最新高中選修3-1-2電與磁物理知識點(diǎn)

第一章、電場一、電荷：1、自然界中有且只有兩種電荷：絲綢摩擦過的玻璃棒帶正電，毛皮摩擦過的橡膠棒帶負(fù)電。電荷間的相互作用：同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引。2、電荷守恒定律：電荷既不會創(chuàng)造，也不會消滅，只能從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，或從物體的一個局部轉(zhuǎn)移到另一個局部。“起電〞的三種方法：摩擦起電，接觸起電，感應(yīng)起電。實(shí)質(zhì)都是電子的轉(zhuǎn)移引起：失去電子帶正電，得到電子帶等量負(fù)電。3、電荷量Q：電荷的多少元電荷：帶最小電荷量的電荷。自然界中所有帶電體帶的電荷量都是元電荷的整數(shù)倍。密立根油滴實(shí)驗(yàn)測出：e=1.6×10—19C。點(diǎn)電荷：與所研究的空間相比，不計大小與形狀的帶電體。庫侖定律：真空中兩個點(diǎn)電荷之間相互作用的靜電力，跟它們的電荷量的乘積成正比，跟它們的距離的平方成反比。公式：k=9×109N·m2/C2二、電場：1、電荷間的作用通過電場產(chǎn)生。電場是一種客觀存在的一種物質(zhì)。電場的根本性質(zhì)是對放入其中的電荷有力的作用。2、電場強(qiáng)度E：放入電場中的電荷所受電場力與它的電荷量q的比。E=F/q單位：N/C或V/mE是電場的一種特性，只取決于電場本身，與F、q等無關(guān)。普通電場場強(qiáng)點(diǎn)電荷周圍電場場強(qiáng)勻強(qiáng)電場場強(qiáng)公式E=F/qE=U/d方向與正電荷受電場力方向相同與負(fù)電荷受電場力方向相反沿半徑方向背離+Q沿半徑方向指向—Q由“+Q〞指向“—Q〞大小電場線越密，場強(qiáng)越大各處場強(qiáng)一樣大3、電場線：形象描述場強(qiáng)大小與方向的線，實(shí)際上不存在。疏密表示場強(qiáng)大小，切線方向表示場強(qiáng)方向。一率從“+Q〞指向“—Q〞。正試探電荷在電場中受電場力順電場線，負(fù)電荷在電場中受電場力逆電場線。電場線的軌跡不一定是帶電粒子在電場中運(yùn)動的軌跡。只有電場線為直線，帶電粒子初速度為零時，兩條軌跡才重合。任意兩根電場線都不相交。4、靜電平衡時的導(dǎo)體凈電荷只分布在外外表上，內(nèi)部合場強(qiáng)處處為零。導(dǎo)體是一個等勢體。三、電勢與電勢能：1、電勢差U：將電荷q從電場中的一點(diǎn)A移至B點(diǎn)時，電場力對電荷所做的功WAB與電荷q的比。U=WAB/q。電勢差是一個標(biāo)量。公式中的三個物理量計算時要注意“+，—〞符號。U=WAB/q只取決于電場兩點(diǎn)位置，與W、q等無關(guān)。單位：V電勢φ：將電荷q從電場中的一點(diǎn)A移至無窮遠(yuǎn)時，電場力對電荷所做的功W與電荷q的比。通常取大地與無窮遠(yuǎn)處為零電勢點(diǎn)。單位：V電勢差的大小與零電勢點(diǎn)的選取無關(guān)，只與電場中的兩點(diǎn)位置有關(guān)；電勢的大小與零電勢點(diǎn)的選取有關(guān)。UAB=φA—φB2、沿著電場線的方向，電勢越來越低。電場線方向?yàn)殡妱萁档妥羁斓姆较?。順電場線方向算電勢差為“+〞，逆電場線方向算電勢差為“—〞。電場力做正功，電勢能減少；電場力做負(fù)功，電勢能增加。3、電子伏〔eV〕是電功、電勢能的單位。1eV=1.6×10—19J。4、在同一等勢面上移動電荷，電場力不做功。等勢面一定電場線垂直。電場線的方向由高等勢面指向低等勢面。等勢面越密，場強(qiáng)越大。例：作出上面幾個圖中的等勢面。四、電容C：電容C：任何兩個彼此絕緣的又相隔很近的物體組成電容。計算方法：電容器所帶電荷量Q與電容器兩極板電壓的比。電容表示電容器容納電荷的本領(lǐng)，與Q、U等無關(guān)。額定電壓：電容器長期工作時所能承受的最大電壓。擊穿電壓：擊穿電容器的電介質(zhì)使電容器損壞的電壓。U額定<U擊穿單位：法拉〔F〕。1F=106μF=1012pF平行板電容器的電容計算公式：例：一個兩個極板分別帶±1.6×10—10C的電容，電容量為5pF，兩極板電壓U是，將兩極板用導(dǎo)線連接后，帶電量是，兩極板電壓U是，電容量是，拿走導(dǎo)線后帶電量是，兩極板電壓U是，電容量是。例：電容量改變后各個物理量的更變。改變情況電容電荷量Q=CU電壓U=Q/C場強(qiáng)E=U/dd變大d變大五、帶電粒子在電場中的運(yùn)動：帶電粒子在U〔U1〕的加速：W=ΔEk1/2mv2=qU電荷飛出偏轉(zhuǎn)電場時，好象是從偏轉(zhuǎn)電場中點(diǎn)沿直線飛出似的。討論：電荷飛出偏轉(zhuǎn)電場時，好象是從偏轉(zhuǎn)電場中點(diǎn)沿直線飛出似的。討論：當(dāng)v0一樣時，只要q/m相同時，y,tgφ相同當(dāng)1/2mv02一樣時，只要q相同時，y,tgφ相同當(dāng)mv0一樣時，只要q/v0相同時，y,tgφ相同無論帶電粒子q、m如何，只要U1、U2不變，y,tgφ相同2、帶電粒子在U2中的偏轉(zhuǎn)：類似平拋第二章、恒定電流一、電荷定向移動形成電流。1、形成電流的條件：要有自由電荷，導(dǎo)體兩端存在電壓。即：自由電荷在電場力的作用下定向移動。2、電流方向：正電荷定向移動的方向，負(fù)電荷定向移動的反方向。3、電流〔I〕：單位時間內(nèi)流過導(dǎo)體橫截面積的電荷量。I=q/tq表示電荷量，t表示通電時間I=nqvSn：單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)q：自由電荷的電荷量v：電荷定向移動的速率〔非常小，數(shù)量級10—5m/s〕S：導(dǎo)體橫截面積國際單位：安培〔A〕1AmA1mA=103μA4、電流I是標(biāo)量，不是矢量。二、歐姆定律：1、局部電路歐姆定律：導(dǎo)體中的電流與這段導(dǎo)體的兩端的電壓成正比，與這段導(dǎo)體的電阻成反比。公式：I=U/R適用條件：金屬、電解液、純電阻，對氣態(tài)導(dǎo)體、晶體管等不適用。2、閉合電路的歐姆定律：閉合電路中的電流跟電源的電動勢成正比，跟內(nèi)、外電路的電阻之和成反比。I=E/〔R+r〕當(dāng)外電阻增大，電流減小，路端電壓增大；當(dāng)外電阻減小，電流增大，路端電壓減小。當(dāng)電路開路時，根據(jù)U=E-Ir，此時，U=E；當(dāng)電路短路時，E=Ir。3、電阻〔R〕：導(dǎo)體對電流阻礙作用的大小。公式：。R與U、I無關(guān)，是導(dǎo)體的一種特性決定導(dǎo)體電阻大小的因素——導(dǎo)體的電阻定律：ρ：導(dǎo)體的電阻率，ρ越大表示導(dǎo)體導(dǎo)電能力越差。ρ的國際單位：Ω·ml表示導(dǎo)體的長度，S表示導(dǎo)體的橫截面積。相同條件下，溫度越高導(dǎo)體的ρ越大。超導(dǎo)現(xiàn)象：當(dāng)溫度足夠低〔有的接近于絕對零度〕，導(dǎo)體的ρ變?yōu)榱?。半?dǎo)體：相同條件下，溫度越高導(dǎo)體的ρ越小。三、串、并聯(lián)電路根本關(guān)系式：電流關(guān)系電壓關(guān)系電阻關(guān)系n個相同的電阻比例關(guān)系串聯(lián)I=I1=I2U=U1+U2用電器分電壓，電阻越大，分壓越多。R=R1+R2R總=nR0相當(dāng)于增加導(dǎo)體長度總電阻大于分電阻并聯(lián)I=I1+I2用電器分電流，電阻越大，分流越少。U=U1=U2相當(dāng)于增加導(dǎo)體橫截面積總電阻小于分電阻四、電功與熱功，電功率與熱功率：電功W：電場力對自由電荷所做的功，俗稱電流做功。國際單位：焦耳〔J〕電功率P：電流在單位時間內(nèi)所做的功。國際單位：瓦特〔W〕用電器正常工作時的電功率為額定功率，此時的電壓為額定電壓，電流為額定電流。功能轉(zhuǎn)換電功、電功率電熱、熱功率純電阻電路電功全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能Q=WP熱=P非純電阻電路W機(jī)=W-Q=UIt-I2RtP機(jī)=P-P熱=UI-I2R電功局部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，其余為機(jī)械能。Q=I2RtP熱=I2R注意：線性電路，歐姆定律成立；非線性電路，歐姆定律不成立。W=UIt用于求任何電路中的總電功，Q=I2Rt用于求任何電路中的焦耳熱。五、電流表與電壓表：1、小量程電流表G原理：磁場對其中的電流有力的作用。表頭內(nèi)阻：電流表G的電阻r。滿偏電流：指針偏轉(zhuǎn)到最大刻度時的電流Ig。滿偏電壓：指針偏轉(zhuǎn)到最大刻度時的電壓Ug。Ug=Igr2、大量程的電流表與電壓表：類型Rx的作用計算方法電流表分流電壓表分壓3、伏安法測量電阻：原理：R=U/I電流表外接法電流表內(nèi)接法RX＜＜RVRX＞＞RA實(shí)際測量，RX偏小，IX偏大實(shí)際測量，RX偏大，UX偏大4、歐姆表：直接測量電阻值的電表。原理圖：如圖。注意：黑筆接內(nèi)電源的正極。使用注意點(diǎn)：每次測量前先使紅、黑表筆相碰，調(diào)節(jié)調(diào)零電阻RP，使指針指在零刻度。第三章、磁場一、磁場：1、根本性質(zhì)：對放入其中的磁極、電流有力的作用。磁極間、電流間的作用通過磁場產(chǎn)生，磁場是客觀存在的一種特殊形態(tài)的物質(zhì)。2、方向：放入其中小磁針N極的受力方向〔靜止時N極的指向〕放入其中小磁針S極的受力的反方向〔靜止時S極的反指向〕3、磁感線：形象描述磁場強(qiáng)弱和方向的假想的曲線。磁體外部：Ｎ極到Ｓ極；磁體內(nèi)部：Ｓ極到Ｎ極。磁感線上某點(diǎn)的切線方向?yàn)樵擖c(diǎn)的磁場方向；磁感線的疏密表示磁場的強(qiáng)弱。４、安培定那么：〔右手四指為環(huán)繞方向，大拇指為單獨(dú)走向〕導(dǎo)體的種類磁場形狀判斷方法通電直導(dǎo)線以導(dǎo)線為中心的各簇互相平行的同心圓。右手握住導(dǎo)線，大拇指指向與電流方向一致，四指繞向?yàn)榇鸥芯€的方向。矩形、環(huán)形電流各簇圍繞環(huán)形導(dǎo)線的閉合曲線，中心軸上，磁感垂直環(huán)形平面。右手繞向與環(huán)形電流方向一致，大拇指方向?yàn)榄h(huán)形電流內(nèi)部的磁場方向。通電螺線管外部類似于條形磁體的磁場，內(nèi)部為勻強(qiáng)磁場。右手握住螺線管，四指繞向與電流繞向一致，大拇指指向?yàn)榇艌龅模螛O。二、安培力：１、定義：磁場對電流的作用力。２、計算公式：Ｆ＝ＩＬＢsinθ＝Ｉ⊥ＬＢ式中：θ是Ｉ與Ｂ的夾角。電流與磁場平行時，電流在磁場中不受安培力；電流與磁場垂直時，電流在磁場中受安培力最大：Ｆ＝ＩＬＢ0≤F≤ＩＬＢ３、安培力的方向：左手定那么——左手掌放入磁場中，磁感線穿過掌心，四指指向電流方向，大拇指指向?yàn)橥妼?dǎo)線所受安培力的方向。三、磁感應(yīng)強(qiáng)度Ｂ：１、定義：放入磁場中的電流元與磁場垂直時，所受安培力Ｆ跟電流元ＩＬ的比值。２、公式：磁感應(yīng)強(qiáng)度Ｂ是磁場的一種特性，與Ｆ、Ｉ、Ｌ等無關(guān)。注：勻強(qiáng)磁場中，Ｂ與Ｉ垂直時，Ｌ為導(dǎo)線的長度；非勻強(qiáng)磁場中，Ｂ與Ｉ垂直時，Ｌ為短導(dǎo)線長度。３、國際單位：特斯拉〔Ｔ〕。４、磁感應(yīng)強(qiáng)度Ｂ是矢量，方向即磁場方向。磁感線方向?yàn)椋路较颍杳鼙硎荆碌膹?qiáng)弱。５、勻強(qiáng)磁場：磁感應(yīng)強(qiáng)度Ｂ的大小和方向處處相同的磁場。磁感線是分布均勻的平行直線。例：靠近的兩個異名磁極之間的局部磁場；通電螺線管內(nèi)的磁場。電場強(qiáng)度Ｅ磁感應(yīng)強(qiáng)度Ｂ相同點(diǎn)都是客觀存在的描述場的特殊物理量，都是矢量，疊加時遵循“平行四邊形〞法那么。不同點(diǎn)電場強(qiáng)度Ｅ磁感應(yīng)強(qiáng)度Ｂ引入用試探電荷q用試探電流元ＩＬ定義Ｅ＝Ｆ／q，Ｅ與Ｆ、q無關(guān)Ｂ＝Ｆ／ＩＬ，B與F、I、L無關(guān)。單位N/C或V/mT形象描述電場線磁感線兩線切線方向?yàn)閳龇较?，疏密表示場的?qiáng)弱。不封閉曲線，從“+Q〞指向“—Q〞封閉曲線，外部從N指向S，內(nèi)部從S指向N場力F電場力F=qE由電荷作用判斷方向安培力F=I⊥LB左手定那么判斷方向勻強(qiáng)場E一定B一定兩線均為分布均勻的平行直線四、電流表〔輻向式磁場〕線圈所受力矩：M=NBIS∥=kθ五、磁場對運(yùn)動電荷的作用：1、洛倫茲力：運(yùn)動電荷在磁場中所受的力。2、方向：用左手定那么判斷——磁感線穿過掌心，四指所指為正電荷運(yùn)動方向〔負(fù)電荷運(yùn)動的反方向〕，大拇指所指方向?yàn)槁鍌惼澚Ψ较颉?、大?。篎=qv⊥B4、洛倫茲力始終與電荷運(yùn)動方向垂直，只改變電荷的運(yùn)動方向，不對電荷做功。5、電荷垂直進(jìn)入磁場時，運(yùn)動軌跡是一個圓。軌道半徑只與粒子的m、v、q有關(guān)。軌道周期只與粒子的m、q有關(guān)，而與粒子的r、v等無關(guān)。質(zhì)譜儀：不同的譜線半徑可知粒子的質(zhì)量：六、加速器：1、直線加速器：2、盤旋加速器：七、安培分子電流假說：磁體內(nèi)部有環(huán)形分子電流，分子電流取向大致相同時，形成磁體。第四章、電磁感應(yīng)一、磁通量〔〕：1、定義：磁感應(yīng)強(qiáng)度B與磁場垂直面積S的的乘積。表示穿過某一面積的磁感應(yīng)線的條數(shù)。只要穿過面積的磁感應(yīng)線條數(shù)一定，磁通量就一定，與面積是否傾斜、線圈量的匝數(shù)等因素?zé)o關(guān)。2、公式：Φ=BS〔S是垂直B的面積，或B是垂直S的分量〕3、國際單位：韋伯〔韋〕Wb4、磁感應(yīng)強(qiáng)度又稱磁通密度：二、電磁感應(yīng)：1、定義：只要穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化，閉合電路中就有感應(yīng)電流產(chǎn)生。其實(shí)質(zhì)就是其它形式的能轉(zhuǎn)化成電能。2、電磁感應(yīng)時一定有感應(yīng)電動勢，電路閉合時才有感應(yīng)電流。產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的那局部電路相當(dāng)于電源的內(nèi)電路，感應(yīng)電流從低電勢端流向高電勢端〔相當(dāng)于“—〞流向“+〞〕；外部電路感應(yīng)電流從高電勢端流向低電勢端〔相當(dāng)于“+〞流向“—〞〕。3、電磁感應(yīng)定律：電路中的感應(yīng)電動勢的大小，跟穿過這一電路的磁通量的變化率成正比。公式：式中，E是Δt時間內(nèi)的平均感應(yīng)電動勢，ΔΦ是磁通量的變化量，是磁通量的變化率，N是線圈的匝數(shù)。主要應(yīng)用于求Δt時間內(nèi)的平均感應(yīng)電動勢。求瞬間電動勢：切割方式圖形計算方法注意點(diǎn)平動切割導(dǎo)體彎曲時，L為有效長度繞點(diǎn)轉(zhuǎn)動切割E與轉(zhuǎn)軸O點(diǎn)位置有關(guān)繞線轉(zhuǎn)動切割E=NBLv⊥=NBLL’ω=NBS∥ωE與轉(zhuǎn)軸OO’位置無關(guān)注：實(shí)際應(yīng)用時，L、v、S都要用有效值，所有單位都要用國際單位制。4、愣次定律：求感應(yīng)電流的方向。內(nèi)容：感應(yīng)電流的磁場總要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化，即“增反減同〞。適用于閉合電路〔環(huán)形、矩形等〕中磁通量的變化而產(chǎn)生感應(yīng)電流方向的判定。“阻礙〞不僅有“對抗〞的含義，還有“補(bǔ)償〞的含義：對抗磁通量的增加，補(bǔ)償磁通量的減少；并不僅僅是阻止。右手定那么：伸開右手掌，讓磁感線穿過掌心，拇指指向?yàn)閷?dǎo)體運(yùn)動方向，四指所指為感應(yīng)電流的方向或感應(yīng)電動勢內(nèi)電路的方向。主要適用于切割磁感線而產(chǎn)生的感應(yīng)電流、感應(yīng)電動勢方向的判定。右手定那么是愣次定律的特殊應(yīng)用。三、自感：1、定義：由于導(dǎo)體本身的電流發(fā)生變化而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象。2、自感電動勢：自感現(xiàn)象中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢。公式：式中L是自感系數(shù)：由線圈本身的性質(zhì)決定。相同條件下，線圈的橫截面積越大，線圈越長，參加鐵芯，自感系數(shù)將增加。L國際單位：亨利〔亨〕H1H=103mH1mH=103μH3、日光燈原理：啟動器〔啟輝器〕：利用氖管的輝光放電，自動把電路接通、斷開，內(nèi)部的電容防火花〔沒有電容也能工作〕。日光燈接通發(fā)光時，起動器不起作用。鎮(zhèn)流器：在日光燈點(diǎn)燃時，利用自感現(xiàn)象，產(chǎn)生瞬時高壓，使燈管通電日光燈正常發(fā)光時，利用自感現(xiàn)象起降壓、限流作用。第五章、交變電流一、交變電流的產(chǎn)生：1、原理：電磁感應(yīng)2、中性面：線圈平面與磁感線垂直的平面。發(fā)電機(jī)的線圈與中性面重合時，磁通量Φ最大，感應(yīng)電流與感應(yīng)電動勢最小，感應(yīng)電流的方向從此時發(fā)生改變。線圈平面平行與磁感線時，磁通量Φ最小，感應(yīng)電流與感應(yīng)電動勢最大。穿過線圈的磁通量與產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢、感應(yīng)電流隨時間變化的函數(shù)關(guān)系總是互余的：取中性面為計時平面：e=Emsinωtφ=Φmcosωti=Imsinωtu=Umsinωt3、正弦〔余弦〕交變電最大值〔峰值〕Am與有效值A(chǔ)的關(guān)系：用電器所標(biāo)的額定電壓、電流，電表所測交流數(shù)值都是交變電的有效值。U=220V，Um=220V=311V；U=380V，Um=380V=537V；4、有效值不是平均值：A、求Δt時間內(nèi)的平均感應(yīng)電動勢：B、求感應(yīng)電動勢的瞬時值：切割方式圖形計算方法注意點(diǎn)平動切割導(dǎo)體彎曲時，L為有效長度繞點(diǎn)轉(zhuǎn)動切割E與轉(zhuǎn)軸O點(diǎn)位置有關(guān)繞線轉(zhuǎn)動切割E=NBLv⊥=NBLL’ω=NBS∥ωE與轉(zhuǎn)軸OO’位置無關(guān)C、求交流電的熱量功率時，只能用有效值。D、求通過導(dǎo)體電荷量時，只能用交流的平均值。5、周期〔T〕：線圈勻速轉(zhuǎn)動一周，交變電流完成一次周期性變化所需時間。單位：秒〔s〕頻率〔f〕：交變電流在1秒內(nèi)周期性變化的次數(shù)。單位：赫茲〔Hz〕T=1/f圓頻率〔ω〕：ω=2πf=2π/T我國交變電的頻率：50Hz，周期0.02s〔1s方向變100次〕。二、電感L：通直流，阻交流；通低頻，阻高頻。電容C：通交流，阻直流；通高頻，阻低頻。三、變壓器：1、原理：原、副線圈中的互感現(xiàn)象，原、副線圈中的磁通量的變化率相等。P1=P22、變壓器只變換交流，不變換直流，更不變頻。原、副線圈中交流電的頻率一樣：f1=f2高壓線圈匝數(shù)多、電流小，導(dǎo)線較細(xì)；低壓線圈匝數(shù)少、電流大，導(dǎo)線較粗。3、如左圖：U1：U2：U3=n1：n2：n3n1I1=n2I2+n3I3P1=P2+P3四、電能輸送的中途損失：ΔU=Ir線=r線=U電源—U用戶ΔU∝ΔP=I2r線=r線=P電源—P用戶ΔP∝五、三相交變電：1、原理：三個互成120度的同種線圈同時轉(zhuǎn)動產(chǎn)生三相交變電動勢。U1=Umsinωtu2=Umsin〔ωt-2/3π〕u3=Umsin〔ωt-4/3π〕2、相電壓：端線〔火線、相線〕與中性線之間的電壓。線電壓：兩根不同的端線之間的電壓。電源Y形連接：U線=U相電源Δ形連接：U線=U相3、例：以下四個圖中，單相電壓是220V，那么三個相同電阻中，每個電阻兩端電壓是：第六章、電磁場與電磁波一、電磁振蕩的產(chǎn)生：1、振蕩電流：大小與方向都作周期性變化的電流。振蕩電路〔LC回路〕：產(chǎn)生振蕩電流