01电路基础知识要点.docx
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01电路基础知识要点
1.1库仑定律
一、教学目标
1、在物理知识方面的要求：
（1）定性了解两种电荷间的作用规律；
（2）掌握库仑定律的内容及其应用。
2、通过观察演示实验，概括出两种电荷间的作用规律。
培养学生观察、概括能力。
3、渗透物理学方法的教育，运用理想化模型方法，突出主要因素，忽略次要因素，抽象出物理模型——点电荷，研究真空中静止点电荷间互相作用力问题——库仑定律。
二、教学重点、难点分析
重点：
1、重点是使学生掌握真空中点电荷间作用力大小的计算及方向的判定——库仑定律。
难点：
1、对于“点电荷”这一抽象物理模型的概念的建立。
“点电荷”：
带电体大小和他们之间的距离相比可以忽略，理解为带电体只为一点。
2、库仑定律的使用范围：
真空中，两个点电荷之间的相互作用。
三、教具
1、演示实验：
两种电荷间相互作用
有机玻璃棒、丝绸、碎纸片、毛皮、橡胶棒（2支）
四、教学方法
演示法、讲授法（主要是启发式讲解）、多媒体课件
五、教学过程
Ⅰ.导入
人类从很早就认识了磁现象和电现象，例如我国在战国末期就发现了磁铁矿有吸引铁的现象。
在东汉初年就有带电的琥珀吸引轻小物体的文字记载，但是人类对电磁现象的系统研究却是在欧洲文艺复兴之后才逐渐开展起来的，到十九世纪才建立了完整的电磁理论。
电磁学及其应用对人类的影响十分巨大，在电磁学研究基础上发展起来的电能生产和利用，是历史上的一次技术革命，是人类改造世界能力的飞跃，打开了电气化时代的大门。
工农业生产、交通、通讯、国防、科学研究和日常生活都离不开电。
在当前出现的新技术中，起带头作用的是在电磁学研究基础上发展起来的微电子技术和电子计算机。
它们被广泛应用于各种新技术领域，给人们的生产和生活带来了深刻的变化。
为了正确地利用电，就必须懂得电的知识。
在初中我们学过一些电的知识，现在再进一步较深入地学习。
II.新课
一、研究两种电荷及电荷间的相互作用
实验一：
用橡胶棒与毛皮摩擦后，放于碎纸片附近观察橡胶棒吸引碎纸片情况。
提问一：
为什么橡胶棒会吸引碎纸片？
答：
橡胶棒与丝绸摩擦后就带电了，带电物体会吸引轻小物体。
提问二：
注意观察带电橡胶棒吸引碎纸片情况，会发现被橡胶棒吸起的纸片中，较大的纸片先落下来，这是为什么？
答：
带电体在空气中不断放电，使它带电量不断减少，因而吸引轻小物体的静电力也相应减小，所以较大纸片先落下来。
教师总结：
在以前的学习中，我们已经知道，自然界存在两种电荷，叫做正电荷与负电荷。
用毛皮摩擦橡胶棒，用丝绸摩擦有机玻璃棒，橡胶棒带负电，有机玻璃棒带正电。
物体带电后，能吸引轻小物体，而且带电越多，吸引力就越大，电荷的多少叫电量，电量的单位是库仑。
电子带有最小的负电荷，质子带有最小的正电荷，它们电量的绝对值相等，一个电子电量e=1.6×10－19C。
任何带电物体所带电量等于电子（或质子）电量或者是它们的整数倍，因此，把1.6×10－19C称为基元电荷。
实验二：
请一名同学上台协助，教师和同学同时用皮毛摩擦两根橡胶棒，使之都带上负电荷，再观察两根橡胶棒带电端相互作用的情况，发现它们相斥，而且它们的距离越小斥力越大，过一会儿，它们间的作用力会明显减弱。
提问三：
被毛皮摩擦过的橡胶棒的两端为什么会相斥？
斥力的大小与什么因素有关？
答：
因为它们带上了同种电荷，而电荷间作用的规律是同种电荷相斥，异种电荷相吸，斥力的大小与电荷间的距离有关，距离越小，斥力越大，反之，距离越大，斥力越小；斥力的大小还与电量有关，电量越大，斥力越大。
由于放电的原因，棒上的电量不断减小，而斥力也随时间的增大而明显减小。
提问四：
若将用皮毛摩擦过的橡胶棒带电端与用丝绸摩擦过的有机玻璃棒带电端靠近，会出现什么现象？
答：
会吸引，异种电荷相吸。
教师用实验验证学生的判断。
提问五：
若将与有机玻璃棒摩擦过的丝绸与支起的橡胶棒带电的一端靠近，会出现什么现象？
答：
会相斥，同种电荷相斥。
通过静电力的实验演示，使同学们加深对两种电荷性质的认识；明确电荷间作用力为“同性相斥，异性相吸”。
二、库仑定律
我国东汉时期就发现了电荷，并已定性掌握了电荷间的相互作用的规律。
而进一步将电荷间作用的规律具体化、数量化的工作，则是两千年之后的法国物理学家库仑，他用精确实验研究了静止的点电荷间的相互作用力，于1785年发现了后来用他的名字命名的库仑定律。
库仑在研究电荷间的作用时引入了点电荷，点电荷的概念是电学中的一个重要的理想模型。
什么是点电荷？
简而言之，带电的质点就是点电荷。
点电荷的电量、位置可以准确地确定下来。
正像质点是理想的模型一样，点电荷也是理想化模型。
真正的点电荷是不存在的，但是，如果带电体间的距离比它们的大小大得多，以致带电体的形状和大小对相互作用力的影响可以忽略不计时，这样的带电体就可以看成点电荷。
均匀带电球体或均匀带电球壳也可看成一个处于该球球心，带电量与该球相同的点电荷。
库仑实验的结果是：
在真空中两个电荷间作用力跟它们的电量的乘积成正比，跟它们间的距离的平方成反比，作用力的方向在它们的连线上，这就是库仑定律。
若两个点电荷q1，q2静止于真空中，距离为r，则q1受到q2的作用力F12为
式中F12、q1、q2、r诸参数单位都已确定，分别为牛（N）、库（C）、库（C）、米（m），所以
由实验测得
k=9×109N·m2／C2
q2受到q1的作用力F21与F12互为作用力与反作用力，它们大小相等，方向相反，统称静电力，又叫库仑力。
若点电荷不是静止的，而是存在相对运动，那么它们之间的作用力除了仍存在静电力之外，还存在相互作用的磁场力。
关于磁场力的知识，今后将会学到。
学习和应用库仑定律，应该特别注意：
（1）库仑定律只适用于计算两个点电荷间的相互作用力，非点电荷间的相互作用力，库仑定律不适用。
（2）应用库仑定律求点电荷间相互作用力时，不用把表示正、负电荷的“＋”、“－”符号带入公式中，计算过程中可用绝对值计算，其结果可根据电荷的正、负确定作用力为引力或斥力以及作用力的方向。
III.例题讲解，巩固练习
【例题1】两个点电荷电荷量
，
，在真空中的距离
，求两个点电荷间作用力的大小及方向。
解：
根据库仑定律
作用力的方向在两个点电荷的连线上。
因为同带负电荷，所以作用力为斥力。
【例题2】两个点电荷分别带电荷量
和
，当它们间的距离
时，相互作用力
，当它们间的距离
时，相互作用力
是多大？
解：
根据库仑定率，可列出如下两个方程
（1）
（2）
由
（1）/
（2）得
则：
IV.小结
（1）电荷间相互作用规律：
同性相斥，异性相吸，大小用库仑定律
来计算。
（2）电荷间作用力为一对相互作用力，遵循牛顿第三定律。
（3）库仑定律适用条件：
真空中静止点电荷间的相互作用力（均匀带电球体间、均匀带电球壳间也可）。
V.作业
略
1.2电场和电场强度
一、教学目标
1、知道电荷周围存在电场，知道电场是一种客观存在的物质。
2、理解电场强度和电力线的概念。
3、知道几种典型电场的电力线分布。
二、教学重点、难点分析
重点：
1、理解电场强度的定义、单位、物理意义；
2、理解电力线的功能。
难点：
1、用比值定义电场强度，E与F、q无关，只由电场性质决定。
三、教具
略。
四、教学方法
讲授法、多媒体课件
五、教学过程
Ⅰ.导入
复习旧课：
库仑定律。
提问库仑定律的含义、使用范围等。
电荷之间存在相互作用力，这种相互作用是怎么发生的呢？
人们对这个问题的认识在历史上曾有过两种不同的观点。
在法拉第之前，人们认为两个电荷之间的相互作用力是一种超距作用，也就是一个电荷对另一个电荷的作用力是隔着一定空间直接给予的，不需要中间什么媒介作传递，这种方式可以表示为：
在19世纪30年代，法拉第提出一种观点，认为一个电荷周围存在着由它产生的电场，另外一个电荷受这个电荷的作用力就是通过这个电场给予的，这种作用方式可以表示为：
近代物理学的理论和实践已经完全证明了场的观点的正确性。
电场以及以后将要学习的磁场已被证明是一种客观存在的物质形态，电视台和无线电广播电台就是靠激发电磁场的方式发送各种节目信号的。
虽然电磁场“看不见”“摸不着”，但是我们却可以在远离发射塔的地方，用电视机和收音机接受到它们发送的节目信号，这就是电磁场客观存在的很好例证。
本节课我们就来学习描述电场的重要概念。
II.新课
一、电场
定义：
存在于电荷周围空间，对电荷有作用力的特殊物质叫电场。
电荷与它周围空间的电场是一个统一的整体。
电场具有两个重要特性：
（1）位于电场中的任何带电体，都要受到电场力的作用。
（2）带电体在电场中受到电场力的作用而移动时，电场力对带电体做功，这说明电场具有能量。
二、电场强度
电场是一种看不见、摸不着，不依赖于人的感觉而客观存在的一种特殊物质，人们对于电场性质的研究，一般是通过检验电荷来探测的。
检验电荷的一般要求：
带正电，且电荷量很小的点电荷。
分析：
之所以要求检验电荷所带电荷量很小，是为了使检验电荷的电场不致影响原来的电场，可以科学准确的研究原来的电场。
可以通过库仑定律计算，或设计一个小实验来验证同一检验电荷在同一电场中不同位置时所受电场力（方向、大小）的不同，来分析电场中不同位置上电场的特性。
针对电场中某一确定点A点，用不同的检验电荷q,2q,3q,…,nq在该点所受到的电场力分别为F，2F，3F，…，nF。
很容易看出，放在A点的检验电荷所受的电场力和检验电荷的电荷量的比（F/q）,不随检验电荷的电荷量而改变，它是一个恒量。
由分析得知，这个比值只与场源电荷Q及该点所在电场中的位置，与检验电荷无关。
F/q反映了电场中不同位置上电场力的特性，为了表示电场的这种特性，引入电场强度这个物理量。
定义：
检验电荷在电场中某一点所受电场力F与检验电荷的电荷量q的比值叫做该点的电场强度，简称场强。
用公式表示为
（定义式）
式中F——检验电荷所受电场力，单位为牛[顿]，符号为N；
q——检验电荷的电荷量，单位是库[仑]，符号为C；
E——电场强度，单位是伏[特]每米，符号为V/m。
注意：
（1）电场强度单位：
N／C
（2）大小：
电场中某点的场强在数值上等于单位电荷在该点受到的电场力。
（3）方向：
规定电场中某点场强的方向为正电荷在该点受到的电场力的方向。
场强是矢量。
一般电场中不同点，场强的大小及方向不同，场强大的地方，电场强，场强小的地方，电场弱，通常我们也把场强的大小和方向叫做电场的强弱和方向。
三、电力线
为了形象地描述电场中各点场强的大小和方向，采用了电力线（假想曲线）图示法，在电场中画出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和该点的电场强度方向一致，这些曲线叫做电力线。
几种常见电力线如图1-3（教材）所示。
电力线在每一点的切线方向表示该点的场强方向，电力线的疏密表示场强的大小。
问：
根据我们所看到的几种电力线，谁能归纳一下电力线的方向有什么特点？
教师归纳：
电力线总是从正电荷出发，终止于负电荷或无穷远，如果只有负电荷，则电力线来自无穷远，终止于负电荷。
问：
任意两条电力线都不会相交，这是为什么？
教师归纳：
如果相交，则交点就会有两个切线方向，而同一点场强的大小和方向是唯一的。
III.例题讲解，巩固练习
例题：
检验电荷的电荷量
，在电场中P点受到的电场力F=18N，求该点电场强度。
若检验电荷放在P点，电荷量
，检验电荷所受电场力是多少？
解：
根据电场强度的定义
由于电场中某点场强与检验电荷无关，所以P点场强不变，
所受电场力F’为
IV.小结
电场是电荷周围客观存在的一种物质，它“看不见”、“摸不着”，我们是怎么认识它的呢？
根据电场和其它物质的相互作用来认识电场的。
为此我们引入了检验电荷，用检验电荷是否受到电场力来判断电场是否存在；又用检验电荷受到的电场力与它的电量的比值即电场强度来定量描述电场的性质。
用电力线形象地描述电场的分布。
V.作业
略。
1.2电流
一、教学目标
1、了解电流的概念；
2、掌握电流的实际方向与参考方向的区别与联系；
3、掌握电流的单位。
二、教学重点、难点分析
重点与难点：
1、掌握金属导电介质中电流的实际方向与参考方向的联系与区别。
三、教具
略。
四、教学方法
讲授法、多媒体课件。
五、教学过程
Ⅰ.复习提问
复习旧课：
电场与电场强度。
II.新课
一、电流
定义：
电荷的定向运动叫做电流。
注意：
金属导体中的自由电子在电场力的作用下作定向运动，电解液中的正、负离子在电场力的作用下向着相反方向的运动等叫做电流。
电流是一个表示带电粒子定向运动的强弱的物理量，表征电流强弱的物理量为电流强度，它是一个标量。
电流强度的定义：
电流强度在量值上等于通过导体横截面的电荷量q和通过这些电荷量所用时间t的比值。
用公式表示为
（定义式）
式中q——通过导体横截面的电荷量，单位是库[仑]，符号为C；
t——通过电荷量q所用的时间，单位是秒，符号为s；
I——电流强度，单位是安[培]，符号为A。
在实际生活中，安培是一个很大的单位。
所以，电流的常用单位还有毫安（mA）和微安（
）：
（国际单位制）
二、电流的方向
规定正电荷定向运动的方向为电流方向。
在金属导体中，电流的方向与自由电子运动方向相反；在电解液中，电流方向与正离子运动方向相同。
注意：
在电路计算时，我们通常无法事先确定电路中电流的真实方向，为了计算方便，常常事先假定一个电流方向（假想的电流方向）。
用箭头在电路图中标明电流的参考方向，最后根据计算结果的符号判断电流真实方向。
结果为正，则电流实际方向与所设参考方向一致；结果为负，则电流实际方向与所设参考方向相反。
电流强度是一个标量，电流方向只表明电荷的定向运动方向。
按照电流的大小、方向变化与时间的关系，电流可以分为以下三类：
（如图1-4教材）所示；
（1）电流的大小和方向都不随时间变化，这样的电流叫直流电流或稳恒电流，如图1-4a所示；
（2）如果电流的大小随时间变化，但方向不随时间变化的电流叫脉动电流，如图1-4b所示；
（3）如果电流的大小和方向都时间变化，这样的电流叫交流电流，如图1-4c所示。
III.例题讲解，巩固练习
例题：
在5min时间内，通过导体横截面的电荷量为3.6C，求电流是多少安，合多少毫安？
解：
根据电流的定义式
解题点要：
（1）注意带入数值的单位必须是国际标准单位；
（2）注意电流强度单位安培、毫安、微安之间的换算关系。
IV.小结
（1）电荷的定向运动形成电流，电流的强弱用电流强度来表征。
电流强度的量值根据电流强度定义式
计算可得。
其单位使用国际标准单位。
（2）规定正电荷的运动方向为电流方向。
在金属导体中，自由电子在电场力作用下定向移动形成电流，自由电子带负电，所以金属导体中电流方向与带电粒子运动方向相反；在电解液中，在电场力作用下正、负离子定向移动形成电流，电流方向与正离子运动方向一致。
（3）电流的参考方向。
在一般的电路计算中，我们无法事先确定电流的流向，为了方便计算，可以先假定一个电流参考方向。
得到计算结果后，可根据计算结果的正负来判定实际电流方向。
V.作业
略。
1.4电压和电位
一、教学目标
1、理解电压和电位的概念。
2、掌握电压和电位间的关系及参考方向。
3、掌握电压和电位的单位。
二、教学重点、难点分析
重点：
1、掌握电压与电位的概念，机器大小、方向的确定。
难点：
1、掌握电位的概念。
（这一概念虽然要求不高，却不好理解。
）
三、教具
略。
四、教学方法
讲授法，多媒体课件。
五、教学过程
Ⅰ.导入
前面我们曾经学习过用来描述电场力学性质的一个物理量——场强（E）。
下面一起来回忆一下有关内容：
（1）电场的基本性质；
（2）场强是如何定义的，方向如何？
电场除了具有力的性质外，还具有能的性质，用什么物理量来描述这一性质——电压（Uab）与电位（U）。
II.新课
一、电压
电荷在电场中受到电场力的作用移动时，电场力要做功。
在图1-12（教材）所示匀强电场中，电荷q移动的距离是Lab，那么电场力对电荷做的功为
为了衡量电场力做功能力的大小，引入电压这个物理量。
a,b两点间的电压Uab在数值上等于电场力把电荷由a移动到b所做的功W，与被移动电荷电荷量q的比值，可用下式表示：
（电压定义式）（式1-4）
式中q——由a点移动到b点的电荷量，单位是库[仑]，符号为C；
Wab——电场力将q由a移动b所做的功，单位为焦[耳]，符号为J；
Uab——a、b两点间的电压，单位是伏[特]，符号为V。
在国际单位制中，电压的常用单位还有千伏（kV）和毫伏（mV）：
1kV=103V1V=103mV
二、电位
定义：
正电荷在电路中某点所具有的能量与电荷所带电量的比叫做该点的电位。
讨论电位问题时，首先要选定参考点（假定该点电位为零）。
其它点的电位等于该点与参考点间的电压。
比参考点高的电位为正，反之为负。
可见，电路中各点的电位是相对的，与参考点的选择有关。
电压方向的确定：
分析图1-12（教材），如果用符号Va表示a点电位，Vb表示b点电位。
若选取a点为参考点，即Va=0，则Vb<0；若选取b点为参考点，即Vb=0，则Va>0。
不论如何选取参考点，a点电位永远高于b点电位。
由此可见，电场力对正电荷做功的方向就是电位降低的方向。
因此规定电压的方向有高电位指向低电位，即电位降低的方向。
电压的方向可以用高电位指向低电位的箭头表示，也可以用高电位表“+”，低电位标“-”来表示。
电路中电压大小的计算：
在电路中a，b两点间的电压等于a，b两点间的电位之差。
即
（式1-5）
两点间的电压也叫两点间电位差。
讲到电压必须说明是哪两点间的电压。
电压参考方向的选择：
与电流相似，在电路计算时，事先无法确定电压的真实方向，常事先选定参考方向，用“+、-”标在电路图中。
如果计算结果电压为正值，那么电压的这个真实方向与参考方向一致；如果计算结果电压为负，那么电压的真实方向和参考方向相反。
III.例题讲解，巩固练习
例题：
在电场中有a、b、c三点，某电荷电荷量q=5×10-2C，电荷由a移动到b电场力做功2J，电荷由b移动到c电场力做功3J，以b为参考点，试求a点和c点电位。
解：
以b点为参考点，则Vb=0V，根据电压定义式
又因为
则
同理
IV.小结
应当强调的是，电压和电位都是反映电场或电路能量特性的物理量，二者既有联系又有区别。
（1）电位是相对的，它的大小与参考点选择有关；
（2）电压时不变的，它的大小与参考点选择无关。
电位的参考点可以任意选择，但是一个电路中只能选一个参考点。
V.作业
略。
1.5电源和电动势
一、教学目标
1、了解电源的概念及电源种类。
2、了解电动势的概念。
3、理解电动势内部的电流方向。
二、教学重点、难点分析
重点：
电源电动势的定义，数值计算与方向判断。
难点：
电源电动势与电压的关系。
三、教具
略。
四、教学方法
讲授法，多媒体课件。
五、教学过程
Ⅰ.导入
复习旧课：
电流、电压。
提问：
同学们想一想，我们生活中所使用的“电”是从哪里来的？
我们在实验室里作实验所用的“电”是从哪里来的？
答：
略。
II.新课
一、电源
定义：
电源是把其它形式的能转换成电能的装置。
种类：
干电池或蓄电池把化学能转换成电能；光电池把太阳的光能转化成电能；发电机把机械能转化成个电能等等。
提问：
同学们想一想，你们都知道哪些方式可以产生电啊？
答：
略。
二、电源电动势
A．电源力
电源力是存在于电源内部的，能使正电荷从负极源源不断地流向正极的一种非静电性质的力。
它的存在保证了正负极之间的电压不变，这样电路中才能有持续不变的电流。
B．电动势
在电源内部，电源力不断地把正电荷从低电位点移动到高电位点。
在这个过程中，电源力要克服电场力做功，这个做功过程就是电源将其它形式的能转换成电能的过程。
对于不同的电源，电源力做功的性质和大小不同，为此引入电动势这个概念。
电动势是用来表征电源生产电能本领大小的物理量。
电动势定义：
在电源内部，电源力把正电荷从低电位点（负极板）移动到高电位点（正极板）反抗电场力所做的功与被移动电荷的电荷量之比，叫做电源的电动势。
用公式表示为：
（电源电动势定义式）（式1-6）
式中W——电源力移动正电荷所做的功，单位为焦[耳]，符号为J；
Q——电源力移动的电荷量，单位是库[仑]，符号为C；
E——电源电动势，单位是伏[特]，符号为V。
电源电动势的方向：
电源电动势的方向规定为由电源的负极（低电位点）指向正极（高电位电）。
在电源内部的电路中，电源力移动正电荷形成电流，电流的方向是从负极指向正极；在电源外部电路中，电场力移动正电荷形成电流，电流方向是从电源正极流向电源负极。
III.例题讲解，巩固练习
略。
（见教材§1.5例题）
IV.小结
（1）电源是把其它形式的能转换成电能的装置。
现代工业中，人们能够普遍利用多种能源用于生产电能，例如：
太阳能发电、风力发电、潮汐发电、水力发电、火力发电等等，这些都是电源。
还有我们常见的干电池、蓄电池等等。
（2）电源电动势与电压的区别与联系。
电动势与电压是两个物理意义不同的物理量。
I．电动势存在于电源内部，是衡量电源力做功本领的物理量；电压存在于电源的内、外部，是衡量电场力做功本领的物理量。
II．电动势的方向从负极指向正极，即电位升高的方向；电压的方向是从这个正极指向负极，即电位降低的方向。
V.作业
略。
1.6电阻和电阻定律
一、教学目标
1、理解电阻的含义。
2、了解电阻定律。
3、了解电阻与温度的关系。
二、教学重点、难点分析
重点与难点：
电阻定律是教学重点与教学难点。
三、教具
略。
四、教学方法
讲授法，多媒体课件。
五、教学过程
Ⅰ.导入
在我们日常接触到的物质中，有的可以导电，有的不能导电。
根据物质导电能力的强弱，我们将物质分为导体、半导体、绝缘体。
提问：
同学们，我们常见的用于传输电能的物质都有哪些啊？
答：
铜、铁。
总结：
我们最常接触到的用于传输电能的导体都是用金属制成的，这些材料有铜、铁、银等等。
实际上，电解液也是可以导电的。
提问：
同学们，我们常见的不能导电的物质都有哪些啊？
答：
略。
除了能导电的导体与不能导电的绝缘体外，还有一些物质的导电能力介于这两者之间，我们叫它们半导体。
半导体比较常见的有硅、锗等。
从本质上来说，之所以存在导体、半导体、绝缘体的区别是由于物质对于电流的阻碍作用大小不同而造成的。
为了表征物质对于电流的阻
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