高考物理专题讲座之三电学

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,高 考 物 理 专 题 讲 座 之三、电 学,主讲人：中国人民大学 焦文龙,一 静电场,例题,1,：,带电小球,A,、,C,相距,30cm,，均带正电当一个带有负电的小球,B,放在,A,、,C,间连线的直线上，且,B,、,C,相距,20cm,时，可使,C,恰受电场力平衡,A,、,B,、,C,均可看成点电荷,A,、,B,所带电量应满足什么关系？如果要求,A,、,B,、,C,三球所受电场力同时平衡，它们的电量应满足什么关系？,分析,C,处于平衡状态，实际上是要求,C,处在,A,、,B,形成的电场中的电场强度为零的地方,既然,C,所在处的合场强为零，那么，,C,所带电量的正或负、电量的多或少均对其平衡无影响,再以,A,或,B,带电小球为研究对象，利用上面的方法分析和解决,难点分析,静电场部分的内容概念性强，规律内容含义深刻，是有关知识应用的基础但由于概念和规律较抽象，对掌握这些概念和规律造成了一定的难度所以，恰当地建立有关的知识结构，处理好概念之间、规律之间的关系，是解决复习困难的有效方式,是非讨论,场强较大处，电势也一定较高吗？反之，电势较高处，场强一定也较大吗？,场强为零处，电势也一定为零吗？反之，电势为零处，场强一定也为零吗？,场强相等处，电势也一定相等吗？反之，电势相等处，场强一定也相等吗？,分析与解,以点电荷（正和负）的电场为例以等量异号电荷的电场和等量同号电荷的电场为例以匀强电场和点电荷的电场为例,电场叠加问题的讨论,例题,2,半经为,r,的硬橡胶圆环上带有均匀分布的正电荷，其单位长度上的带电量为,q,，现截去环上一小段,AB,，,AB,长为,方向如何？,分析与解,解法之一,，利用圆环的对称性，可以得出这样的结果，即圆环上的任意一小段在圆心处所产生的电场场强，都与相对应的一小段产生的场强大小相等，方向相反，相互叠加后为零由于,AB,段被截掉，所以，本来与,AB,相对称的那一小段所产生的场强就成为了,小段可以当成点电荷，利用点电荷的场强公式可求出答案,解法之二,，将,AB,段看成是一小段带正电和一小段带负电的圆环叠放，这样仍与题目的条件相符而带正电的小段将圆环补齐，整个带电圆环在圆心处产生的电场的场强为零；带负电的一小段在圆心处产生的场强可利用点电荷的场强公式求出，这就是题目所要求的答案,电场中的导体、电容器,问题：,（,1,）什么是静电感应？,静电感应是一个过程，是导体内电荷重新分布的过程,（,2,）导体处于静电平衡时，有哪些性质？,导体内部的电场强度处处为零；,导体表面是个等势面，导体是一个等势体；,净电荷只分布在导体的外表面,例题,3,绝缘的导体球壳,P,上有一个小孔，用一根导线将球壳内的小金属球,a,和球壳外的小金属球,b,连接起来，,P,带正电静电平衡时，金属球,a,、,b,是否带电？分别带何种电荷？,提示,小球,a,和小球,b,与球壳,P,等电势，小球,a,可看成是球壳内表面的一部分，而小球,b,应是球壳,P,外表面的一部分,电容器,（,2,）电容器是一个储存和释放电能的元件,（,3,）平行板电容器的电容由哪些因素决定？,（重温平行板电容器的研究的演示实验）,例题,4,金属板,A,、,C,平行放置，且均接地，设金属板,B,带有正电荷,310-6C,，将,B,插入,A,、,C,之间，并使,C,板各带电量多少？,答案：,E1E2=21,；,QA=210-6C,，,QC=110-6C,静电场知识小结,静电场规律的实验基础：,（,1,）电荷守恒定律,（,2,）库仑定律,（,3,）电场叠加原理,电场强度,E,（,1,）定义：电场中某点,A,的电场强度为电荷,q,在,A,点所受电场力,（,2,）规定：正电荷在电场中某点的受力方向是该点的场强方向,（应对静电场中的五种电场的电场线分布熟悉，能根据电场线的分布说出电场中场强的情况）,（,4,）场强的叠加,在电场中，任意一点的场强是电场中所有电荷产生的电场强度的共同贡献按平行四边形定则进行矢量的叠加,电势、电势差,（,1,）定义：静电场中某点,A,的电势为电荷,q,在,A,点所受具有的电,A,、,B,两点的电势差等于,A,、,B,两点的电势之差：,UAB=UA-UB,；,A,、,B,两点的电势差等于在,A,、,B,两点间移动电荷,q,电场力所做的,（,2,）规定：以无穷远为电势能零点电场力对电荷做正功，电荷,的电势能减少，电荷克服电场力做功，电荷的电势能增加,电荷电势能的变化量大小与电场力做功的数值相等,（由于平等板间的匀强电场的边界是一定的，所以其电势能零点是,根据具体情况规定的）,（,3,）描述：等势面应对静电场中的五种电场的等势面分布了,解，能根据等势面的分布大致说出电场中电势的情况,场强和电势的关系,（,1,）沿场强方向是电势降落最快的方向电场中，电场线与等势面垂直并从电势较高的等势面指向电势较低的等势面,dAB,是,A,、,B,两点沿电场线方向的距离,二 欧姆定律,难点：,1,对非静电力做功和电动势的理解,2,对各种电路问题的分析、简化、处理,方法,问题一,在电源外部的电路中，电流由电源的正极流向负极，沿电流方向电势降低；而在电源内部电流由负极流向正极，沿电流电势升高电流为什么会出现这种流向呢？,电源外部的电路中，是静电力对自由电荷做正功，所以沿电流方向电势降低；而电源内部是电荷受的非静电力克服静电力做功，所以沿电流方向电势升高,U=W/q,中的,W,表示静电力做功,W,电,电动势和电势差相同吗？,电动势与电势差两个概念表面上很相似，但从做功和能量转化的角度讲它们是正好相反，电动势表征电源中非静电力做功的本领，即其它形式的能向电能转化的本领；而电势差是电路中静电力做功的本领的量度，即电能向其它能转化的情况我们应注意二者的区别和联系,欧姆定律,欧姆定律是解决电路问题的基本依据它的地位与牛顿定律在力学中的地位相似针对研究问题的侧重点不同，可以表示为两种形式：,1.,部分电路欧姆定律：,通过部分电路的电流跟该部分电路两端的电压成正比，跟该部分电路电阻成反比表达式为：,I=U/R,2.,闭合电路欧姆定律,因为电源提供的电能由内、外电阻所消耗，所以,又因为,U=IR,，,U=,Ir,及：闭合电路中的电流强度跟电源的电动势成正比，跟内、外电路中的电阻之和成反比,电路分析和计算,部分电路欧姆定律的应用在初中时就已比较熟悉，因此没有必要过多的练习而全电路欧姆定律的不同之处关键在于需要考虑内电阻，也就是某段电路两端的电压不再恒定只要我们认清这个区别，熟练掌握欧姆定律的应用是并不困难的,电路的结构分析,搞清电路各元件之间的连接关系，画出结构清晰的等效电路，是利用欧姆定律解决电路问题的重要前提我们通常采用节点跨接法来分析电路结构,具体方法为,：首先标明电路中各节点名称，经过电源和用电器的节点名称应不同，而一段导线两端的节点名称不变理想的电压表可视为断路理想的电流表可视为导线考虑电表内阻时，就应把它们当作用电器对待接着，定性判断电路中各节点电势高低（没有标明的可假设）最后将各电器填在对应的节点间以判明彼此间的串、并联关系,例题,5,设,R1=R2=R3=R4=R,，求：开关,S,闭合和开启时的,AB,两端的电阻比,解答,利用节点法，开关闭合时，电路中各节点标称如图,其中,R1,、,R2,、,R3,都接在,AB,两点间，而,R4,两端都为,B,，即,R4,被短路,当开关开启时,含电容电路的分析,观察分别将单刀双掷开关掷于,b,、,C,两边时产生的现象并分析原因,现象：当,ab,相接时，灯,L1,、,L2,都不亮，说明电容阻断了电流；当,ac,相接时，灯,L2,闪亮一下，说明电容刚才被充电，现在向,L2,放电,总结：电容器是一个储能元件，在直流电路中，它对电流起到阻止作用，相当于断路同时电容器又可被充电，电量的大小取决与电容和它两端对应的电路的电压因此，在分析含电容电路时，可先把电容去掉后画出等效电路，求出各用电器的电压、电流，再看电容与哪部分电路并联，而求出它两端的电压和它的电量,电路中电势升降的分析,三个完全一样的电源串联成闭合回路，求,A,、,B,两点间的电势差,电路中电流为逆时针方向，由,A,出发逆电流向右观察，经电源,电路中的电表,我们接触比较多的电表是电压表和电流表，理想情况下电流表可以看成导线，电压表可以看成无穷大的电阻而忽略它们的内阻对电路的影响，可在某些实际问题中，这种影响很大，根本不可能忽略不计这时就要把电表看成一个可以读数的特殊电阻，放在电路中，与其它用电器一起分析,例题,R1=2k,，,R2=3k,，电源内阻可忽略现用一电压表测电路端电压，示数为,6V,；用这电压表测,R1,两端，电压示数为,2V,那么（）,A,R1,两端实际电压是,2V,B,电压表内阻为,6k,C,R2,两端实际电压是,3.6V,D,用这电压表测,R2,两端电压，示数是,3V,解答,本题中电阻,R1,、,R2,的阻值较大，电压表与之相比不能看成电阻为无穷大,的断路因此要把它当成一个特殊电阻来处理,由于不计电源内阻，电压表测得的电压,6V,就是电源电动势，所以,R1,两端,实际电压为,U1=6V2k/,（,2k+3k,）,同理，,U2=3.6V,当电压表测,R1,两端电压时，显示的是它与,R1,并联后所分得的电压，即,所以,RV=6k,当电压表测,R2,两端电压时，易得电压表示数为,3V,所以选项,B,、,C,、,D,正确,