越小，负检验电荷电势能越大。(2)电场线法①正电荷顺着电场线方向移动，电势能逐渐减小，逆着电场线方向移动，电势能逐渐增大。②负电荷顺着电场线方向移动，电势能逐渐增大，逆着电场线方向移动，电势能逐渐减小。(3)做功正负判断法无论正负电荷在什么样的电场中，只要电场力做正功，电荷的电势能一定减小，电场力做负功，即电荷克服电场力做功，电荷的电势能一定增加（4）由公式𝐸𝑝=qφ判断正电荷在电势高的地方电势能大，负电荷在电势高的地方电势能小(5)能量守恒法只有电场力做功时，电荷的动能和电势能相互转化，由此可由动能的变化确定电势能变化，即只有电场力做功时，动能减小多少，电势能救增加多少，反之，动能增加多少，电势能就减小多少。9.依据带电粒子的运动轨迹和电场线（或等势面）来判断有关问题①带电粒子的轨迹的切线方向为该点处的速度方向②带电粒子所受合力（往往仅为电场力）应指向轨迹曲线的凹侧，再依电场线与等势线处处垂直以及电场力与场强同向或反向，即可确定准确的力的方向。③在一段运动过程中，若合力与速度方向的夹角小于90度，则合力做正功，动能增加；若合力与速度方向的夹角大于90度，则合力做负功，动能减小；若夹角总等于90度，则动能不变。电势能变化与动能变化相反。10.电场力做功的计算方法①功的定义法由公式𝑊𝐴𝐵=𝐹𝑆cos𝜃计算，此公式只适用于匀强电场，又可变形为𝑊𝐴𝐵=𝐸𝑞𝑆，式中E为匀强电场的电场强度，s为电荷初、末位置的电场方向上的位移。②电势差法𝑊𝐴𝐵=𝑞𝑈𝐴𝐵③电势能变化法𝑊𝐴𝐵=−∆𝐸𝐴𝐵=𝐸𝑃𝐴−𝐸𝑃𝐵④动能定理法𝑊电场力+𝑊其他力=∆𝐸𝐾，若其他力不做功，则动能和电势能相互转化，其动能和电势能总量保持不变。11.重力场vs静电场重力场静电场地球周围空间存在着重力场电荷周围存在着电场在重力场中物体会受到重力作用G=mg在电场中的电荷会受到电场力作用F=qE物体在重力场中具有势能——重力势能电荷在电场中具有势能——电势能重力势能与重力做功密切相关电势能与电场力做功密切相关重力做功的多少跟两位置的高度差有关电场力做功的多少跟两位置的电势差有关重力对物体做功，重力势能减小电场力对电荷做功，电势能减少重力对物体做功的大小等于重力势能的变化𝑊𝐴𝐵=−∆𝐸𝐴𝐵=𝐸𝑃𝐴−𝐸𝑃𝐵电场力对电荷做功的大小等于电势能的变化𝑊𝐴𝐵=−∆𝐸𝐴𝐵=𝐸𝑃𝐴−𝐸𝑃𝐵12.处理平行板电容器内部E、Q、U变化问题的基本思路区分两种情况进行讨论的物理依据①电容器两极板电势差U保持不变②电容器带电量保持Q不变①平行板电容器的电容C与板间距d、正对面积s、介质介电常数ε之间的关系：C=𝜀𝑆4𝜋𝑘𝑑∝𝜀𝑆𝑑②平行板电容器内部都是匀强电场，所以场强E=U/d③电容器所带的电量Q=CU第二章恒定电流【本章知识框架】电荷定向移动——恒定电流基本公式电阻定律：𝑅=𝜌𝐿/𝑆欧姆定律：I=U/R焦耳定律：𝑄=𝐼2𝑅𝑡闭合电路闭合电路欧姆定律：𝐼=𝐸𝑅+𝑟（适用于纯电阻电路）𝐸=𝑈+𝐼𝑟（使用于任何闭合电路）路端电压与外电阻的关系：𝑈=𝐼𝑅=𝐸𝑅+𝑟𝑅，U随R的增大而增大，当R→∞时，U=E；当R=0时，U=0.电源的总功率：𝑃总=𝐸𝐼电源的输出功率：𝑃出=𝑈𝐼=𝐸𝐼−𝐼2𝑟电源的消耗功率：𝑃内=𝐼2𝑟，𝑃总=𝑃外+𝑃内多用电表功能：测电流、测电压、测电阻欧姆表原理：闭合电路欧姆定律𝐼=𝐸𝑅内+𝑅𝑥中值电阻𝑅中=𝐸𝐼𝑔=𝑅内欧姆表测电阻（注意事项、如何读数、如何选档位）测量电源的E和r原理：𝐸=𝑈1+𝐼1𝑟，𝐸=𝑈2+𝐼2𝑟，解方程组数据处理：代入法、图像法逻辑电路与门：输入端全为1时输出才为1或门：输入端只要有1，输出端就是1非门：输出端与输入端值相反【重点概念和方法梳理】1.对电动势的理解①电源电动势在数值上等于非静电力（如化学电源中的化学力、发电机内由于电磁感应而出现的电磁力）把1c的正电荷在电源内部从负极移送到正极所做的功，也可认为是在数值上等于电路中通过单位电荷时电源所提供的电能。②电源电动势在数值上等于电源开路时电源两极间的电压。③电源电动势在数值上等于内外电路电压之和。④电动势和电势差的区别与联系电势差U电动势E物理意义电场力做功，电能转化为其他形式的能非静电力做功，其他形式的能转化为电能定义式U=W/q，W为电场力做的功E=W/q，W为非静电力做的功单位伏特V伏特V联系电动势等于电源未接入电路时两极间的电势差2.动态直流电路的分析方法(1)确定电路的外电阻，外电阻如何变化①当外电路的任何一个电阻增大（或减小）时，电路的总电阻一定增大（或减小）②若开关的通断使串联的用电器增多时，总电阻增大；若开关的通断使并联的支路增多时，总电阻减小。(2)根据闭合电路欧姆定律𝐼总=𝐸𝑅总+𝑟，确定电路的总电流如何变化(3)由𝑈内=𝐼内𝑟，确定电源的内电压如何变化(4)由𝑈外=𝐸−𝑈内，确定电源的外电压（路端电压）如何变化(5)由部分电路欧姆定律确定干路上某定值电阻两端的电压如何变化(6)确定支路两端的电压如何变化以及通过各支路的电流如何变化第三章磁场【本章知识框架】【重点概念和方法梳理】1.电场力vs安培力电场力安培力研究对象点电荷电流元受力特点正电荷受力方向，与电场方向安培力方向与磁场方向和电运动电荷→磁场产生：电流（运动电荷）产生磁场——磁现象的电本质磁感应强度矢量、比值定义法𝐵=𝐹𝐼𝐿磁通量标量、有正负、Φ=𝐵𝑆（𝐵垂直于𝑆）磁感线类比电场线安培力大小：𝐹=𝐵𝐼𝐿sin𝜃方向：左手定则洛伦兹力大小：F=qVB（v垂直于B）方向：左手定则带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动在此处键入公式。相同，沿电场线切线方向，与负电荷受力方向相反流方向都垂直判断方法结合电场方向和电荷正负判断左手定则2.带电粒子在匀强磁场中的运动（1）在带电粒子只受洛伦兹力作用、重力可以忽略的情况下，其在匀强磁场中有两种典型的运动：①若带电粒子的速度方向与磁场方向平行时，不受洛伦兹力，做匀速直线运动。②若带电粒子的速度方向与磁场方向垂直，带电粒子在垂直于磁感线的平面内以入射速度v做匀速圆周运动，其运动所需的向心力即洛伦兹力。（2）几个重要的关系式：①向心力公式：qvB=m𝑣2𝑟②轨道半径公式：r=𝑚𝑣𝐵𝑞③周期公式：T=2𝜋𝑚𝐵𝑞，频率f=1𝑇=𝐵𝑞2𝜋𝑚，角频率ω=2𝜋𝑇=𝑞𝐵𝑚可见T与v及r无关，只与B及粒子的比荷有关。荷质比q/m相同的粒子在同样的匀强磁场中，T、f、ω相同。（3）“电偏转”vs“磁偏转”电偏转（垂直进入电场，不计重力）磁偏转（垂直进入磁场，不计重力）受力情况恒力F=Eq洛伦兹力F=qvB，大小不变、方向始终与v垂直运动规律类平抛运动匀速圆周运动偏转程度偏转角θ=arctan𝑣𝑦𝑣𝑥𝜋/2偏转角不受限制动能变化动能增加动能不变处理方法运动的合成与分解，类平抛运动的规律结合圆的几何关系及半径、周期公式3.电场力vs洛伦兹力洛伦兹