电场Word下载.docx
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电场是使点电荷之间产生静电力的一种物质。
1、只要有电荷存在,在电荷周围就一定存在电场;
2、电场的基本性质:
电场对放入其中的电荷(静止、运动)有力的作用;
这种力叫电场力;
3、电场、磁场、重力场都是一种物质
六、电场强度:
放入电场中某点的电荷所受电场力F跟它的电荷量Q的比值叫该点的电场强度;
1、定义式:
E=F/q;
E是电场强度;
F是电场力;
q是试探电荷;
2、电场强度是矢量,电场中某一点的场强方向就是放在该点的正电荷所受电场力的方向(与负电荷所受电场力的方向相反)3、该公式适用于一切电场;
4、点电荷的电场强度公式:
E=kQ/r2
七、电场的叠加:
在空间若有几个点电荷同时存在,则空间某点的电场强度,为这几个点电荷在该点的电场强度的矢量和;
解题方法:
分别作出表示这几个点电荷在该点场强的有向线段,用平行四边形定则求出合场强;
八、电场线:
电场线是人们为了形象的描述电场特性而人为假设的线。
1、电场线不是客观存在的线;
2、电场线的形状:
电场线起于正电荷终于负电荷;
G:
\用锯木屑观测电场线.DAT
(1)只有一个正电荷:
电场线起于正电荷终于无穷远;
(2)只有一个负电荷:
起于无穷远,终于负电荷;
(3)既有正电荷又有负电荷:
起于正电荷终于负电荷;
3、电场线的作用:
1、表示电场的强弱:
电场线密则电场强(电场强度大);
电场线疏则电场弱电场强度小);
2、表示电场强度的方向:
电场线上某点的切线方向就是该点的场强方向;
4、电场线的特点:
1、电场线不是封闭曲线;
2、同一电场中的电场线不向交;
九、匀强电场:
电场强度的大小、方向处处相同的电场;
匀强电场的电场线平行、且分布均匀;
1、匀强电场的电场线是一簇等间距的平行线;
2、平行板电容器间的电是匀强电场;
场
十、电势差:
电荷在电场中由一点移到另一点时,电场力所作的功WAB与电荷量q的比值叫电势差,又名电压。
UAB=WAB/q;
2、电场力作的功与路径无关;
3、电势差又命电压,国际单位是伏特;
十一、电场中某点的电势,等于单位正电荷由该点移到参考点(零势点)时电场力作的功;
1、电势具有相对性,和零势面的选择有关;
2、电势是标量,单位是伏特V;
3、电势差和电势间的关系:
UAB=φA-φB;
4、电势沿电场线的方向降低;
时,电场力要作功,则两点电势差不为零,就不是等势面;
4、相同电荷在同一等势面的任意位置,电势能相同;
原因:
电荷从一点移到另一点时,电场力不作功,所以电势能不变;
5、电场线总是由电势高的地方指向电势低的地方;
6、等势面的画法:
相临等势面间的距离相等;
十二、电场强度和电势差间的关系:
在匀强电场中,沿场强方向的两点间的电势差等于场强与这两点的距离的乘积。
1、数学表达式:
U=Ed;
2、该公式的使适用条件是,仅仅适用于匀强电场;
3、d是两等势面间的垂直距离;
十三、电容器:
储存电荷(电场能)的装置。
1、结构:
由两个彼此绝缘的金属导体组成;
2、最常见的电容器:
平行板电容器;
十四、电容:
电容器所带电荷量Q与两电容器量极板间电势差U的比值;
用“C”来表示。
C=Q/U;
2、电容是表示电容器储存电荷本领强弱的物理量;
3、国际单位:
法拉简称:
法,用F表示4、电容器的电容是电容器的属性,与Q、U无关;
十五、平行板电容器的决定式:
C=εs/4πkd;
(其中d为两极板间的垂直距离,又称板间距;
k是静电力常数,k=9.0×
109N.m2/c2;
ε是电介质的介电常数,空气的介电常数最小;
s表示两极板间的正对面积;
)1、电容器的两极板与电源相连时,两板间的电势差不变,等于电源的电压;
2、当电容器未与电路相连通时电容器两板所带电荷量不变;
十六、带电粒子的加速:
1、条件:
带电粒子运动方向和场强方向垂直,忽略重力;
2、原理:
动能定理:
电场力做的功等于动能的变化:
W=Uq=1/2mvt2-1/2mv02;
3、推论:
当初速度为零时,Uq=1/2mvt2;
4、使带电粒子速度变大的电场又名加速电场;
9.电容器电容Ⅰ
(1)两个彼此绝缘,而又互相靠近的导体,就组成了一个电容器。
(2)电容:
表示电容器容纳电荷的本领。
a定义式:
,即电容C等于Q与U的比值,不能理解为电容C与Q成正比,与U成反比。
一个电容器电容的大小是由电容器本身的因素决定的,与电容器是否带电及带电多少无关。
b决定因素式:
如平行板电容器
(不要求应用此式计算)
(3)对于平行板电容器有关的Q、E、U、C的讨论时要注意两种情况:
a保持两板与电源相连,则电容器两极板间的电压U不变
b充电后断开电源,则带电量Q不变
(4)电容的定义式:
(定义式)
(5)C由电容器本身决定。
对平行板电容器来说C取决于:
(决定式)
(6)电容器所带电量和两极板上电压的变化常见的有两种基本情况:
第一种情况:
若电容器充电后再将电源断开,则表示电容器的电量Q为一定,此时电容器两极的电势差将随电容的变化而变化。
第二种情况:
若电容器始终和电源接通,则表示电容器两极板的电压V为一定,此时电容器的电量将随电容的变化而变化。
11.欧姆定律闭合电路欧姆定律Ⅱ
1、欧姆定律:
通过导体的电流强度,跟导体两端的电压成正比,跟导体的电阻成反比,即
,要注意:
a:
公式中的I、U、R三个量必须是属于同一段电路的具有瞬时对应关系。
b:
适用范围:
适用于金属导体和电解质的溶液,不适用于气体。
在电动机中,导电的物质虽然也是金属,但由于电动机转动时产生了电磁感应现象,这时通过电动机的电流,也不能简单地由加在电动机两端的电压和电动机电枢的电阻来决定。
2、闭合电路的欧姆定律:
(1)意义:
描述了包括电源在内的全电路中,电流强度与电动势及电路总电阻之间的关系。
(2)公式:
;
常用表达式还有:
。
3、路端电压U,内电压U’随外电阻R变化的讨论:
外电阻R
总电流
内电压
路端电压
增大
减小
(断路)
O
等于
(短路)
(短路电流)
闭合电路中的总电流是由电源和电路电阻决定,对一定的电源,
,r视为不变,因此,
的变化总是由外电路的电阻变化引起的。
根据
,画出U——R图像,能清楚看出路端电压随外电阻变化的情形。
还可将路端电压表达为
,以
,r为参量,画出U——I图像。
这是一条直线,纵坐标上的截距对应于电源电动势,横坐标上的截距为电源短路时的短路电流,直线的斜率大小等于电源的内电阻,即
4、在电源负载为纯电阻时,电源的输出功率与外电路电阻的关系是:
由此式可以看出:
当外电阻等于内电阻,即R=r时,电源的输出功率最大,最大输出功率为
,电源输出功率与外电阻的关系可用P——R图像表示。
电源输出功率与电路总电流的关系是:
显然,当
时,
电源输出功率最大,且最大输出功率为:
P——I图像如图所示。
选择路端电压为自变量,电源输出功率与路端电压的关系是:
显然,当
P——U图像如图所示。
综上所述,恒定电源输出最大功率的三个等效条件是:
(1)外电阻等于内电阻,即
(2)路端电压等于电源电动势的一半,即
(3)输出电流等于短路电流的一半,即
除去最大输出功率外,同一个输出功率值对应着两种负载的情况。
一种情况是负载电阻大于内电阻,另一种情况是负载电阻小于内电阻。
显然,负载电阻小于内电阻时,电路中的能量主要消耗在内电阻上,输出的能量小于内电阻上消耗的能量,电源的电能利用效率低,电源因发热容易烧坏,实际应用中应该避免。
同种电池的串联:
n个相同的电池同向串联时,设每个电池的电动势为
,内电阻为r,则串联电池组的总电动势
,总内电阻
,这样闭合电路欧姆定律可表示为
8、关于闭合电路的性质,下列说法不正确的是( C )
A.外电路断路时,路端电压最高
B.外电路短路时,电源的功率最大
C.外电路电阻变大时,电源的输出功率变大
D.不管外电路电阻怎样变化,其电源的内、外电压之和保持不变
15.测量电源的电动势和内电阻(实验、探究)Ⅱ
用安培表和伏特表测定电池的电动势和内电阻。
如图所示电路,用伏特表测出路端电压
,同时用安培表测出路端电压
时流过电流的电流I1;
改变电路中的可变电阻,测出第二组数据
根据闭合电路欧姆定律,列方程组:
解之,求得
上述通过两组实验数据求解电动势和内电阻的方法,由于偶然误差的原因,误差往往比较大,为了减小偶然因素造成的偶然误差,比较好的方法是通过调节变阻器的阻值,测量5组~8组对应的U、I值并列成表格,然后根据测得的数据在U——I坐标系中标出各组数据的坐标点,作一条直线,使它通过尽可能多的坐标点,而不在直线上的坐标点能均等分布在直线两侧,如图所示:
这条直线就是闭合电路的U——I图像,根据
,U是I的一次函数,图像与纵轴的交点即电动势,图像斜率
9、如图为两个不同闭合电路中两个不同电源的U-I图象,则下列说法正确的是:
(ACD)
A.电动势E1=E2,发生短路时的电流I1>
I2
B.电动势E1=E2,内阻r1>
r2
C.电动势E1=E2,内阻r1<
D.电流相同时,电源1的输出功率大
10、在如图中,直线Ⅰ为某一电源的路端电压与电流的关系图象,直线Ⅱ为某一电阻R的伏安特性曲线.用该电源直接与电阻R相连组成闭合电路.由图象可知:
(ABD)
A.电源的电动势为3V,内阻为0.5Ω
B.电阻R的阻值为1Ω
C.电源的输出功率为2W
D.电源的效率为66.7%
11、如图所示是火警报警装置的一部分电路示意图,其中R2是半导体热敏传感器,它的阻值随温度升高而减小,a、b接报警器,则:
( BD )
A.R2处发生火情时,电流表示数将变小
B.R2处发生火情时,电流表示数将变大
C.当a、b两点间电压显著变大时,报警器开始报警
D.当a、b两点间电压显著变小时,报警器开始报警
12、某实物投影机有10个相同的强光灯L1~L10(24V 220W)和10个相同的指示灯X1~X10(220V 2W),将其连接在220V的交流电源上,电路如图,若工作一段时间后L2灯丝烧断,则:
( C )
A.X1的功率减小,L1的功率增大
B.X1的功率增大,L1的功率增大
C.X2的功率增大,其他指示灯的功率减小
D.X2的功率减小,其他指示灯的功率增大
13、在图10-6所示电路中,电源电动势为E,内电阻不能忽略.闭合S后,调整R的阻值,使电压表的示数增大ΔU,在这一过程中:
( AC )
A.通过R1的电流增大,增量为ΔU/R1
B.R2两端的电压减小,减小量为ΔU
C.通过R2的电流减小,减小量小于ΔU/R2
D.路端电压增大,增大量为ΔU
某电阻变大时,该电阻电流所经过的用电器的电流,电压,电功率均变小;
所未经过的用电器的电流,电压,电功率均变大。
一、电流随电阻变化的“串反并同”规律
如图1所示电路,当变阻器RW的滑动触头P向左滑动时,各电阻上的电流怎样变化?
图1 图2
分析:
(分析过程如图2所示)
∵当变阻器RW的滑动触头P向左滑动时,RW的阻值减小
∴整个电路中的总电阻减小
∵I=E/(R+r)
∴电路中的总电流增大
∵U端=E-Ir
∴电路端电压减小
∵U3=U端
∴R3两端的电压U3减小
∵I3=U3/R
∴I3减小
∵I2=I-I3
∴I2增大
∵U2=I2R2
∴U2增大
∵U1=U端-U2
∴U1减小
∵I1=U1/R1
∴I1减小
∵IW=I2-I1
∴IW增大。
从上面的分析可以看出:
当RW减小时,通过跟RW串联的电阻R2以及电源中的电流增大,跟RW并联的电阻R1、R3中通过的电流减小。
同理,当RW增大时,通过跟RW串联的电阻R2以及电源中的电流减小,跟RW并联的电阻R1、R3中通过的电流增大。
由此可以得出如下规律:
变化电阻、电源以及其它用电器串联构成的闭合电路中电流的变化,总是与电阻的变化相反;
而跟变化电阻并联的支路中电流的变化,总是与电阻的变化相同。
这就是电流随电阻而变化的“串反并同”规律。
二、对“串反并同”规律的解释
一般而言,电阻变化的电路都可以简化为如图3所示的串联电路和如图4所示的并联电路。
图3 图4
对于图3所示的电路,当开关S闭合时,根据欧姆定律,电路中的电流为
I=E/(r+R0+RW。
)①
由①式可看出,当RW增大时,I减小;
当RW减小时,I增大。
也就是说,在由变化电阻、电源以及其它用电器串联构成的闭合电路中,电流的变化总是与电阻的变化相反。
对于图4所示的电路,当开关S闭合时,根据欧姆定律,通过电源的电流为
I=E/(r+(R0RW/(R0+RW))),②
R0两端的电压为 U=E-Ir,③
或 U=I0R0,④
由②、③、④式可得通过R0的电流为
I0=E/((rR0/RW)+(r+R0))。
⑤
由⑤式可以看出,I0随RW的增大而增大,随RW的减小而减小。
也就是说,在跟变化电阻并联的支路中,电流的变化与电阻的变化相同。
三、“串反并同”规律的应用
对于涉及电阻变化的问题,运用上述“串反并同”规律都能够迅速而准确地进行解答。
下面以几道高考题为例,说明“串反并同”规律的应用。
1、根据可变电阻的变化情况,推断通过某用电器的电流的变化情况。
例1(1992年全国高考题) 在如图5所示的电路中,电池的电动势为E,内阻为r,R1和R2是两个阻值固定的电阻,当可变电阻R的滑片向a点移动时,通过R1的电流I1和通过R2的电流I2将发生如下的变化
A、I1变大,I2变小B、I1变大,I2变大
C、I1变小,I2变大D、I1变小,I2变小
图5
解析:
可变电阻R、电源与R2构成串联电路,可变电阻R与R1构成并联电路。
当滑片向a点移动时,电阻R减小。
根据电流随电阻变化的“串反并同”规律可知,通过R2的电流I2变大,通过R1的电流I1变小。
故选项C正确。
2。
根据通过某用电器的电流的变化情况,推断可变电阻的变化情况。
例2(1997年全国高考题) 在如图6所示的电路中,电源的电动势恒定,要想使灯泡变暗,可以
A、增大R1B、减小R1C、增大R2D、减小R2
图6
可变电阻R1、电源与灯泡构成串联电路,可变电阻R2与灯泡构成并联电路。
要想使灯泡变暗,必须使通过灯泡的电流减小。
根据电流随电阻变化的“串反并同”规律,应该使与灯泡串联的电阻R1增大,或使与灯泡并联的电阻R2减小。
故选项A、D正确。
3。
对电路故障进行分析。
例3(1986年全国高考题) 在如图7所示的电路中,灯泡A和B都是正常发光的。
忽然灯泡B比原来变暗了一些,而灯泡A比原来亮了一些。
试判断电路中什么地方出现了断路故障?
图7
解析 ①断路(相当于该处电阻增至无穷大)使电路中电阻增大。
②B灯比原来变暗,说明B灯中电流减小,根据“串反并同”规律,断路处必定与B灯串联。
③A灯比原来变亮,说明A灯中电流增大,根据“串反并同”规律,断路处必定与A灯并联。
分析图7可知,R2出现了断路故障。
利用“串反并同”规律处理具体问题,关键在于深刻理解“串反并同”的规律和判断电路中的元件与可变电阻的串、并联关系。
只有这样,才能熟能生巧,才能提高分析、解决问题的能力。
v
16、如图所示的电路中,闭合开关S后,灯L1、L2都能发光.后来由于某种故障使灯L2突然变亮(未烧坏),电压表的读数增大,由此可推断,这故障可能是( D )
A.电阻R1断路
B.电阻R2短路
C.灯L1两接线柱间短路
D.电阻R2断路
18、用如图所示电路,测定一节干电池的电动势和内阻.电池的内阻较小,为了防止在调节滑动变阻器时造成短路,电路中用一个定值电阻R0起保护作用.除电池、开关和导线外,可供使用的实验器材还有:
a.电流表(量程0.6A、3A);
b.电压表(量程3V、15V);
c.定值电阻(阻值1Ω、额定功率5W);
d.定值电阻(阻值10Ω、额定功率10W);
e.滑动变阻器(阻值范围0~10Ω、额定电流2A);
f.滑动变阻器(阻值范围0~100Ω、额定电流1A).
那么
(1)要正确完成实验,电压表的量程应选择________V,电流表的量程应选择________A;
R0应选择________Ω的定值电阻,R应选择阻值范围是________Ω的滑动变阻器.
(2)引起该实验系统误差的主要原因是________________________________________________________________________.
答案:
(1)3 0.6 1 0~10
(2)电压表的分流
19、在如图10-12甲所示的电路中,四节干电池串联,小灯泡A、B的规格为“3.8V,0.3A”.合上开关S后,无论怎样移动滑动片,A、B灯都不亮.
(1)用多用电表的直流电压挡检查故障,
①选择开关置于下列量程的________挡较为合适(用字母序号表示);
A.2.5VB.10V
C.50VD.250V
②测得c、d间电压约为5.8V,e、f间电压为0,则故障是________;
A.A灯丝断开B.B灯丝断开
C.d、e间连线断开D.B灯被短路
(2)接着训练用欧姆表的“×
1”挡测电阻,欧姆表经过“欧姆调零”,
①测试前,一定要将电路中的开关S________;
②测c、d间和e、f间电阻时,某次测试结果如图乙所示,读数为________Ω,此时测量的是________间电阻.根据小灯泡的规格计算出的电阻为________Ω,它不等于测量值,原因是:
____________________________________________________________
_______________________________________________________.
(1)①B ②A
(2)①断开 ②6 e、f 12.7金属丝的电阻率随温度的升高而增大,利用R=
算出小灯泡的电阻是在较高温度下正常发光时的电阻,而用欧姆表测量的电阻是小灯泡常温下的阻值,故不相等。