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高中物理公式定理定律概念大全选修3-1第一章 电场 1、 电荷、元电荷、电荷守恒（A）（1）自然界中只存在两种电荷：用_丝绸_摩擦过的_玻璃棒_带正电荷，用_毛皮_摩擦过的_硬橡胶棒_带负电荷。同种电荷相互_排斥_，异种电荷相互_吸引_。电荷的多少叫做电荷量_，用_Q_表示，单位是_库仑，简称库，用符号C表示。（2）用_摩擦_和_感应_的方法都可以使物体带电。无论那种方法都不能_创造_电荷，也不能_消灭_电荷，只能使电荷在物体上或物体间发生_转移_，在此过程中，电荷的总量_不变_，这就是电荷守恒定律。2、 库仑定律（A）（1）内容：真空中两个静止点电荷之间的相互作用力，跟它们电荷量的乘积成正比，跟它们距离的二次方成反比，作用力的方向在它们的连线上。（2）公式：其中k=9.0109 Nm2/C23、 电场、电场强度、电场线（A）（1）带电体周围存在着一种物质，这种物质叫_电场_，电荷间的相互作用就是通过_电场_发生的。（2）电场强度（场强）定义：放在电场中某点的电荷所受电场力F跟它的电荷量的比值公式: Fq_由公式可知，场强的单位为牛每库场强既有大小_，又有方向，是矢量。方向规定：电场中某点的场强方向跟正电荷在该点所受的电场力的方向相同。（3）电场线可以形象地描述电场的分布。电场线的疏密程度反映电场的强弱；电场线上某点的切线方向表示该点的场强方向，即电场方向。匀强电场的电场线特点：距离相等的平行直线。（几种特殊电场的电场线线分布）4、静电的应用及防止（A）（1）静电的防止：放电现象：火花放电、接地放电、尖端放电等。避雷针利用_尖端放电_原理来避雷：带电云层靠近建筑物时，避雷针上产生的感应电荷会通过针尖放电，逐渐中和云中的电荷，使建筑物免遭雷击。（2）静电的应用：静电除尘、静电复印、静电喷漆等。5、电容器、电容、电阻器、电感器。（A）（1）两个正对的靠得很近的平行 金属板间夹有一层绝缘材料，就构成了平行板电容器。这层绝缘材料称为电介质。电容器是 容纳电荷的装置。（2）电容器储存电荷的本领大小用电容表示，其国际单位是法拉（F）。平行板电容器的电容与 正对面积、 两板间距离和 电介质的性质有关，正对面积越大，电容越大，板间距离越大，电容越小。（3）若把电容器接在交流电路中，则它能起到隔直流和通交流作用。（4）电阻器对电流有阻碍作用，用电阻R来表示。工作时满足欧姆定律，电能全转化为内能。（5）电感器“通直流、阻交流，通低频、阻高频。”其原理为“自感作用”。6、匀强电场场强方向处处相同，场强大小处处相等的区域称为匀强电场，匀强电场中的电场线是等距的平行线，平行正对的两金属板带等量异种电荷后，在两极之间除边缘外就是匀强电场。7、电势能由电荷在电场中的相对位置决定的能量叫电势能。电势能具有相对性，通常取无穷远处或大地为电势能和零点。由于电势能具有相对性，所以实际的应用意义并不大。而经常应用的是电势能的变化。电场力对电荷做功，电荷的电势能减速少，电荷克服电场力做功，电荷的电势能增加，电势能变化的数值等于电场力对电荷做功的数值，这常是判断电荷电势能如何变化的依据。8、电势、电势差电势是描述电场的能的性质的物理量在电场中某位置放一个检验电荷，若它具有的电势能为，则比值叫做该位置的电势。电势也具有相对性，通常取离电场无穷远处或大地的电势为零电势（对同一电场，电势能及电势的零点选取是一致的）这样选取零电势点之后，可以得出正电荷形成的电场中各点的电势均为正值，负电荷形成的电场中各点的电势均为负值。电场中两点的电势之差叫电势差，依教材要求，电势差都取绝对值，知道了电势差的绝对值，要比较哪个点的电势高，需根据电场力对电荷做功的正负判断，或者是由这两点在电场线上的位置判断。电势相等的点组成的面叫等势面。等势面的特点：(a)等势面上各点的电势相等，在等势面上移动电荷电场力不做功。(b)等势面一定跟电场线垂直，而且电场线总是由电势较高的等势面指向电势较低的等势面。(c)规定：画等势面（或线）时，相邻的两等势面（或线）间的电势差相等。这样，在等势面（线）密处场强较大，等势面（线）疏处场强小。电场力对电荷做功的计算公式：，此公式适用于任何电场。电场力做功与路径无关，由起始和终了位置的电势差决定。在匀强电场中电势差与场强之间的关系是，公式中的是沿场强方向上的距离。9、电场中的导体静电感应：把金属导体放在外电场中，由于导体内的自由电子受电场力作用而定向移动，使导体的两个端面出现等量的异种电荷，这种现象叫静电感应。静电平衡：发生静电感应的导体两端面感应的等量异种电荷形成一附加电场，当附加电场与外电场完全抵消时，自由电子的定向移动停止，这时的导体处于静电平衡状态。处于静电平衡状态导体的特点：(a)导体内部的电场强处处为零，电场线在导体的内部中断。(b)导体是一个等势体，表面是一个等势面。(c)导体表面上任意一点的场强方向跟该点的表面垂直。(d)导体断带的净电荷全部分布在导体的外表面上。10、电容（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、带电粒子在电场中的运动（1）带电粒子在电场中的运动，综合了静电场和力学的知识，分析方法和力学的分析方法基本相同：先分析受力情况，再分析运动状态和运动过程（平衡、加速或减速，是直线还是曲线），然后选用恰当的规律解题。（2）在对带电粒子进行受力分析时，要注意两点：a 要掌握电场力的特点。如电场力的大小和方向不仅跟场强的大小和方向有关，还与带电粒子的电量和电性有关；在匀强电场中，带电粒子所受电场力处处是恒力；在非匀强电场中，同一带电粒子在不同位置所受电场力的大小和方向都可能不同。b 是否考虑重力要依据具体情况而定：基本粒子：如电子、质子、粒子、离子等除有要说明或明确的暗示以外，一般都不考虑重力（但并不忽略质量）。带电颗粒：如液滴、油滴、尘埃、小球等，除有说明或明确的暗示以外，一般都不能忽略重力。12、带电粒子的加速（含偏转过程中速度大小的变化）过程是其他形式的能和功能之间的转化过程。解决这类问题，可以用动能定理，也可以用能量守恒定律。如选用动能定理，则要分清哪些力做功？做正功还是负功？是恒力功还是变力功？若电场力是变力，则电场力的功必须表达成，还要确定初态动能和末态动能（或初、末态间的动能增量）如选用能量守恒定律，则要分清有哪些形式的能在变化？怎样变化（是增加还是减少）？能量守恒的表达形式有：a 初态和末态的总能量（代数和）相等，即； b 某种形式的能量减少一定等于其它形式能量的增加，即c 各种形式的能量的增量的代数和；13、带电粒子在匀强电场中类平抛的偏转问题如果带电粒子以初速度v0垂直于场强方向射入匀强电场，不计重力，电场力使带电粒子产生加速度，作类平抛运动，分析时，仍采用力学中分析平抛运动的方法：把运动分解为垂直于电场方向上的一个分运动匀速直线运动：，；另一个是平行于场强方向上的分运动匀加速运动，粒子的偏转角为。经一定加速电压（U1）加速后的带电粒子，垂直于场强方向射入确定的平行板偏转电场中，粒子对入射方向的偏移，它只跟加在偏转电极上的电压U2有关。当偏转电压的大小极性发生变化时，粒子的偏移也随之变化。如果偏转电压的变化周期远远大于粒子穿越电场的时间（T ），则在粒子穿越电场的过程中，仍可当作匀强电场处理。应注意的问题：1、电场强度E和电势U仅仅由场本身决定，与是否在场中放入电荷 ，以及放入什么样的检验电荷无关。而电场力F和电势能两个量，不仅与电场有关，还与放入场中的检验电荷有关。所以E和U属于电场，而和属于场和场中的电荷。2、一般情况下，带电粒子在电场中的运动轨迹和电场线并不重合，运动轨迹上的一点的切线方向表示速度方向，电场线上一点的切线方向反映正电荷的受力方向。物体的受力方向和运动方向是有区别的。如图所示：只有在电场线为直线的电场中，且电荷由静止开始或初速度方向和电场方向一致并只受电场力作用下运动，在这种特殊情况下粒子的运动轨迹才是沿电力线的。3、点电荷的电场强度和电势（1）点电荷在真空中形成的电场的电场强度，当源电荷时，场强方向背离源电荷，当源电荷为负时，场强方向指向源电荷。但不论源电荷正负，距源电荷越近场强越大。（2）当取时，正的源电荷电场中各点电势均为正，距场源电荷越近，电势越高。负的源电荷电场中各点电势均为负，距场源电荷越近，电势越低。（3）若有n个点电荷同时存在，它们的电场就互相迭加，形成合电场，这时某点的电场强度就等于各个点电荷在该点产生的场强的矢量和，而某点的电势就等于各个点电荷在该点的电势的代数和。 第二章 恒定电流1部分电路基本规律（1）形成电流的条件：一是要有自由电荷，二是导体内部存在电场，即导体两端存在电压。（2）电流强度：通过导体横截面的电量q跟通过这些电量所用时间t的比值，叫电流强度：。（3）电阻及电阻定律：导体的电阻反映了导体阻碍电流的性质，定义式；在温度不变时，导体的电阻与其长度成正比，与导体的长度成正比，与导体的横截面S成反比，跟导体的材料有关，即由导体本身的因素决定，决定式；公式中L、S是导体的几何特征量，r叫材料的电阻率，反映了材料的导电性能。按电阻率的大小将材料分成导体和绝缘体。对于金属导体，它们的电阻率一般都与温度有关，温度升高对电阻率增大，导体的电阻也随之增大，电阻定律是在温度不变的条件下总结出的物理规律，因此也只有在温度不变的条件下才能使用。将公式错误地认为R与U成正比或R与I成反比。对这一错误推论，可以从两个方面来分析：第一，电阻是导体的自身结构特性决定的，与导体两端是否加电压，加多大的电压，导体中是否有电流通过，有多大电流通过没有直接关系；加在导体上的电压大，通过的电流也大，导体的温度会升高，导体的电阻会有所变化，但这只是间接影响，而没有直接关系。第二，伏安法测电阻是根据电阻的定义式，用伏特表测出电阻两端的电压，用安培表测出通过电阻的电流，从而计算出电阻值，这是测量电阻的一种方法。（4）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。（5）电功和电功率：电流做功的实质是电场力对电荷做功，电场力对电荷做功电荷的电势能减少，电势能转化为其他形式的能，因此电功W = qU = UIt，这是计算电功普遍适用的公式。单位时间内电流做的功叫电功率，这是计算电功率普遍适用的公式。（6）电热和焦耳定律：电流通过电阻时产生的热叫电热。Q = I2 R t这是普遍适用的电热的计算公式。电热和电功的区别：a：纯电阻用电器：电流通过用电器以发热为目的，例如电炉、电熨斗、白炽灯等。b：非纯电阻用电器：电流通过用电器以转化为热能以外的形式的能为目的，发热是不可避免的热能损失，例如电动机、电解槽、给蓄电池充电等。在纯电阻电路中，电能全部转化为热能，电功等于电热，即W = UIt = I2Rt =是通用的，没有区别。同理也无区别。在非纯电阻电路中，电路消耗的电能，即W = UIt分为两部分：一大部分转化为热能以外的其他形式的能（例如电流通过电动机，电动机转动将电能转化为机械能）；另一小部分不可避免地转化为电热Q = I2R t。这里W = UIt不再等于Q = I2Rt，而是W Q，应该是W = E其他 + Q，电功只能用W = UIt，电热只能用Q = I2Rt计算。2串联电路和并联电路（1）串联电路及分压作用a：串联电路的基本特点：电路中各处的电流都相等；电路两端的总电压等于电路各部分电压之和。b：串联电路重要性质：总电阻等于各串联电阻之和，即R总 = R1 + R2 + + Rn；串联电路中电压与电功率的分配规律：串联电路中各个电阻两端的电压与各个电阻消耗的电功率跟各个电阻的阻值成正比，即：；c：给电流表串联一个分压电阻，就可以扩大它的电压量程，从而将电流表改装成一个伏特表。如果电流表的内阻为Rg，允许通过的最大电流为Ig，用这样的电流表测量的最大电压只能是IgRg；如果给这个电流表串联一个分压电阻，该电阻可由或 计算，其中为电压量程扩大的倍数。（2）并联电路及分流作用a：并联电路的基本特点：各并联支路的电压相等，且等于并联支路的总电压；并联电路的总电流等于各支路的电流之和。b：并联电路的重要性质：并联总电阻的倒数等于各并联电阻的倒数之和，即；并联电路各支路的电流与电功率的分配规律：并联电路中通过各个支路电阻的电流、各个支路电阻上消耗的电功率跟各支路电阻的阻值成反比，即，；c：给电流表并联一个分流电阻，就可以扩大它的电流量程，从而将电流表改装成一个安培表。如果电流表的内阻是Rg，允许通过的最大电流是Ig。用这样的电流表可以测量的最大电流显然只能是Ig。将电流表改装成安培表，需要给电流表并联一个分流电阻，该电阻可由计算，其中 为电流量程扩大的倍数。第三章 磁场1、磁场、磁感线、地磁场、电流的磁场、安培定则（A）（1）磁体和电流的周围都存在着磁场,磁场对磁体和电流都有力的作用.磁场具有方向性,规定在磁场中任一点,小磁针北极的受力方向为该点的磁场方向.也就是小磁针静止时北极所指的方向。（2）磁感线可以形象地描述磁场的分布。磁感线的疏密程度反映磁场的强弱；磁感线上某点的切线方向表示该点的磁场方向。匀强磁场的磁感线特点：距离相等的平行直线。（常见磁场的磁感线分布）（3）地球的地理两极与地磁两极并不完全重合，其间有一个交角，叫做磁偏角。（4）不论是直线电流的磁场还是环形电流的磁场，都可以用安培定则来判断其方向，判断直线电流的具体做法是右手握住导线，让伸直的拇指的方向与电流的方向一致，那么，弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向。2、磁感应强度、安培力的大小及左手定则（A）（及 ）（1）磁感应强度：将一小段通电直导线垂直磁场放置时，其受到的磁场力F与电流强度I成_正比、与导线的长度L成正比，其中F/IL是与通电导线长度和电流强度都_无关的物理量，它反映了该处磁场的强弱，定义F/IL为该处的磁感应强度.其单位为特斯拉（T），方向为该点的磁感线的切线方向,也是小磁针在该处静止时N极的指向。（2）安培力方向的判定方法左手定则 1）伸开左手，大拇指跟四指垂直，且在同一平面内 2）让磁感线穿过手心 3）使四指指向电流方向，则拇指指向安培力的方向3、洛仑兹力的方向（A）（1）运动电荷在磁场所受的力叫做洛仑兹力。（2）当粒子的运动方向与磁场方向平行时，粒子不受洛仑兹力的作用。（3）洛仑兹力的方向：左手定则：伸开 左手，使大拇指跟其余四个手指 方向垂直，并且跟手掌在 同一平面内，把手放入磁场中，让磁感线穿过掌心，四指所指方向为 正电荷运动方向， 大拇指所指方向为正电荷所受洛仑兹力的方向。（注：对负电荷而言，四指所指方向为其运动的反方向）注意：洛仑兹力的方向始终垂直于磁场方向，且垂直于粒子运动方向。4、磁通量（)和磁通密度（B）（1）磁通量（）穿过某一面积（S）的磁感线的条数。（2）磁通密度垂直穿过单位面积的磁感线条数，也即磁感应强度的大小。（3）与B的关系 = BScosq式中Scosq为面积S在中性面上投影的大小。5、公式 = BScosq及其应用磁通量的定义式 = BScosq，是一个重要的公式。它不仅定义了的物理意义，而且还表明改变磁通量有三种基本方法，即改变B、S或q。在使用此公式时，应注意以下几点：（1）公式的适用条件一般只适用于计算平面在匀强磁场中的磁通量。（2）q角的物理意义表示平面法线（n）方向与磁场（B）的夹角或平面（S）与磁场中性面（OO）的夹角（图1），而不是平面（S）与磁场（B）的夹角（a）。因为q +a = 90，所以磁通量公式还可表示为 = BSsina（3）是双向标量，其正负表示与规定的正方向（如平面法线的方向）是相同还是相反，当磁感线沿相反向穿过同一平面时，磁通量等于穿过平面的磁感线的净条数磁通量的代数和，即 = 126、磁场对通电导线的作用磁场对电流的作用力，叫做安培力，如图2所示，一根长为L的直导线，处于磁感应强度为B的匀强磁场中，且与B的夹角为q。当通以电流I时，安培力的大小可以表示为F = BIl sinq式中q为B与I（或l）的夹角，Bsinq为B垂直于I的分量。在B、I、L一定时，F sinq.当q = 90时，安培力最大为：Fm = BIL当q = 0或180时，安培力为零：F = 0应用安培力公式应注意的问题第一、安培力的方向，总是垂直B、I所决定的平面，即一定垂直B和I，但B与I不一定垂直（图3）。第二、弯曲导线的有效长度L，等于两端点连接直线的长度（如图4所示）相应的电流方向，沿L由始端流向末端。所以，任何形状的闭合平面线圈，通电后在匀强磁场受到的安培力的矢量和一定为零，因为有效长度L = 0。公式的运动条件一般只运用于匀强磁场。 7、安培力矩公式在磁感应强度为B的匀强磁场中，一个匝数为N、面积为S的矩形线圈，当通以电流I时，受到的安培力矩为M = Nfad sinq = NBI ab ad sinq（图5所示），即M = NBIS sinq在使用安培力矩公式时，应注意下列问题。（1）q角与a的区别与联系公式中的q角，表示线圈平面（S）与磁场中性面（S0）的夹角或线圈平面法线（n）与B方向的夹角，而不是线圈平面与B的夹角（a）。因为q +a = 90，所以安培力矩公式还可以表示为M = NBIS cosa一般，规定通电线圈平面的法线方向由右手螺旋定则确定，即与环形电流中心的磁场方向一致。（2）公式的适用条件匀强磁场，且转轴（OO）与B垂直；相对平行于B的任意转轴，安培力矩均为零。任意形状的平面线圈，如三角形、圆形和梯形等。因为任意形状的平面线圈，都可以通过微分法，视为无数矩形元组成。8、磁场对运动电荷的作用在不计带电粒子（如电子、质子、a粒子等基本粒子）的重力的条件下，带电粒子在匀强磁场有三种典型的运动，它们决定于粒子的速度（v）方向与磁场的磁感应强度（B）方向的夹角（q）。（1）当v与B平行，即q = 0或180时落仑兹力f = Bqvsinq = 0，带电粒子以入射速度（v）作匀速直线运动，其运动方程为：s = vt（2）当v与B垂直，即q = 90时带电粒子以入射速度（v）作匀速圆周运动，四个基本公式 ：向心力公式：轨道半径公式：周期、频率和角频率公式：动能公式： T、f和w的两个特点第一、T、 f的w的大小与轨道半径（R）和运行速率（V）无关，而只与磁场的磁感应强度（B）和粒子的荷质比（q/m）有关。第二、荷质比（q/m）相同的带电粒子，在同样的匀强磁场中，T、f和w相同。（3）带电粒子的轨道圆心（O）、速度偏向角（）、回旋角（a）和弦切角（q）。在分析和解答带电粒子作匀速圆周运动的问题时，除了应熟悉上述基本规律之外，还必须掌握确定轨道圆心的基本方法和计算、a和q的定量关系。如图6所示，在洛仑兹力作用下，一个作匀速圆周运动的粒子，不论沿顺时针方向还是逆时针方向，从A点运动到B点，均具有三个重要特点。第一、轨道圆心（O）总是位于A、B两点洛仑兹力（f）的交点上或AB弦的中垂线（OO）与任一个f的交点上。第二、粒子的速度偏向角（），等于回旋角（a），并等于AB弦与切线的夹角弦切角（q）的2倍，即 = a = 2q = w t。第三、相对的弦切角（q）相等，与相邻的弦切角（q ）互补，即q + q = 180。