物理X3-1

第一章：静电场
1.电荷及其守恒定律
一、电荷（是一种物质属性）
1.自然界中有两种电荷
正电荷：丝绸摩擦过的玻璃棒
负电荷：毛皮摩擦过的橡胶棒
同性相吸异性相斥
二、起点方式（近异远同）
1.摩擦起电：原理——电子从一个物体转移到另一个物体上
2.感应起电：原理——电子转移
[静电感应规律：近端感应异种电荷，远端感应同种电荷]
3.接触带电
三、电荷守恒定律
1.内容：电荷既不会创生也不会消灭，它只能从一个物体转移到另一个物体上，或者从物体的一部分转移到另一部分；在转移过程中，电荷总量保持不变
（一个与外界无电荷交换的系统，电荷的代数和守恒。）
四、元电荷[最小的电荷量]
1.电荷量：电荷的多少，简称电量，单位库仑/库，符号C
2.元电荷：e=1.6×10^-19C
3.比荷：电子的电荷量e与电子的质量m的比值，叫电子的比荷
e/me=1.76×10^11C/kg


2.库仑定律
一、点电荷——理想化的模型
1.概念：带电的点
2.电荷之间的作用力
①随电荷量的增大而增大
②随距离的增大而减小
二、库仑定理[电荷间的相互作用力又称静电力或库仑力]
1.内容：在真空中两个点电荷间的作用力跟它们的电量的乘积成正比，跟它们之间的距离的平方成反比，作用力的方向在它们的连线上。
2.公式：F=kq1q2/r2
静电力常数：9×10^9N·m2/c2
3.适用条件：真空中，点电荷(静止状态)


3.电场强度
一、电场
1.定义：电荷周围客观存在的一种特殊物质（带电体周围存在的一种物质。电场是客观存在的，不以人的意志为转移的，只要电荷存在，在其周围空间就存在电场，电场具有力的性质和能的性质）。
2.电场的基本性质
电场对放入其中的电荷有力的作用
3.场源电荷：产生电场的电荷
4.试探电荷：电量小体积小不影响原来的电场
二、电场强度（场强）[与场源电荷本身有关]
1.物理意义：描述电场的强弱和方向的物理量
2.定义：放入电场中某一点的电荷受到的电场力跟它的电量的比值叫做这一点的电场强度。
3.定义式：E=F/q
4.单位：N/c
5.矢量：规定电场中某点的场强方向跟正电荷在该点所受电场力方向相同。
三、真空中点电荷周围任意一点电场强度公式为E=kQ/r2
四、电场的叠加
几个电场叠加在同一区域形成的合电场，其场强可用矢量的合成定则（平行四边形定则）进行合成。
五、科学研究方法
1.比值定义物理量
2.类比的方法
六、电场强度和电场力的比较
电场强度：反映电场本身的力的性质的物理量，其大小表示电场的强弱
电场力：仅指电荷在电场中的受力
七、电场线
1.物理意义：形象描述电场的强弱和方向
2.定义

：为了形象地描绘电场，人为地在电场中画出的一系列从正电荷出发到负电荷终止的曲线，使曲线上每一点的切线方向都跟该点的场强方向一致，这些曲线叫电场线。
3.电场分布及特征
①电场线起始于正电荷（或来自无穷远）终止于负电荷（或伸向无穷远）但不会在没有电荷的地方中断；
②电场线的疏密情况反映电场的强弱，电场线密的地方，场强大；
③电场线上某点的切线方向就是该点的场强方向；
④电场线空间中不相交；
⑤静电场中电场线不闭合（在变化的电磁场中可以闭合）
⑥电场线是人为引入的，实际上不是客观存在的。
八、匀强电场
1.定义：电场中各点电场强度的大小相等方向相同
2.在匀强电场中，场强在数值上等于沿电场方向每单位长度上的电势差，即：E=U/d


4.电势能和电势
一、静电力做功的特点（电场力）
静电力做功与电荷的起始位置和终止位置有关，但与电荷经过的路径无关
Wab=Eq*Uab
二、电势能（标量）
1.定义：电荷在电场中所具有的势能叫电势能
2.电场力做功与电势能的关系：在电场中移动电荷时，电场力对电荷做正功，电势能减少；电场力对电荷做负功，电势能增加
电场力做的功等于势能的变化量，即：Wab=ΔEp=Epa-Epb
若取Epb=0，则Epa=Wab=qELab·cosθ(对匀强电场)=qUab(对所有电场)
3.特点：①与参考点（零势能位置）选取有关；
②是电荷与电场所共有的，具有系统性
三、电势（标量）
1.定义：电荷在电场中某点的电势能与它的电荷量的比值，叫做这一点的电势
2.公式：φa=Epa/q
3.电场中电势的高低：顺电场线的方向逐渐降低
4.电势具有相对性、固有性(电势中某点的电势大小是由电场本身的性质决定)
5.正电荷顺着电场线移动，电场力做正功，电势能减小；负电荷顺着电场线移动，电场力做负功，电势能增大
四、计算公式
1.电场力做功Wab=Eql·cosθ
2.电势能Wab=-ΔEp=Epa-Epb
3.电势φ=Ep/q
五、等势面
1.定义：电场中电势相同的各点构成的面叫做等势面
2.物理意义：表示电势的高低
3.特点
①电荷在同一等势面上移动，电场力不做功(电场力做功为零时，电荷不一定沿等势面移动)
②等势面一定跟电场线垂直
③等差等势面密的地方场强大
④任意两等势面都不会相交
⑤电场线总是从电势高的等势面指向电势低的等势面
六、电势差
1.定义：电场中两点间的电势差值叫做电势差，也叫电压
2.关系式：Uab=φa-φb Wab=qUab


5.电势差与电场强度的关系
一、两者关系
1.公式：U=Ed
2.内容：匀强电场中两点间的电势差等于场强与这两点沿电场方向的距离的乘积
3.适用范围：匀强电场
4.变式：E=Uab/d

单位：V/m或N/c
5.意义：在匀强电场中，电场强度的大小等于两点间的电势差与两点沿电场强度方向距离的比值。也就是说，电场强度在数值上等于沿电场方向每单位距离上降低的电势


6.静电现象的应用
一、静电平衡状态
1.概念：没有电荷定向移动的状态
2.特点
①内部的电场处处为零
②导体为等势体
二、导体上的电荷分布
1.内部没有电荷，电荷只分布在外表面
2.在导体表面，越尖锐的位置，电荷的密度（单位面积的电荷量）越大，凹陷的位置几乎无电荷
三、尖端放电
1.形成原因：导体尖端附近的电场特别强
2.应用：避雷针
四、静电屏蔽：处于静电平衡状态的导体，电荷只分布在导体的外表面上。如果这个导体是中空的，当它达到静电平衡时，内部也将没有电场。这样，导体的外壳就会对它的内部起到“保护”作用，使它的内部不受外部电场的影响，这种现象称为静电屏蔽。


8.电容器的电容
一、电容器——电学元件
1.平行板电容器 符号-丨丨-（两个相距很近的平行金属板中间夹上一层绝缘物质——电介质）
2.充放电——使电容器带上电荷叫充电；使电容器失去电荷叫放电
二、电容
1.物理意义：描述电容器储存电荷本领大小的物理量
2.公式：C=Q/U
3.定义：电容器所带的电荷量Q与电容器两极板间的电势差U的比值
4.单位：法拉F 1F=10^6uF=10^12PF 微法 皮法
三、平行板电容器的电容
1.电容大小的相关因素（变大）
①正对面积（变大）
②板间距（变小）
③电介质（插入电介质）
2.决定式：C=(S·Er)/(4πkd)
3.电介质的介电常数
空气1.0005 煤油2 石蜡2~2.1 陶瓷6 玻璃4~11 云母6~8 水81
四、常用电容器
1.分类：可变；固定（电解电容器：脚长正极脚短负极）
2.击穿电压：最大的承受电压



9.带电粒子在电场中的运动
一、带电微粒·粒子
二、带电粒子的加速
1.F=Eq=(U/d)·q→a=F/m=Uq/md
v=根号(2ax)=根号(2·Uq/md·d)=根号(2qU/m)
2.动能定理
①Ek=1/2mv2=qU→v=根号(2qU/m)
②1/2mv2-1/2mvo2=qU→v=根号(2qU/m+vo2)
三、带电粒子的偏转(类平抛)
y=1/2at2
a=F/m=Uq/md
t=l/vo
Vy=at=qUl/dmVo
tanθ=Vy/Vo=qUl/dmVo2
↓
y=qUl2/2dmVo2
[F为电场力，Vo初速度，d为平行板间距，y为竖直方向上的位移]



小结
1.F=kq1q2/r2
2.E=F/q
3.E=kQ/r2
4.Wab=-ΔEp=Epa-Epb
5.φa=Epa/q
6.Wab=qUab
7.Uab=φa-φb
8.U=Ed E=U/d
9.C=Q/U
10.C=(S·Er)/(4πkd)








第二章：恒定电流

1.电源和电流
一、电流的形成
1.电流：电荷的定向移动形成电流
2.产生条件：导体两端存在电势差(电压)
二、电源
1.电源：能把自由电子从正极搬到负极的装置
2.作用：保持导体两端的电势差，使电

路保持持续的电流
三、恒定电流
1.恒定电场：稳定分布的电荷产生的稳定电场称为恒定电场
2.恒定电流：电流的大小、方向都不随时间变化的电流为恒定电流
四、电流
1.定义：通过导体某一横截面的电量与通过这些电量所用时间的比值
2.定义式：I=q/t →q=It
3.物理意义：表示电流的强弱程度
4.单位：安培（A）→国际单位
1A=10^3mA=10^6uA
5.方向：规定正电荷定向移动的方向为电流方向（人为规定）
6.标量：不能遵循平行四边形定则
五、速度
1.电子定向移动的速度：v=7.5*10^-5m/s
2.电场传播速度：v=3*10^8m/s


2.电动势
一、电源
1.电源是通过非静电力做功把其他形式的能转化为电势能的装置
二、电动势
1.在不同的电源中，非静电力做功的本领也不相同
2.物理意义：供电本领大小
3.定义式：E=W/q 单位：J/c、V
4.电动势在数值上等于非静电力把1c的正电荷在电源内从负极移送到正极所作的功
5.电动势由电源中非静电力的特性决定，跟电源的体积无关，也与外电路无关
三、内阻
电源内部也有电阻，这个电阻叫做电源的内阻


3.欧姆定律
一、电阻
1.物理意义：描述导体阻碍电流本领大小的物理量
2.定义：导体两端的电压与电流的比值
3.定义式：R=U/I
4.单位：欧姆（Ω） 1MΩ=1000kΩ=1000000Ω
二、欧姆定律
1.内容：导体中的电流I与导体两端的电压U成正比，跟导体的电阻成反比
2.公式：I=U/R
3.适用条件：金属、电解质溶液
三、导体的伏安特性曲线（直的）
1.线性元件：伏安特性曲线是一条直线的电学元件叫做线性元件
2.非线性条件：电流与电压不成正比（半导体、气体导体）



4.串联电路和并联电路
一、串联电路特点
各个导体首尾相连
1.电流：I=I1=I2=I3
2.电压：U=U1+U2+U3
3.电阻：R=R1+R2+R3
二、并联电路
导体头与头连尾与尾连
1.电流：I=I1+I2+I3
2.电压：U=U1=U2=U3
3.电阻：1/R=1/R1+1/R2+1/R3
三、应用
1.n个相同的电阻并联，总阻值为一个电阻的n分之一
2.若干个不同的电阻并联，总电阻小于其中最小的电阻（越并越小）
四、电压表和电流表
1.表头：量程极小的电流表（灵敏电流计）
①表头的内阻：Rg
②满偏电流：流过表头的最大电流 Ig
③满偏电压：Ug 很小
2.表头改装成电压表——串一个大电阻
电压表=表头+大电阻
R=(U/Ig)-Rg
3.表头改装成电流表——并联一个小电阻
R=(Ig·Rg)/(I-Ig)
五、伏安法测电阻
1.电流表外接法（R《Rv）
R=U准确/I偏大
R测＜R实
电压表的阻值远大于待测电阻的阻值
2.电流表的内接法（RA《R）
R测＞R实
安培表的阻值远小于待测电阻的阻值




4.焦耳定律
一、电功（纯电阻与非纯电阻均可用）
1.定

义：电流所做的功
2.电功：W=UIt
二、电功率（纯电阻与非纯电阻均可用）
1.公式：P=IU
2.表示电流在一段电路上做功的功率P等于电流I与这段电路两端的电压U的乘积
三、焦耳定律（纯电阻可用）
1.电炉：电能全部转化为内能
热功：Q=W=I2Rt（产生的热量）
2.焦耳定律：电流通过导体产生的热量与电流的二次方成正比，跟导体的电阻及通电时间成正比，公式为Q=W=I2Rt
3.热功率：单位时间内的发热量通常称为热功率，P=Q/t
所以表达式为P=I2R
四、非纯电阻→W电=W机械+Q热
五、纯电阻与非纯电阻的比较
1.纯电阻：W电=Q热
UIt=I2Rt=(U2/R)*t
2.非纯电阻：UIt≠I2Rt≠(U2/R)*t
UIt→电功
I2Rt→电热
(U2/R)*t→什么都不是
六、应用
P=P1+P2



6.导体的电阻（电阻定律）
一、影响导体电阻的因素
1.长度l
2.横截面积S
3.材料
二、实验探究
1.试验方法：控制变量法
2.物理量测定
①长度测量——刻度尺
②横截面积的测量——微观放大（或游标卡尺、螺旋测微器）
③电阻测量——伏安法
3.实验方案
三、电阻定律
1.内容：同种材料的导体，其电阻R与它的长度l成正比，与他的横截面积S成反比；导体电阻与构成它的材料有关
2.表达式：R=ρ·(l/s)
3.ρ是比例常数，它与导体材料有关，是一个表征材料性质的物理量，在长度、横截面积一定的条件下，ρ越大导体电阻越大，ρ就叫做这种材料的电阻率
四、电阻率
1.反映材料导电性能的物理量
2.单位：欧姆·米 Ω·m
3.纯金属电阻率小，合金电阻率大
4.金属的电阻率随温度的升高而增大→应用：电阻温度计
5.合金的电阻率与温度变化的关系很小



7.闭合电路的欧姆定律
一、闭合电路
1.用导线把电源、用电器连成一个闭合电路
2.外电路：电源外部的用电器和导线构成外电路
3.内电路：电源内部的电路
4.闭合电路的电流方向：在外电路中，电流方向由正极流向负极，沿电流方向电势降低；在内电路中，电流方向由负极流向正极
二、闭合电路欧姆定律
1.对纯电阻电路：E=IR+Ir即I=E/(R+r)
2.表达：闭合电路中的电流跟电源的电动势成正比，跟内外电路的电阻之和成反比
3.公式
①I=E/(R+r)
②E=IR+Ir
③E=U外+U内
④U外=E-Ir
4.公式②推导
Q外=I2Rt
Q内=I2rt
W非=E·q=EIt
EIt=I2Rt+I2rt
三、路端电压跟负载的关系
1.路端电压：外电路两端的电压
2.路端电压跟负载的关系
①R增大，电流减小，路端电压增大
②R减小，I增大，U减小
4.特例
①外电路断路
I=0 Ir=0 U外=IR=E
②外电路短路
R外=0 U外=0 U内=E I=E/r
5.路端电压U随电流I变化的图像
图像斜率的绝对值表示电源的内阻
四、电池组的串并联
1.串联
E串=nEo r串=nro

2.并联
E并=Eo r并=(1/n)·ro
五、电源的功率和效率
1.功率
①电源的功率(电源总功率)：P=IE
②电源内的输出功率：P出=IU（U为路端电压）
③电源内部消耗的功率：Pr=I2r
2.电源的效率
η=P/P出=U/E=R/(R+r)
3.电源的输出功率
P=E2R/(R+r)2=[4Rr/(R+r)2]·E2/4r≤E2/4r
当R=r时，P=E2/4r=Pmax
外阻与内阻相等时，P出达到最大



8.多用电表的原理
一、欧姆表
二、多用电表