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高二物理选修3-1复习提纲参考资料_图文

高二物理选修 3-1 复习提纲

第一章《静电场》知识要点

电磁学常用公式

库仑定律:F=kQq/r

电场强度:E=F/q

点电荷电场强度:E=kQ/r

匀强电场:E=U/d

电势能:E =qφ

电势差:U=φ-φ

静电力做功:W=qU

电容定义式:C=Q/U

电容:C=εS/4πkd

带电粒子在匀强电场中的运动

加速匀强电场:1/2*mv =qU v =2qU/m

偏转匀强电场:

运动时间:t=x/v 水平

垂直加速度:a=qU/md

垂直位移:y=1/2*at =1/2*(qU/md)*(x/v 水平)

偏转角:θ=v⊥/v 水平=qUx/md(v 水平)

微观电流:I=nesv

电源非静电力做功:W=εq

欧姆定律:I=U/R

串联电路

电流:I =I =I = ……

电压:U =U +U +U + ……

并联电路

电压:U=U=U= ……

电流:I =I+I+I+ ……

电阻串联:R =R+R+R+ ……

电阻并联:1/R =1/R+1/R+1/R+ ……

焦耳定律:Q=I Rt

P=I R

P=U /R

电功率:W=UIt

电功:P=UI

电阻定律:R=ρl/S

全电路欧姆定律:ε=I(R+r) ε=U 外+U 内

安培力:F=ILBsinθ

磁通量:Φ=BS

电磁感应

感应电动势:E=nΔΦ/Δt

导线切割磁感线:ΔS=lvΔt E=Blv*sinθ

感生电动势:E=LΔI/Δt

第二章《恒定电流》知识要点 (一)导体中的电场和电流、电动势

1.导体中的电场和电流 (1)电源:电源就是把自由电子从正极搬迁到负极的装置。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。 (2)导线中的电场:当导线内的电场达到动态平衡状态时,导线内的电场线保持 与导线平行。
(3)电流定义式:
2.电动势定义:在电源内部非静电力所做的功 W 与移送的电荷量 q 的比值,叫电 源的电动势,用 E 表示。定义式为:E = W/q 注意:① 电动势的大小由电源中非静电力的特性(电源本身)决定,跟电源的体积、 外电路无关。
②电动势在数值上等于电源没有接入电路时,电源两极间的电压。 ③电动势在数值上等于非静电力把 1C 电量的正电荷在电源内从负极移送到
正极所做的功。 (二)部分电路欧姆定律,电路的连接,电功、电功率、电热,电阻定律 1.部分电路欧姆定律定义式 R =U/I 导体的伏安特性曲线:常用纵坐标表示电流 I、横坐标表示电压 U,而画出的 I—U 图象。 2.电路的连接串联电路与并联电路的特点 3.电表改装和扩程:主要根据“当流过电流计的电流达到满偏电流是改装或扩程后 的电表也达到了它的量程值”这一点进行计算。 4.电功、电功率、电热 (1)电功公式:W =UIt (2) 电功率公式:P =UI
(3) 电热(焦耳定律)公式:
5. 电阻定律
(1)电阻定律:公式
(2) ——材料的电阻率,跟材料和温度有关;各种材料的电阻率一般随温度的变 化而变化;对金属,温度升高, 增大。 (三)电动势、闭合电路欧姆定律 1.电源:能把其他形式的能转换为电能的装置. 2.电源的电动势 E:①表征电源把其他形式的能转换为电能的本领,在数值上等于 电源没有接人电路时两极间的电压;闭合电路中等于内、外电压之和,即 E=U 外 +U 内 . [ 要 学 习 网 , 只 做 中 学 生 最 喜 欢 、 最 实 用 的 学 习 论 坛 , 地 址 www.yaoxuexi.cn 手机版地址 wap.yaoxuexi.cn] 3.闭合电路欧姆定律:I=E/(R+r)或者 E=U 外+I r=U 外+U 内. 4.路端电压:外电路两端的电压,即电源的输出电压
路端电压与外电阻关系: U=IR (路端电压随外电阻增大而增大) 路端电压与电流关系: U=E-Ir 理解图象意义 5.电路中能量转化:

电源就是通过内部非静电力搬运电荷做功而将其他形式的能转化为电能的装置, 欧姆定律就是能的转化与守恒定律在直流电路中的具体表现形式 6.多用电表
欧姆表基本构造:由电流表、调零电阻、电池、红黑表笔组成。(内电路请自己画 出)
【注意】欧姆表测电阻时,指针越接近半偏位置,测量结果越准确。 调零:将红、黑表笔短接,调节调零旋钮使指针 0 处。
不要用手接触电阻的两引线;若发现指针偏角太大或太小应换用倍率较小或较 大的档;且每次换档必需重新调零。
整理:测量完毕,将选择开关旋转到 OFF 档或交流最大电压档,拨出表笔,若 长期不用应取出电池。 7.测定电池的电动势和内电阻
误差分析:用电流表和电压表测电源的电动势和内电阻时,电流表外接和内接两 种情况下电动势的测量值与真实值、电源内阻的测量值与真实值间的关系如何?

若采用上图电路时,可得:

若采用下图所示的电路可得:



8.电流表:表头 (1)构造:主要由永磁体和放入其中的可转动的线圈组成. (2)工作原理:当线圈中有电流通过时,线圈在磁场力的作用下带着指针一起偏转, 电流越大,指针偏转的角度越大,从表盘上即可读出电压或电流值. (3)三个主要参数 ①内阻 Rg:电流表的内电阻. ②满偏电流 Ig:指针偏转到最大刻度时的电流,也叫电流表⑥的量程. ③满偏电压 Ug:电流表通过满偏电流时加在电流表两端的电压. (4)三个参数间的关系:Ug=IgRg 9.电压表(V)的改装 电流表的电压量程较小 Ug=IgRg ,当改装成较大量程为 U 的电压表时,应串联一 个电阻 R 如图所示,因为串联电阻有分压作用,因此叫做分压电阻,电压扩大量程 倍数 n=U/Ug

则 U=IgRg+=IgR
需要串联的电阻为 R=(n-1)Rg 改装后的电压表内阻为:Rv=R+Rg

10.电流表(A)的改装 将量程为 Ig 表头改装成量程为 I 电流表应并联一个电阻 R,如图所示,因为并联电 阻有分流作用,因此叫做分流电阻.扩大量程倍数 n=I/Ig 则需要并联的分流电阻 R=Rg/(n 一 1).[要学习网,只做中学生最喜欢、最实 用的学习论坛,地址 www.yaoxuexi.cn 手机版地址 wap.yaoxuexi.cn] 改装后的电流表内阻等于 Rg 与 R 并联时的总电阻.
11.伏安法测电阻
用伏安法测电阻时,若不知被测电阻的大概值,为了减小测量误差,如何选择正确 电路连接? 采用试触法:可将电路如图所示连接,只空出电压表的一个接头 S, 然后将 S 分 别与 a、b 接触一下,观察电压表和电流表的示数变化情况.若电流表示数有显著 变化,说明电压表的分流作用较强,即 Rx 是一个高阻值电阻,应选用内接法,S 应接 b 测量.若电压表示数有显著变化,说明电流表的分压作用较强,即 Rx 是一 个低阻值电阻,应选用外接法,S 应接 a 测量.
12.滑动变阻器连接方式 (1)限流式接法:电路中变阻器起限流作用,负载 Rx 上的电压可调范围为 ,电压变化范围较小;消耗能量少;适应于用电器电阻阻值与变阻器阻
值相当的电路。

(2)分压式接法:电路中变阻器起分压作用,滑片自 A 端向 B 端滑动时,负载上 电压的范围为 0~E,显然比限流时调节范围大,但消耗能量多,对于
要求电压变化范围大的,或滑动变阻器总阻值较小的,使用此连接方式
13.欧姆表测量电阻 (1)欧姆表构造:如图所示,G 是内阻为 R、满偏电流为 Ig 的微安表或毫安表
R0 是调零电阻,电池的电动势为 E,内阻为 r,黑表笔接电池正极, 红表笔接电池负极.
(2)欧姆表原理:欧姆表是根据闭合电路欧姆定律制成的.当红、黑表笔 间接入 待测电阻 Rx 时,此时通过 G 表的电流为 I,则:
应当注意,欧姆表刻度是不均匀的.[要学习网,只做中学生最喜欢、最实用的学 习论坛,地址 www.yaoxuexi.cn 手机版地址 wap.yaoxuexi.cn]
(3)注意事项:①使用前进行机械调零,使指针指在电流表的零刻度.②要使被 测电阻与其他元件和电源断开,不能用手接触表笔的金属杆.③合理选择量程,使 指针尽量在中间位置附近.④使用欧姆档的另一量程时,一定要重新进行电阻调零 (即换档调零)。⑤读数时,应将表针示数乘以选择开关所指的倍率.⑥测量完毕, 拔出表笔,开关置于交流电压最高挡或 OFF 挡,若长期不用,取出电池。 14.实验:测定电池的电动势和内阻
目标:1.掌握实验电路、实验原理及实验方法.2.学会用图象法处理实验数 据.
原理: 根据闭合电路欧姆定律的不同表达形式,可以采用下面几种不同的方 法测 E 和 r
(1)由 E=U+Ir 知,只要测出 U、I 的两组数据,就可以列出两个关于正、r 的方 程,从而解出 E、r,电路图如图所示.
(2)由 E=IR+Ir 知,测出 I、R 的两组数据,列出方程解出 E、r,电路图如图所 示.
(3)由正=U+Ur/R,,测出 U 、R 两组数据,列出关于 E、r 的两个方程,电路图 如图所示.

(1)

(2)

(3)

数据处理图象法:以 I 为横坐标,U 为纵坐标建立直角坐标系.据实验数据描点.如 果发现个别明显错误的数据,应该把它剔除.用直尺画一条直线,使尽量多的点落 在这条直线上,不在直线上的点能均分两侧, 注意事项: (1)为了使电池的路端电压变化明显,电池宜选内阻大些的. (2) 因该实验中电压 U 的变化较小,为此可使纵坐标不从零开始,把坐标的比例放 大,可减小实验误差.此时图象与横轴交点不表示短路电流,计算内阻时,要在直 线上任取两个相距较大的点,用 r=△U/△I 计算出电池的内阻 r.

第三章《磁场》 一、知识要点 1.磁场的产生⑴磁极周围有磁场。(2)电流周围有磁场(奥斯特)。 2.磁场的基本性质 磁场对放入其中的磁极和电流有磁场力的作用(对磁极一定有力的作用;对电流只是 可能有力的作用,当电流和磁感线平行时不受磁场力作用)。这一点应该跟电场的基 本性质相比较。

磁感应强度

(条件是匀强磁场中,或 ΔL 很小,并且 L⊥B )。

磁感线 ⑴用来形象地描述磁场中各点的磁场方向和强弱的曲线。磁感线上每一点的切线方 向就是该点的磁场方向,也就是在该点小磁针静止时 N 极的指向。磁感线的疏密表 示磁场的强弱。

⑵磁感线是封闭曲线(和静电场的电场线不同)。 ⑶要熟记常见的几种磁场的磁感 线:
⑷安培定则(右手螺旋定则):对直导线,四指指磁感线方向;对环行电流, 大拇指指中心轴线上的磁感线方向;对长直螺线管大拇指指螺线管内部的磁感线方 向。 5.磁通量
如果在磁感应强度为 B 的匀强磁场中有一个与磁场方向垂直的平面,其面积为 S,则定义 B 与 S 的乘积为穿过这个面的磁通量,用 Φ 表示。Φ 是标量,但是有方 向 ( 进 该 面 或 出 该 面 ) 。 单 位 为 韦 伯 , 符 号 为 Wb 。 1Wb=1Tm2=1Vs=1kgm2/(As2)。
可以认为磁通量就是穿过某个面的磁感线条数。 在匀强磁场磁感线垂直于平面的情况下,B=Φ/S,所以磁感应强度又叫磁通 密度。在匀强磁场中,当 B 与 S 的夹角为 α 时,有 Φ=BSsinα。 二、安培力 (磁场对电流的作用力) 1.安培力方向的判定 ⑴用左手定则。 ⑵用“同性相斥,异性相吸”(只适用于磁铁之间或磁体位于螺线管外部时)。 ⑶用“同向电流相吸,反向电流相斥”(反映了磁现象的电本质)。. 只要两导线不是互相垂直的,都可以用“同向电流相吸,反向电流相斥”判定相互作 用的磁场力的方向;当两导线互相垂直时,用左手定则判定。 2.安培力大小的计算 F=BLIsinα(α 为 B、L 间的夹角)高中只要求会计算 α=0(不受安培力)和 α=90° 两种情况。
三、洛伦兹力 1.洛伦兹力
运动电荷在磁场中受到的磁场力叫洛伦兹力,它是安培力的微观表现。 计算公式的推导:如图所示,整个导线受到的磁场力(安培力)为 F 安 =BIL; 其中 I=nesv;设导线中共有 N 个自由电子 N=nsL;每个电子受的磁场力为 F,则 F 安=NF。由以上四式可得 F=qvB。条件是 v 与 B 垂直。当 v 与 B 成 θ 角时, F=qvBsinθ。
2.洛伦兹力方向的判定 在用左手定则时,四指必须指电流方向(不是速度方向),即正电荷定向移动的方向; 对负电荷,四指应指负电荷定向移动方向的反方向。 3.洛伦兹力大小的计算

带电粒子在匀强磁场中仅受洛伦兹力而做匀速圆周运动时,洛伦兹力充当向心力, 由此可以推导出该圆周运动的半径公式和周期公式:

四、带电粒子在匀强电场中类平抛的偏转问题。 如果带电粒子以初速度 v0 垂直于场强方向射入匀强电场,不计重力,电场力
使带电粒子产生加速度,作类平抛运动,分析时,仍采用力学中分析平抛运动的方

法:把运动分解为垂直于电场方向上的一个分运动——匀速直线运动:



;另一个是平行于场强方向上的分运动——匀加速运动,





粒子的偏转角为



经一定加速电压(U1)加速后的带电粒子,垂直于场强方向射入确定的平行

板偏转电场中,粒子对入射方向的偏移

,它只跟加在偏转电极

上的电压 U2 有关。当偏转电压的大小极性发生变化时,粒子的偏移也随之变化。

如果偏转电压的变化周期远远大于粒子穿越电场的时间(

),则在粒子穿越

电场的过程中,仍可当作匀强电场处理。 五、带电粒子在匀强磁场中的运动
在不计带电粒子(如电子、质子、粒子等基本粒子)的重力的条件下,带电粒 子在匀强磁场有三种典型的运动,它们决定于粒子的速度(v)方向与磁场的磁感应 强度(B)方向的夹角()。 (1)当 v 与 B 平行,即 = 0°或 180°时——落仑兹力 f = Bqvsin = 0,带电粒 子以入射速度(v)作匀速直线运动,其运动方程为:s = vt (2)当 v 与 B 垂直,即 = 90°时——带电粒子以入射速度(v)作匀速圆周运动, 四个基本公式 :

向心力公式:

轨道半径公式:

周期、频率和角速度公式:
动能公式: T、f 和 w 的两个特点 第一、T、 f 和 w 的大小与轨道半径(R)和运行速率(V)无关,而只与磁场的磁 感应强度(B)和粒子的荷质比(q/m)有关。 第二、荷质比(q/m)相同的带电粒子,在同样的匀强磁场中,T、f 和 w 相同。 (3)带电粒子的轨道圆心(O)、速度偏向角( )、回旋角(a)和弦切角(q)。 在分析和解答带电粒子作匀速圆周运动的问题时,除了应熟悉上述基本规律之外, 还必须掌握确定轨道圆心的基本方法和计算 、a 和 q 的定量关系。如图 6 所示, 在洛仑兹力作用下,一个作匀速圆周运动的粒子,不论沿顺时针方向还是逆时针方 向,从 A 点运动到 B 点,均具有三个重要特点。 第一、轨道圆心(O)总是位于 A、B 两点洛仑兹力(f)的交点上或 AB 弦的中垂 线(OO)与任一个 f 的交点上。 第二、粒子的速度偏向角( ),等于回旋角(a),并等于 AB 弦与切线的夹角—— 弦切角(q)的 2 倍,即 =a= 2q=wt。 第三、相对的弦切角(q)相等,与相邻的弦切角(q )互补,即 q+q = 180°。
质谱仪、回旋加速器Ⅰ、速度选择器 质谱仪主要用于分析同位素, 测定其质量, 荷质比和含量比, 如图所示为一种常用 的质谱仪, 由离子源 O、加速电场 U、速度选择器 E、B1 和偏转磁场 B2 组成。

同位素荷质比和质量的测定: 粒子通过加速电场, 根据功能关系, 有

。粒

子通过速度选择器, 根据匀速运动的条件:

。若测出粒子在偏转磁场的轨道直

径 为 d, 则

, 所以同位素的荷质比和质量分别为


回旋加速器Ⅰ 1.回旋加速器是利用电场对电荷的加速作用和磁场对运动电荷的偏转作用来获得高 能粒子的装置. 2.回旋加速器的工作原理. (1)磁场的作用:带电粒子以某一速度垂直磁场方向进入匀强磁场时,只在洛伦 兹力作用下做匀速圆周运动,其中周期和速率与半径无关,使带电粒子每次进入 D 形盒中都能运动相等时间(半个周期)后,平行于电场方向进入电场中加速. (2)电场的作用:回旋加速器的两个 D 形盒之间的窄缝区域存在周期性变化的并 垂直于两 D 形盒直径的匀强电场,加速就是在这个区域完成的. (3)交变电压:为了保证每次带电粒子经过狭缝时均被加速,使之能量不断提高, 要在狭缝处加一个与 T=2πm/qB 相同的交变电压.
1.D 形金属扁盒的主要作用是起到静电屏蔽作用,使得盒内空间的电场极弱, 这样就可以使运动的粒子只受洛伦兹力的作用做匀速圆周运动.
2.在加速区域中也有磁场,但由于加速区间距离很小,磁场对带电粒子的加速 过程的影响很小,因此,可以忽略磁场的影响.

3. 设 D 形 盒 的 半 径 为 R , 则 粒 子 可 能 获 得 的 最 大 动 能 由



.可见:带电粒子获得的最大能量与 D 形盒半径有关.由于
受 D 形盒半径 R 的限制,带电粒子在这种加速器中获得的能量也是有限的.为了获 得更大的能量,人类又发明各种类型的新型加速器.
例:已知回旋加速器中 D 形盒内匀强磁场的磁感应强度 B=1.5 T,D 形盒的半 径为 R= 60 cm,两盒间电压 u=2×104 V,今将 α 粒子从近于间隙中心某处向 D 形盒内近似等于零的初速度,垂直于半径的方向射入,求粒子在加速器内运行的 时间的最大可能值.
解析:带电粒子在做圆周运动时,其周期与速度和半径无关,每一周期被加速两 次,每次加速获得能量为 qu,只要根据 D 形盒的半径得到粒子具有的最低(也是 最大)能量,即可求出加速次数,进而可知经历了几个周期,从而求总出总时间.[要 学习网,只做中学生最喜欢、最实用的学习论坛,地址 www.yaoxuexi.cn 手 机版地址 wap.yaoxuexi.cn]
粒子在 D 形盒中运动的最大半径为 R

则 R=mvm/qB vm=RqB/m
则其最大动能为 粒子被加速的次数为 n=Ekm/qu=B2qR2/2m-u
则粒子在加速器内运行的总时间为 磁通量( )和磁通密度(B) 磁通量( )——穿过某一面积(S)的磁感线的条数。
磁通密度——垂直穿过单位面积的磁感线条数,也即磁感应强度的大小。
与 B 的关系 = BScos 式中 Scos 为面积 S 在中性面上投影的大小。 公式 = BScos 及其应用 磁通量的定义式 = BScos,是一个重要的公式。它不仅定义了的物理意义,而且 还表明改变磁通量有三种基本方法,即改变 B、S 或。在使用此公式时,应注意以 下几点: (1)公式的适用条件——一般只适用于计算平面在匀强磁场中的磁通量。 (2)角的物理意义——表示平面法线(n)方向与磁场(B)的夹角或平面(S) 与磁场中性面(OO‘)的夹角(图 1),而不是平面(S)与磁场(B)的夹角(α )。
因为 q+α = 90°,所以磁通量公式还可表示为 = BSsinα (3) 是双向标量,其正负表示与规定的正方向(如平面法线的方向)是相同
还是相反,当磁感线沿相反向穿过同一平面时,磁通量等于穿过平面的磁感线的净 条数——磁通量的代数和,即 速度选择器
正交的匀强磁场和匀强电场组成速度选择器。带电粒子必须以唯一确定的速 度(包括大小、方向)才能匀速(或者说沿直线)通过速度选择器。否则将发生偏

转。这个速度的大小可以由洛伦兹力和电场力的平衡得出:qvB=Eq, 。 在本图中,速度方向必须向右。

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仅供个人用于学习、研究;不得用于商业用途。
For personal use only in study and research; not for commercial use.
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