物理选修3-1第一章第二章复习课件.ppt

静电场,例题,一.电荷守恒定律：,电荷既不能创造，也不能被消灭，它们只能从一个物体转移到另一个物体，或者从物体的一部分转移到另一部分。,(二)电场、电场强度、电场线,1.电荷周围存在着电场。静止的电荷产生的电场称为静电场。电场是传递电荷相互作用的物质。,2.电场强度,电场强度是反映电场的力的性质的物理量。它用检验电荷受到的电场力跟检验电荷电量q的比值来定义，即,电场强度是矢量。 方向：是正电荷在电场中所受电场力的方向。 大小：是由电场本身的内在因素决定的，它与引入电场中的检验电荷无关。,3.点电荷场强公式，即,4.匀强电场场强公式，即,5.电场强度的叠加,电场强度的叠加遵守平行四边形法则,6.电场线,电场线是为了形象描述电场中各点电场强度大小和方向而假想的线，电场线上每一点的电场强度方向沿该点的切线方向；电场线密处电场强度大，电场线疏处电场强度小。,静电场的电场线从正电荷出发到负电荷终止。,1.电场力的功: 电荷在电场中移动，电场力做功的数量跟电荷移动的路径无关。 电场力做正功时，电势能减小；电场力做负功时，电势能增大。,2.电势能:,电荷在电场中某点的电势能在数值上等于把电荷从该点移到电势能为零处，电场力所做的功。,3.电势:,电势是反映电场的能的性质的物理量。电场中某点的电势定义为检验电荷在该点具有的电势能E跟检验电荷的电量q的比值，即,电势是标量，它有正、负，但不表示方向。电场中某点的电势大小及正负跟该点有无检验电荷无关，但与选取电场中电势能为零的点(零电势点)有关。 正电荷在电势高的位置电势能大，负电荷在电势高的位置电势能小,4.电势差(电压),AB两点间的电势差UAB在数值上等于将检验电荷从A点移至B点电场力所作的功WAB与检验电荷电量q的比值,（1）,（2）,5.等势面：等势面是电场中电势相等的点构成的面。,电荷沿等势面移动，电势能不变化，电场力不做功。等势面一定和电场线垂直，电场线的方向是电势降低的方向。电场线本身不能相交，等势面本身也不能相交。,点电荷电场的等势面是以点电荷为球心的一族球面；,匀强电场的等势面是与电场线垂直的一族平行平面。,说明:电势与电场强度在数值上没有必然对应的关系。,例如，电势为零的地方电场强度可以不为零(电势为零的地方可任意选取)； 电场强度为零的地方电势可以不为零(如两个带同种等电量的点电荷，其连线的中点处电场强度为零，电势却不为零)。 电场强度恒定的区域电势有高低不同(如匀强电场)； 等势面上的各点，电场强度可以不相同(如点电荷形成的电场的等势面上，各点场强不同)。,2.经常遇到的三个问题,（1）.比较场强的大小,看电场线的疏密或等势面的疏密。 （2）.比较电势的高低，看电场线的方向。电场线的方向是电势降低的方向。 （3）.比较同一检验电荷在电场中两点所具有的电势能的多少，看电场力的方向。电场力作正功，检验电荷的电势能减少。,3.带电粒子在电场中加速或减速的问题，多应用动能定理、能量守恒定律求解。,4.带电粒子在电场中偏转的问题，如带电粒子穿过匀强电场时的偏转问题，多应用牛顿第二定律及运动合成知识求解。,（1）.加速度 （2）.侧向速度 （3）.偏向角 （4）.侧向位移 （5 ）.侧向位移与偏向角 （6）.增加的动能,(五)电容器和电容,1.电容是反映电容器容纳电荷本领的物理量。它用电容器所带的电量跟电容器两板间的电势差的比值来定义，即,2.平行板电容器的电容,平行板电容器的电容，跟介电常数成正比，跟正对面积成正比，跟极板间的距离成反比，即,3.平行板电容器的电场,(1)电势差恒定 (2)带电量恒定,概念和规律是非题,1、 若将放在电场中某点的电荷q改为q，则该点的电场强度大小不变，方向与原来相反。 2、若取走放在电场中某点的电荷，则该点的电场强度变为零。 3、沿电场线方向，场强一定越来越小。 4、若电荷q在A处受到的电场力比B点时大，则A点电场强度一定比B点的大。 5、电场中某点电场线的方向，就是放在该点的电荷所受电场力的方向。 6、无论什么电场，场强的方向总是由高电势指向低电势。 7、已知A、B为某一电场线（直线）上的两点，由此可知，A、B两点的电场强度方向相同，但EA和EB的大小无法比较。,8、在电场中，电场强度越大的地方电势越高。 9、若某区域内各点的电场强度均相等，则此区域内各点的电势一定相等。 10、原静止的点电荷在只受电场力时，一定从电势高处向电势低处运动。 11两个等量同种点电荷连线中点的场强为零、电势不为零。,12、电荷沿电场线方向移动时，其电势能一定减小。 13检验电荷在电场中某点所受的电场力很大时，它在 该点具有的电势能也一定大。 14、把两个异号电荷靠近时，电荷电势能增大。,15、若电场中A、B两点间的电势差为零，则同一点电荷在A、B两点所具有的电势能必定相同。 16、将一电荷匀速地从电场中的一点移至另一点，外力所做的功等于该电荷电势能的变化量。 17、电荷在电场中移动时，若电场力对电荷做正功，电荷的电势能一定减小，而电荷的动能不一定减小。 18、电容器极板上的电荷数量越多，电容器的电容就越大 19、静电平衡导体内部的场强为零，电势也为零 20、只在电场力作用下，电场力一定对电荷做功。,2、关于库仑定律与电荷守恒定律,例1两个完全相同的金属小球A、B（可视为质点），带有等量的异种电荷量，相隔一定距离，两球之间的引力的大小是F.今让另外两个与A、B相同的不带电的金属小球与A、B两球两两接触后移开另外两个球.这时，A、B是两球之间的相互作用力的大小是（ ） AF/8 BF/4 C3F/8 D3F/4,点评：三个金属球两两接触，电荷平分且电荷守恒。 电荷之间的作用力按照库仑定律求解,B,例2：有两个完全一样的金属小球A、B，A带电量7Q，B带电量-Q，相距为r，已知球的半径比r小得多。 将两小球接触后放回原位置，小球间库仑力是原来的多少倍？,将不带电的相同小球C与A接触后移去，A、B间库仑力为原来多少倍？,将不带电的相同小球C与A接触后再与B接触后移去，A、B间库仑力为原来多少倍？,将不带电的相同小球C反复与A、B球接触，最后移去C球，试问A、B间的库仑力变为原来的多少倍？,9/7,1/2,5/8,4/7,3、关于受库仑力作用的电荷的平衡问题及场的叠加,例3：在真空中同一条直线上的A、B两点固定有电荷量分别为+4Q和-Q的点电荷。 在该直线上的哪个位置的场强为零（除了无穷远的地方）？ 将另一个点电荷放在该直线上的哪个位置，可以使它在电场力作用下保持静止？这个电荷点什么电？ 若A、B不固定且要求这三个点电荷都只在电场力作用下保持静止，那么引入的这个点电荷应是正电荷还是负电荷？电荷量是多大？,三点共线、两同夹异、两大夹小,解题“重过程、讲道理、讲条理”。,例7：已知如图，在光滑绝缘水平面上有三个质量都是m的相同小球，两两间的距离都是l，A、B电荷量都是+q。给C一个外力F，使三个小球保持相对静止共同加速运动。求：C球的带电电性和电荷量；外力F的大小。,QC= -2q，F=3FB=3 FAB=,点评：电学问题，力学方法。研究对象的选取，受力分析,例8、一摆长为L的单摆，摆球质量为m，带有负电荷，电量为q，如果悬点A处放一正电荷，电量也为q，要使摆能在竖直平面内作完整的圆周运动，如图所示，则摆在最低点的速度最小值为多少？,最高点临界条件:,T=0,选用物理规律:,向心力公式+能量守恒,分析：能使物体在竖直面内做完整的圆周运动，通过最高点就要有最小的向心力，即：,例1：如图4所示，匀强电场的电场强度为E，A、B是电场中一条电场线上的两点，若A、B间的距离为d，则这两点间的电势差等于： AEd BE/d Cd/E D1/Ed,4、在匀强电场中，与电势差的关系,例2.如图1253所示，a、b、c是一条电场线的三点，电场线的方向由a到c，a、b间距离等于b、c间距离，用a、b、c和Ea、Eb、Ec分别表示a、b、c三点的电势和场强，可以判定 A.abc B.EaEbEc C.a b=b a D. Ea = Eb = Ec,A,图1253,A,根据定义式 点电荷电场， 匀强电场，场强处处相等，且满足E=U/d；,根据电场线来判断,根据等势面来判断,5、判断场强大小的方法,7、判断电场强度方向的方法,正电荷所受电场力的方向即是该点的场强方向； 电场线上每一点的切线方向即是该点的场强方向； 电势降低最快的方向就是场强的方向,6、比较电势高低的方法 （1）、沿电场线的方向，电势降低 （2）、在电场中，电场力对正电荷做正功时，沿正电荷的运动轨迹，电势降低。 （3）、当电场中两点间的电势差大于零时，电势降低。反之升高。 （4）、根据场强的方向，来确定电势的高低。,方法一: 根据电场力做功的正负判断，若电场力对移动电荷做正（负）功，则电势能减少（增加）； 方法二: 根据公式 Ep=q ；WABqUAB计算。,7、比较电荷电势能的大小,8、电场线的作用: 判定场强方向；描述场强的大小；描述电势的变化。 要清楚几种典型的电场的电场线的分布,9、等势面、电场线的关系,例题1.如图4所示，平行直线表示匀强电场的电场线，但未标出方向，电荷量为+10-2C的粒子仅受电场力作用下，由A点运动到B点，动能损失0.1J，若A点的电势为-10V，则：（1）判断电场线的方向；（2）求B点的电势；（3）粒子运动的轨迹是1还是2？,答案（1）向左 （2）0 （3）应是2,变形：要是平行的直线是等势面答案如何？,答案（1）向下 (2)0 (3)应是1,例题2.如图2所示，一电荷仅在电场力作用下，从A点运动到B点。运动电荷所带电荷的电性是 。比较A、B两点的：加速度aA aB；速度vA vB； 动能EkA EkB；电势能EpA EpB。,答案：正电荷 大于；小于；小于；大于,变形：不给起点和终点，只给出虚线是轨迹，分析,物体运动的轨迹在速度与合外力两方向之间,例3如图1所示，在点电荷+Q形成的电场中有一个带电粒子通过，其运动轨迹如图中实线所示，虚线表示电场的两个等势面，则 A等势面电势UAUB，粒子动能EKAEKB B等势面电势UAUB，粒子动能EKAEKB C等势面电势UAUB，粒子动能EKAEKB D等势面电势UAUB，粒子动能EKAEKB,点评：说说思路，首先说点电荷的电场线的分布，画出过A点的电场线，做出A点轨迹的切线方向。电荷在运动过程中只有电场力做功，动能和电势能相互转化，但总能量不变,A,例4. 如图所示，虚线a、b、c是电场中的三个等势面，相邻等势面间的电势差相同，实线为一个带正电的质点仅在电场力作用下，通过该区域的运动轨迹，P、Q是轨迹上的两点。下列说法中正确的是（不计重力） A.三个等势面中，等势面a的电势最高 B.带电质点一定是从P点向Q点运动 C.带电质点通过P点时的加速度比通过Q点时小 D.带电质点通过P点时的动能比通过Q点时小,点评：描绘电场线，提高对电场线和等势面关系的认识。通过电场线的描绘来说明等势面的电势高低，同时说明质点的电性。,D,练习1、一负电荷从电场中A点由静止释放，只受电场力作用，沿电场线运动到B点，它运动的速度时间图象如图甲所示，则A、B两点所在区域的电场线分布情况可能是图乙中的,C,练习2、如图所示，甲图是某电场中的一条电场线，a、b是这条线上的两点，一负电荷只受电场力作用，沿电场线从a运动到b，在这个过程中，电荷的速度时间图象如乙图所示，比较a、b两点电势的高低和场强的大小 A、ab EaEb B、ab Ea = Eb C、ab EaEb D、ab Ea = Eb,点评：先分析速度图像，电荷的加速度是恒定的，电场应该是匀强电场。速度逐渐减小说明动能在逐渐减小电场力是由b指向a的。场强方向由 a到b. 这两道题可以训练通过图像来捕捉信息，建立完整的物理情景。,练习3、某静电场的电场线分布如图所示，图中P、Q两点的电场强度的大小分别为EP和EQ，电势分别为 P和 Q，则（ ） AEPEQ ， P Q BEPEQ ， P Q CEPEQ， P Q DEPEQ， P Q,点评：提高用电场线描述电场的认识。 等量的异种电荷正电荷发出的电场线和负电荷接收到的电场线的条数应该相等。 电场线是守恒的,A,二、电容器、静电平衡状态下的导体,平行板电容器,两个要点: U不变还是Q不变. 三个关系: 1. C=S/4kd 2. CQ/U 3. E=U/d,Q不变. 1. d C UE不变. 2. S CU E. 3. C UE.,U不变. 1. d C E Q. 2. S C E 不变Q. 3. C E不变Q .,例1、一平行板电容器两极板间距为d、极板面积为S，电容为C。对此电容器充电后断开电源。当增加两板间距时，电容器极板间（ ） A电场强度不变，电势差变大 B电场强度不变，电势差不变 C电场强度减小，电势差不变 D电场强度较小，电势差减小,点评：断开电源就是上的电荷量不变，当两极板的距离增大时，电容器的电容就减小,d C UE不变,A,练习、如下图所示是定性研究平行板电容器的电容与结构之间的关系的装置，平行板电容器的A板与静电计相连，B板和静电计金属壳都接地 （1）指出下列三个图所示的情况下，静电计指针的偏转变化情况： 正对面积减小时，静电计指针的偏转； 板间距离增大时，静电计指针的偏转； 插入电介质时，静电计指针的偏转 （2）实验说明平行板电容器的电容与正对面积、板间距离，电介质的介电常数之间的关系为： ,例2有一电容器，带电量1.0105C时，两板间电压为200V，如果使它带电量增加1.0106C，这时它的电容是 ，两板间电压是 V。,5108 F,点评：题中易错的地方是：对电荷量的认识，错误的认为，题中给出的电荷量是两个极板是的电荷之和。,220,例3：如图6所示，已知平行板电容器带电量为Q，且保持不变；场强为E，两板间距离为d，则 （1）两板间电压U= ，电容C= ； （2）若有一带电液滴，质量为m， 在两板间的处于静止状态，则液滴 带何种电荷？电荷量是多少？,答案：（1）,(2)液滴带负电，,（3）若下面的极板向上移动一段距离，电容C ； 液滴将向哪个方向移动？为什么？ （4）若d 保持不变，将上板向左平移L/4，下板向右平移L/4，电容C= ，板间电压U= ，场强E= ，液滴的加速度 a= ，方向 。,（5）正极板接地，上极板向 上移动一小段距离，液滴所 在处的电势 液滴的电势 能如何变化,增大,2U,2E,Eq/m,向上,降低,增大,不动,场强不变,例3、如图所示，平行板电容器与电动势为E的直流电源（内阻不计）连接，下极板接地。一带电油滴位于容器中的P点且恰好处于平衡状态。现将平行板电容器的上极板竖直向上移动一小段距离（ ） A带点油滴将沿竖直方向向上运动 BP点的电势将降低 C带点油滴的电势将减少 D若电容器的电容减小，则极板带电量将增大,平行板电容器、电势、电容、受力分析,B,例4如图3所示，平行板电容器的两极板A、B接于电池两极，一带正电的小球悬挂在电容器内部，闭合S，电容器充电，这时悬线偏离竖直方向的夹角为 A保持S闭合，将A板向B板靠近，则增大 B保持S闭合，将A板向B板靠近，则不变 C断开S，将A板向B板靠近，则增大 D断开S，将A板向B板靠近，则不变,答案：AD,三、带电粒子在电场中的运动,基本粒子：如：电子、质子、离子、原子核，常不计重力,带电微粒、小球、液滴，常要考虑重力,2、电场？,1、什么带电体？,匀强电场 非匀强电场 周期性变化的电场,3 、带电粒子在电场中的运动形式,只在电场中,加速运动,减速运动,匀加速直线和曲线,变加速直线和曲线,匀减速直线和曲线,变减速直线和曲线,匀速圆周运动,在复合场中的运动,静止,加速运动,减速运动,匀加速直线和曲线,变加速直线和曲线,匀减速直线和曲线,变减速直线和曲线,圆周运动,4、解决的思路和方法 电场中的规律和力学方法：这类问题本质上是一个力学问题，应顺应力学问题的研究思路和运用力学的基本规律。 要注意的是： （1）对于具体问题要分清：场的条件和在场中运动电荷的条件 （2）做好受力分析 （3）加速度,（4）由研究问题的本质上来分析：如电荷在匀强电场中的偏转问题，关键在于研究的方法-分解。通过时间这个物理量来连接两个分运动。,（类）平抛运动模型,例1、如图所示，在点电荷+Q的电场中有A、B两点，将质子和粒子分别从A点由静止释放，到达B点时它们速度大小之比为多少？,解析：质子和粒子都是正离子，从A点释放将受电场力作用加速运动到B点。设AB两点间的电势差为U，由动能定理有,例2、两块相距为d的平行金属板AB竖直放置，两板间的电压为U，一质量为m，带电大小为e的电子以初速度v0沿与板面垂直的方向射入电场，若AB两板间距足够大，电子不能射出电场。求： （1）电子运动的最大距离 （2）电子射入电场到回到 射入点所经历的时间,点评(1)对电子做功的电压不是U，而是U的一部分，应该是： (2)竖直上抛运动模型的应用,答案：,例3、如图所示，水平放置的平行板电容器两极板间距为d，带负电的微粒质量为m、带电荷量为q，它从上极板的边缘以初速度v0射入，沿直线从下极板N的边缘射出，则 A、微粒的加速度不为零 B、微粒的电势能减小了mgd C、两极板的电势差为 D、M板的电势低于N板的电势,点评：要求用力学分析问题的方法来解决，做好受力分析，才能对电荷的运动性质做出判断。对答案做出正确的选择。,C,例4. 质量为m,电荷量为q的带电粒子,经过加速极电压U1加速后,平行极板进入偏转极电场,偏转极电压为U2.已知偏转极极板长度为l,两板间的距离为d. 求带电粒子射出电 场时侧向偏移距离y 和偏转角.动能的增量。,这类问题的研究方法：分解为两个分运动来处理。,练习，电子在电势差为U1的加速电场中由静止开始运动，然后射入电势差为U2的两块平行极板间的电场中，入射方向跟极板平行整个装置处在真空中，重力可忽略在满足电子能射出平行板区的条件下，下述四种情况中，一定能使电子的偏转角变大的是（ ） AU1变大、U2变大 B U1 变小、U2变大 CU1变大、U2变小 D U1变小、U2变小,B,由结论式 可知偏转角的正切值，与电荷无关，只和场有关,例5：如图7-24所示，有三个质量相等，分别带正、负电和不带电的微粒，从左侧中央匀强电场方向射入匀强电场中，它们分别落在正极板的A、B和C处，将落在A、B、C处的微粒分别称为微粒A、B和C，则这三者带电种类的情况是：A 电,B 电，C 电，这三者在电场中运动的时间关系是：TA TB TC，这三者在电场中的加速度关系是：aA aB aC, 这三者到达正极板时的动能关系是： EA EB EC。,正,不带,负,例6、一对带等量异种电荷的平行金属板水平放置，两板距离为d.在距上板高h处，有一质量为m，电荷量为+q的带电质点从静止释放。 1.为使带电质点落到下板时的速度恰好为零,两板间的电压为多少?哪板电势高? 2.带电质点运动到两板正中间时，速度为多大?,力电综合、动能定理,例7、空间有一区域，存在水平方向的匀强电场，场强为E，一带电微粒质量m，以与水平方向成 角斜向上的速度v射入该匀强电场区域，并做直线运动。求： 1.微粒的电性和电量 2.微粒在电场中运动的最大位移 3.在电场中运动时间 4.电荷电势能的变化量,q=mg/E tan s=v2sin/2g t=2vsin/g 增加了mv2cos2/2,物体做直线运动的条件、运动学、电势能,简单的逻辑电路,第二章 恒定电流,1、电源的作用：提供持续的电压 2、形成电流的条件： （1）存在自由电荷 （2）导体两端存在电压 3、恒定电流:大小、方向都不随时间变化的电流。,2.1 电源和电流,（2）电流有方向，但它是标量。 规定：导体内正电荷定向移动的方向为电流方向。,（1）定义式:I=q/t,4.电流：,（3）金属导体中电流的计算式：I=nqSv,n为单位体积内的自由电荷的个数，S为导线的横截面积，v为自由电荷的定向移动速率。,2.2 电动势,定义式：,W：非静电力做的功 q ：电荷量,1、定义:非静电力把正电荷从负极移到正极 所做的功跟它的电荷量的比值。,2、物理意义：反映电源非静电力做功本领的大小。 （把其他形式的能转化为电能本领的大小）,一、电阻：,1、定义式：,(取决于导体本身， 与U、I无关),2、决定式：,1=106 ,2.3 欧姆定律,二、欧姆定律：,1、公式：,2、适用范围：金属、电解液适用，气体、半导体不适用。,三、导体的伏安特性曲线（ I-U图象）,图线斜率表示电阻的倒数,斜率k=tan=,1,2,R1R2,2.4 串联电路 和并联电路,一、串联电路,0 1 2 3,电压分配：U1:U2:U3 =R1:R2:R3,R串=R1+R2+R3,R2,R1,R3,功率分配：P1:P2:P3 =R1:R2:R3,二、并联电路,1 2 3,U1=U2=U3=U,电流分配：I1:I2:I3=1/R1:1/R2:1/R3,I0,1/R并=1/R1+1/R2+1/R3,功率分配：P1:P2:P3 =1/R1:1/R2:1/R3,二、并联电路,1 2 3,I0,1/R并=1/R1+1/R2+1/R3,推论： n个阻值为R的电阻并联：,R并=R/n,R1和R2并联：,R并=R1R2/R1+R2,一支路电阻增大，R并增大,R并小于任一支路电阻 （R串大于任一支路电阻）,三、电池的串并联,1、n个相同电池（E、r）串联： En = nE rn = nr 2、n个相同电池（E、r）并联： En = E rn =r/n,由欧姆定律可知,三个主要参数：,内阻Rg,满偏电流 Ig,满偏电压Ug,电压表和电流表的改装,1.电流表G改装成电压表,Ig,R,Ug,Rg,UR,U,串联一个电阻(分压),原理：,由串联电路的特点：,2.电流表G改装成电流表,原理：,并联一个电阻(分流),由并联电路的特点:,QI2Rt,电功和电热： 1）纯电阻电路中： WUItI2RtQ P电UI P热QtI2R 2）非纯电阻电路中： WUIt 大于I2RtQ； P电UI 大于P热QtI2R P电P热P其它,2.5 焦耳定律,1、电阻定律:,内容：同种材料的导体,其电阻R与它的长度l成正比,与它的横截面积S成反比;导体电阻与构成它的材料有关.,表达式:,2、电阻率：反映材料导电性能好坏的物理量。 单位:,欧米（ ）,2.6 导体的电阻,电阻率与温度的关系,金属：,T,合金：,电阻几乎不随温度变化 锰铜合金、镍铜合金,标准电阻,电阻温度计,超导体,一、闭合电路的欧姆定律：,电路的组成： 外电路： 内电路： 闭合电路：,在外电路，沿电流方向电势降低。 在内电路，沿电流方向电势升高。,2.7 闭合电路的欧姆定律,一、闭合电路的欧姆定律： 内容