高考物理專題講座之.ppt

高 考 物 理 專 題 講 座 之 三、電 學(xué),主講人：中國人民大學(xué) 焦文龍,一 靜電場,例題1： 帶電小球A、C相距30cm，均帶正電當(dāng)一個(gè)帶有負(fù)電的小球B放在A、C間連線的直線上，且B、C相距20cm時(shí)，可使C恰受電場力平衡A、B、C均可看成點(diǎn)電荷A、B所帶電量應(yīng)滿足什么關(guān)系？如果要求A、B、C三球所受電場力同時(shí)平衡，它們的電量應(yīng)滿足什么關(guān)系？,分析,C處于平衡狀態(tài)，實(shí)際上是要求C處在A、B形成的電場中的電場強(qiáng)度為零的地方 既然C所在處的合場強(qiáng)為零，那么，C所帶電量的正或負(fù)、電量的多或少均對其平衡無影響 再以A或B帶電小球?yàn)檠芯繉ο?，利用上面的方法分析和解決,難點(diǎn)分析,靜電場部分的內(nèi)容概念性強(qiáng)，規(guī)律內(nèi)容含義深刻，是有關(guān)知識應(yīng)用的基礎(chǔ)但由于概念和規(guī)律較抽象，對掌握這些概念和規(guī)律造成了一定的難度所以，恰當(dāng)?shù)亟⒂嘘P(guān)的知識結(jié)構(gòu)，處理好概念之間、規(guī)律之間的關(guān)系，是解決復(fù)習(xí)困難的有效方式,是非討論,場強(qiáng)較大處，電勢也一定較高嗎？反之，電勢較高處，場強(qiáng)一定也較大嗎？ 場強(qiáng)為零處，電勢也一定為零嗎？反之，電勢為零處，場強(qiáng)一定也為零嗎？ 場強(qiáng)相等處，電勢也一定相等嗎？反之，電勢相等處，場強(qiáng)一定也相等嗎？,分析與解,以點(diǎn)電荷（正和負(fù)）的電場為例以等量異號電荷的電場和等量同號電荷的電場為例以勻強(qiáng)電場和點(diǎn)電荷的電場為例,電場疊加問題的討論,例題2 半經(jīng)為r的硬橡膠圓環(huán)上帶有均勻分布的正電荷，其單位長度上的帶電量為q，現(xiàn)截去環(huán)上一小段AB，AB長為 方向如何？,分析與解,解法之一，利用圓環(huán)的對稱性，可以得出這樣的結(jié)果，即圓環(huán)上的任意一小段在圓心處所產(chǎn)生的電場場強(qiáng)，都與相對應(yīng)的一小段產(chǎn)生的場強(qiáng)大小相等，方向相反，相互疊加后為零由于AB段被截掉，所以，本來與AB相對稱的那一小段所產(chǎn)生的場強(qiáng)就成為了 小段可以當(dāng)成點(diǎn)電荷，利用點(diǎn)電荷的場強(qiáng)公式可求出答案,解法之二，將AB段看成是一小段帶正電和一小段帶負(fù)電的圓環(huán)疊放，這樣仍與題目的條件相符而帶正電的小段將圓環(huán)補(bǔ)齊，整個(gè)帶電圓環(huán)在圓心處產(chǎn)生的電場的場強(qiáng)為零；帶負(fù)電的一小段在圓心處產(chǎn)生的場強(qiáng)可利用點(diǎn)電荷的場強(qiáng)公式求出，這就是題目所要求的答案,電場中的導(dǎo)體、電容器,問題： （1）什么是靜電感應(yīng)？ 靜電感應(yīng)是一個(gè)過程，是導(dǎo)體內(nèi)電荷重新分布的過程 （2）導(dǎo)體處于靜電平衡時(shí)，有哪些性質(zhì)？ 導(dǎo)體內(nèi)部的電場強(qiáng)度處處為零； 導(dǎo)體表面是個(gè)等勢面，導(dǎo)體是一個(gè)等勢體； 凈電荷只分布在導(dǎo)體的外表面,例題3,絕緣的導(dǎo)體球殼P上有一個(gè)小孔，用一根導(dǎo)線將球殼內(nèi)的小金屬球a和球殼外的小金屬球b連接起來，P帶正電靜電平衡時(shí)，金屬球a、b是否帶電？分別帶何種電荷？,提示,小球a和小球b與球殼P等電勢，小球a可看成是球殼內(nèi)表面的一部分，而小球b應(yīng)是球殼P外表面的一部分,電容器,（2）電容器是一個(gè)儲(chǔ)存和釋放電能的元件 （3）平行板電容器的電容由哪些因素決定？ （重溫平行板電容器的研究的演示實(shí)驗(yàn)）,例題4,金屬板A、C平行放置，且均接地，設(shè)金屬板B帶有正電荷310-6C，將B插入A、C之間，并使 C板各帶電量多少？ 答案：E1E2=21； QA=210-6C，QC=110-6C,靜電場知識小結(jié),靜電場規(guī)律的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ) ： （1）電荷守恒定律 （2）庫侖定律 （3）電場疊加原理,電場強(qiáng)度E,（1）定義：電場中某點(diǎn)A的電場強(qiáng)度為電荷q在A點(diǎn)所受電場力 （2）規(guī)定：正電荷在電場中某點(diǎn)的受力方向是該點(diǎn)的場強(qiáng)方向 （應(yīng)對靜電場中的五種電場的電場線分布熟悉，能根據(jù)電場線的分布說出電場中場強(qiáng)的情況） （4）場強(qiáng)的疊加 在電場中，任意一點(diǎn)的場強(qiáng)是電場中所有電荷產(chǎn)生的電場強(qiáng)度的共同貢獻(xiàn)按平行四邊形定則進(jìn)行矢量的疊加,電勢、電勢差,（1）定義：靜電場中某點(diǎn)A的電勢為電荷q在A點(diǎn)所受具有的電 A、B兩點(diǎn)的電勢差等于A、B兩點(diǎn)的電勢之差：UAB=UA-UB； A、B兩點(diǎn)的電勢差等于在A、B兩點(diǎn)間移動(dòng)電荷q電場力所做的 （2）規(guī)定：以無窮遠(yuǎn)為電勢能零點(diǎn)電場力對電荷做正功，電荷 的電勢能減少，電荷克服電場力做功，電荷的電勢能增加 電荷電勢能的變化量大小與電場力做功的數(shù)值相等 （由于平等板間的勻強(qiáng)電場的邊界是一定的，所以其電勢能零點(diǎn)是 根據(jù)具體情況規(guī)定的） （3）描述：等勢面應(yīng)對靜電場中的五種電場的等勢面分布了 解，能根據(jù)等勢面的分布大致說出電場中電勢的情況,場強(qiáng)和電勢的關(guān)系,（1）沿場強(qiáng)方向是電勢降落最快的方向電場中，電場線與等勢面垂直并從電勢較高的等勢面指向電勢較低的等勢面 dAB是A、B兩點(diǎn)沿電場線方向的距離,二 歐姆定律,難點(diǎn)： 1對非靜電力做功和電動(dòng)勢的理解 2對各種電路問題的分析、簡化、處理 方法,問題一,在電源外部的電路中，電流由電源的正極流向負(fù)極，沿電流方向電勢降低；而在電源內(nèi)部電流由負(fù)極流向正極，沿電流電勢升高電流為什么會(huì)出現(xiàn)這種流向呢？,電源外部的電路中，是靜電力對自由電荷做正功，所以沿電流方向電勢降低；而電源內(nèi)部是電荷受的非靜電力克服靜電力做功，所以沿電流方向電勢升高 U=W/q中的W表示靜電力做功W電,電動(dòng)勢和電勢差相同嗎？,電動(dòng)勢與電勢差兩個(gè)概念表面上很相似，但從做功和能量轉(zhuǎn)化的角度講它們是正好相反，電動(dòng)勢表征電源中非靜電力做功的本領(lǐng)，即其它形式的能向電能轉(zhuǎn)化的本領(lǐng)；而電勢差是電路中靜電力做功的本領(lǐng)的量度，即電能向其它能轉(zhuǎn)化的情況我們應(yīng)注意二者的區(qū)別和聯(lián)系,歐姆定律,歐姆定律是解決電路問題的基本依據(jù)它的地位與牛頓定律在力學(xué)中的地位相似針對研究問題的側(cè)重點(diǎn)不同，可以表示為兩種形式： 1.部分電路歐姆定律 ： 通過部分電路的電流跟該部分電路兩端的電壓成正比，跟該部分電路電阻成反比表達(dá)式為： I=U/R,2.閉合電路歐姆定律 因?yàn)殡娫刺峁┑碾娔苡蓛?nèi)、外電阻所消耗，所以 又因?yàn)閁=IR，U=Ir 及：閉合電路中的電流強(qiáng)度跟電源的電動(dòng)勢成正比，跟內(nèi)、外電路中的電阻之和成反比,電路分析和計(jì)算,部分電路歐姆定律的應(yīng)用在初中時(shí)就已比較熟悉，因此沒有必要過多的練習(xí)而全電路歐姆定律的不同之處關(guān)鍵在于需要考慮內(nèi)電阻，也就是某段電路兩端的電壓不再恒定只要我們認(rèn)清這個(gè)區(qū)別，熟練掌握歐姆定律的應(yīng)用是并不困難的,電路的結(jié)構(gòu)分析,搞清電路各元件之間的連接關(guān)系，畫出結(jié)構(gòu)清晰的等效電路，是利用歐姆定律解決電路問題的重要前提我們通常采用節(jié)點(diǎn)跨接法來分析電路結(jié)構(gòu) 具體方法為：首先標(biāo)明電路中各節(jié)點(diǎn)名稱，經(jīng)過電源和用電器的節(jié)點(diǎn)名稱應(yīng)不同，而一段導(dǎo)線兩端的節(jié)點(diǎn)名稱不變理想的電壓表可視為斷路理想的電流表可視為導(dǎo)線考慮電表內(nèi)阻時(shí)，就應(yīng)把它們當(dāng)作用電器對待接著，定性判斷電路中各節(jié)點(diǎn)電勢高低（沒有標(biāo)明的可假設(shè)）最后將各電器填在對應(yīng)的節(jié)點(diǎn)間以判明彼此間的串、并聯(lián)關(guān)系,例題5,設(shè)R1=R2=R3=R4=R，求：開關(guān)S閉合和開啟時(shí)的AB兩端的電阻比,解答,利用節(jié)點(diǎn)法，開關(guān)閉合時(shí)，電路中各節(jié)點(diǎn)標(biāo)稱如圖 其中R1、R2、R3都接在AB兩點(diǎn)間，而R4兩端都為B，即R4被短路,當(dāng)開關(guān)開啟時(shí),含電容電路的分析,觀察分別將單刀雙擲開關(guān)擲于b、C兩邊時(shí)產(chǎn)生的現(xiàn)象并分析原因,現(xiàn)象：當(dāng)ab相接時(shí)，燈L1、L2都不亮，說明電容阻斷了電流；當(dāng)ac相接時(shí)，燈L2閃亮一下，說明電容剛才被充電，現(xiàn)在向L2放電 總結(jié)：電容器是一個(gè)儲(chǔ)能元件，在直流電路中，它對電流起到阻止作用，相當(dāng)于斷路同時(shí)電容器又可被充電，電量的大小取決與電容和它兩端對應(yīng)的電路的電壓因此，在分析含電容電路時(shí)，可先把電容去掉后畫出等效電路，求出各用電器的電壓、電流，再看電容與哪部分電路并聯(lián)，而求出它兩端的電壓和它的電量,電路中電勢升降的分析,三個(gè)完全一樣的電源串聯(lián)成閉合回路，求A、B兩點(diǎn)間的電勢差,電路中電流為逆時(shí)針方向，由A出發(fā)逆電流向右觀察，經(jīng)電源,電路中的電表,我們接觸比較多的電表是電壓表和電流表，理想情況下電流表可以看成導(dǎo)線，電壓表可以看成無窮大的電阻而忽略它們的內(nèi)阻對電路的影響，可在某些實(shí)際問題中，這種影響很大，根本不可能忽略不計(jì)這時(shí)就要把電表看成一個(gè)可以讀數(shù)的特殊電阻，放在電路中，與其它用電器一起分析,例題,R1=2k，R2=3k，電源內(nèi)阻可忽略現(xiàn)用一電壓表測電路端電壓，示數(shù)為6V；用這電壓表測R1兩端，電壓示數(shù)為2V那么（ ）,AR1兩端實(shí)際電壓是2V B電壓表內(nèi)阻為6k CR2兩端實(shí)際電壓是3.6V D用這電壓表測R2兩端電壓，示數(shù)是3V,解答,本題中電阻R1、R2的阻值較大，電壓表