高中物理必修三網(wǎng)絡(luò)培訓(xùn)課件第一章電場基礎(chǔ)電荷與庫侖定律電荷的基本性質(zhì)電荷是物質(zhì)的基本屬性之一,具有兩個重要特征:守恒性:在孤立系統(tǒng)中,電荷的代數(shù)和保持不變量子化:任何帶電體的電荷量都是元電荷e的整數(shù)倍,e=1.6×10?1?C電荷間存在相互作用:同種電荷相互排斥,異種電荷相互吸引。庫侖定律庫侖定律描述了真空中兩個點電荷之間的作用力:其中k為靜電力常量,k=9.0×10?N·m2/C2。矢量疊加原理電場的概念與電場強(qiáng)度電場定義電場是存在于電荷周圍的一種特殊物質(zhì),它對放入其中的電荷產(chǎn)生力的作用。電場具有能量、動量等物理屬性,是傳遞電磁相互作用的媒介。電場強(qiáng)度電場強(qiáng)度定義為電場中某點的試探電荷所受電場力與其電荷量的比值:單位:N/C或V/m。電場強(qiáng)度是矢量,方向與正電荷受力方向相同。點電荷電場點電荷Q在距離r處產(chǎn)生的電場強(qiáng)度為:電場線與電勢電場線性質(zhì)從正電荷出發(fā),終止于負(fù)電荷不相交、不閉合疏密表示場強(qiáng)大小切線方向為電場方向電勢概念電勢φ描述電場的能量性質(zhì),定義為電荷在該點的電勢能與電荷量之比:電勢是標(biāo)量,單位為伏特(V)。等勢面電勢相等的點構(gòu)成的面稱為等勢面。等勢面的特點:與電場線處處垂直電荷沿等勢面移動時電場力不做功電場線示意圖第二章電場中的運(yùn)動電場力做功與電勢能01電場力做功電場力做功只與初末位置有關(guān),與路徑無關(guān)。勻強(qiáng)電場中:其中d為沿電場方向的位移分量。02電勢能變化電場力做正功,電勢能減少;電場力做負(fù)功,電勢能增加。電場力做功與電勢能變化的關(guān)系:03電勢差兩點間的電勢差(電壓)定義為:電場力做功可表示為:W=qU帶電粒子在電場中的運(yùn)動勻強(qiáng)電場中的加速運(yùn)動帶電粒子在勻強(qiáng)電場中受到恒定電場力,產(chǎn)生勻加速直線運(yùn)動。設(shè)粒子質(zhì)量為m,電荷量為q,加速電壓為U。動力學(xué)分析電場力:F=qE加速度:a=qE/m運(yùn)動學(xué)方程:v2=2as能量守恒分析電場力做功等于動能增量:若初速度為零,則:典型應(yīng)用:電子槍電子槍利用電場加速電子束,廣泛應(yīng)用于示波器、電視顯像管等設(shè)備。例題電子質(zhì)量m=9.1×10?31kg,電荷量e=1.6×10?1?C,經(jīng)過U=1000V電壓加速,求末速度。解:v=√(2eU/m)≈1.88×10?m/s電容器及其應(yīng)用1電容器結(jié)構(gòu)電容器由兩個相互靠近又彼此絕緣的導(dǎo)體組成。常見類型包括平行板電容器、圓柱形電容器、球形電容器等。導(dǎo)體稱為極板,中間填充介質(zhì)。2電容定義電容器所帶電荷量Q與兩極板間電壓U的比值稱為電容:單位:法拉(F),常用單位還有微法(μF)、皮法(pF)。3平行板電容器平行板電容器的電容公式:其中S為極板面積,d為板間距離,ε?為相對介電常數(shù),ε?為真空介電常數(shù)。4串聯(lián)與并聯(lián)串聯(lián):1/C=1/C?+1/C?+...并聯(lián):C=C?+C?+...串聯(lián)時總電容減小,并聯(lián)時總電容增大。平行板電容器詳解電場分布特點極板間為勻強(qiáng)電場,電場線垂直于極板電場強(qiáng)度:E=U/d邊緣效應(yīng):實際電場在邊緣處不均勻電場能量密度:w=?ε?E2影響因素分析改變電容器參數(shù)時的變化規(guī)律:增大極板面積S:電容增大減小板間距離d:電容增大插入介質(zhì):電容增大ε?倍保持電壓不變:Q隨C同步變化保持電荷不變:U與C成反比第三章恒定電流恒定電流是指大小和方向都不隨時間變化的電流。本章將學(xué)習(xí)電流的微觀本質(zhì)、歐姆定律、電路的基本定律以及電功率等核心內(nèi)容,這些知識是理解電路工作原理的基礎(chǔ)。電流的定義與歐姆定律電流強(qiáng)度電流強(qiáng)度定義為單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量:單位:安培(A)。微觀表達(dá)式:其中n為載流子數(shù)密度,q為載流子電荷量,S為橫截面積,v為定向移動速率。電阻概念導(dǎo)體對電流的阻礙作用稱為電阻。電阻大小與材料、長度、橫截面積和溫度有關(guān):其中ρ為電阻率,是材料的固有屬性。金屬的電阻率隨溫度升高而增大,半導(dǎo)體則相反。歐姆定律導(dǎo)體中的電流與導(dǎo)體兩端的電壓成正比,與導(dǎo)體的電阻成反比:這是部分電路歐姆定律。閉合電路歐姆定律:其中E為電源電動勢,r為內(nèi)阻。電路的基本定律基爾霍夫第一定律電流定律(KCL):流入任一節(jié)點的電流之和等于流出該節(jié)點的電流之和。數(shù)學(xué)表達(dá):這是電荷守恒定律在電路中的體現(xiàn)?；鶢柣舴虻诙呻妷憾?KVL):沿任一閉合回路,電動勢代數(shù)和等于電壓降代數(shù)和:這是能量守恒定律在電路中的應(yīng)用。電路分析方法綜合運(yùn)用兩個定律,可以分析復(fù)雜電路:確定各支路電流方向列節(jié)點電流方程列回路電壓方程聯(lián)立求解電功率與能量電功率計算電功率是描述電流做功快慢的物理量,定義為單位時間內(nèi)電流所做的功:對于純電阻電路,還可以表示為:單位:瓦特(W),常用單位還有千瓦(kW)。額定功率與實際功率額定功率:用電器正常工作時的功率實際功率:用電器實際工作時的功率實際功率由實際電壓和電阻決定電能與電功電流做功的過程就是電能轉(zhuǎn)化為其他形式能量的過程:在純電阻電路中,電能全部轉(zhuǎn)化為熱能(焦耳熱):安全用電與節(jié)能不超負(fù)荷用電使用合格的電器和插座定期檢查電路選用節(jié)能電器養(yǎng)成隨手關(guān)燈的習(xí)慣電路圖示例對比串聯(lián)電路特點:電流處處相等,總電壓等于各部分電壓之和,總電阻等于各電阻之和。一個用電器斷路,整個電路斷路。并聯(lián)電路特點:各支路電壓相等,總電流等于各支路電流之和,總電阻倒數(shù)等于各電阻倒數(shù)之和。各支路互不影響?；炻?lián)電路既有串聯(lián)又有并聯(lián)的電路。分析時應(yīng)先識別電路結(jié)構(gòu),再逐步簡化,最后運(yùn)用歐姆定律和電路定律求解。第四章磁場基礎(chǔ)磁場是磁體或電流周圍存在的一種特殊物質(zhì),它對放入其中的磁體或電流產(chǎn)生力的作用。本章將系統(tǒng)學(xué)習(xí)磁場的基本性質(zhì)、磁場對電流的作用以及電磁感應(yīng)現(xiàn)象。磁場的產(chǎn)生與磁感應(yīng)強(qiáng)度磁場的定義磁場是存在于磁體、運(yùn)動電荷或電流周圍的一種特殊物質(zhì)。磁場的基本性質(zhì)是對放入其中的磁體、電流或運(yùn)動電荷產(chǎn)生磁場力的作用。磁場與電場類似,具有能量、動量等物理屬性,是傳遞磁相互作用的媒介。磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度B是描述磁場強(qiáng)弱和方向的物理量。定義為通電導(dǎo)線垂直于磁場方向時,單位長度單位電流所受安培力:單位:特斯拉(T),1T=1N/(A·m)。地磁場約為10??T,醫(yī)用核磁共振儀可達(dá)數(shù)特斯拉。磁場方向判定磁場方向規(guī)定為小磁針N極在該點受力方向,或小磁針靜止時N極所指方向。直線電流:安培定則(右手螺旋定則)環(huán)形電流:右手握住導(dǎo)線,四指指向電流,拇指指向軸線磁場方向通電螺線管:右手握管,四指順電流,拇指指向N極磁場對電流的作用安培力通電導(dǎo)線在磁場中受到的作用力稱為安培力。當(dāng)導(dǎo)線垂直于磁場方向時,安培力最大:當(dāng)導(dǎo)線與磁場夾角為θ時:安培力方向使用左手定則判斷:伸開左手,使拇指與其余四指垂直讓磁感線垂直穿過手心四指指向電流方向拇指所指即為安培力方向受力分析應(yīng)用磁場中電流的受力分析是電動機(jī)、電磁炮等裝置的工作原理基礎(chǔ)。電動機(jī)原理線圈在磁場中轉(zhuǎn)動時,兩邊受到方向相反的安培力,形成力矩使線圈持續(xù)轉(zhuǎn)動。通過換向器改變電流方向,保持力矩方向不變。注意:安培力方向總是垂直于磁場方向和電流方向所確定的平面。電磁感應(yīng)基礎(chǔ)電磁感應(yīng)現(xiàn)象當(dāng)閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場中做切割磁感線運(yùn)動時,導(dǎo)體中就會產(chǎn)生感應(yīng)電流。這種利用磁場產(chǎn)生電流的現(xiàn)象稱為電磁感應(yīng)。法拉第電磁感應(yīng)定律電路中感應(yīng)電動勢的大小與穿過電路的磁通量變化率成正比:對于導(dǎo)體切割磁感線:其中v為導(dǎo)體運(yùn)動速度。楞次定律感應(yīng)電流的磁場總是阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量變化。這是能量守恒定律在電磁感應(yīng)中的體現(xiàn)。典型實驗線圈在磁場中轉(zhuǎn)動或磁鐵插入線圈時,都會產(chǎn)生感應(yīng)電流。發(fā)電機(jī)正是利用這一原理將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。帶電粒子在磁場中的運(yùn)動洛倫茲力運(yùn)動電荷在磁場中受到的力稱為洛倫茲力:當(dāng)v⊥B時,F=qvB。洛倫茲力方向用左手定則判斷(四指指向正電荷運(yùn)動方向)。洛倫茲力的特點始終垂直于速度方向,不做功只改變速度方向,不改變速度大小安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)勻速圓周運(yùn)動帶電粒子垂直射入勻強(qiáng)磁場時,洛倫茲力提供向心力:軌道半徑:周期:周期與速度無關(guān),只由粒子性質(zhì)和磁場決定。第五章電磁振蕩與電磁波電磁振蕩和電磁波是電磁學(xué)理論的重要應(yīng)用。本章將學(xué)習(xí)LC振蕩電路的工作原理、電磁波的產(chǎn)生與傳播,以及電磁波在現(xiàn)代通信技術(shù)中的廣泛應(yīng)用。LC振蕩電路電容器充電電容器儲存電場能,電場能最大時,電流為零,磁場能為零。電容器放電電場能轉(zhuǎn)化為磁場能,電流增大,磁場能增加。電感器儲能電感器儲存磁場能,磁場能最大時,電流最大,電場能為零。能量轉(zhuǎn)換磁場能轉(zhuǎn)化為電場能,電流減小,電容器反向充電,周而復(fù)始。振蕩周期LC電路的固有周期由電感L和電容C決定:頻率:實際應(yīng)用LC振蕩電路是收音機(jī)調(diào)諧、信號發(fā)生器、無線通信等設(shè)備的核心部件,通過調(diào)節(jié)L或C可以改變振蕩頻率,實現(xiàn)選臺等功能。電磁波的產(chǎn)生與傳播電磁波的本質(zhì)電磁波是由變化的電場和磁場相互激發(fā)而形成的,在空間傳播的電磁振蕩。電場和磁場相互垂直,且都垂直于傳播方向。傳播特性電磁波在真空中的傳播速度等于光速:電磁波滿足波動方程:c=λf,其中λ為波長,f為頻率。通信應(yīng)用電磁波可以傳遞信息,是現(xiàn)代無線通信的基礎(chǔ)。通過調(diào)制技術(shù),將音頻、視頻等信號加載到高頻載波上進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸。電磁波譜及其應(yīng)用電磁波譜分類按波長(或頻率)從長到短,電磁波譜包括:無線電波:λ>1mm,用于通信廣播微波:1mm~1m,用于雷達(dá)、微波爐紅外線:0.76μm~1mm,用于遙感、熱成像可見光:400~760nm,人眼可見紫外線:10~400nm,用于消毒、醫(yī)療X射線:0.01~10nm,用于透視檢查γ射線:λ<0.01nm,用于癌癥治療安全知識不同電磁波對人體影響不同?？梢姽夂图t外線相對安全,紫外線、X射線和γ射線能量較高,長時間暴露會損傷細(xì)胞。日常生活中應(yīng)注意:合理使用手機(jī),減少輻射防曬以避免紫外線傷害醫(yī)學(xué)檢查時遵醫(yī)囑,避免過度照射電磁波譜圖與應(yīng)用電磁波譜涵蓋了從長波無線電到高能γ射線的廣闊范圍,每種電磁波都有其獨特的性質(zhì)和應(yīng)用領(lǐng)域。從日常通信到醫(yī)療診斷,從遙感探測到工業(yè)加工,電磁波技術(shù)已經(jīng)深入現(xiàn)代生活的方方面面。典型例題與綜合訓(xùn)練通過典型例題的分析和求解,可以加深對物理概念和規(guī)律的理解,提高解決實際問題的能力。下面我們將通過兩個經(jīng)典例題,系統(tǒng)復(fù)習(xí)必修三的核心知識點。1帶電粒子在電場中的運(yùn)動分析綜合考查電場力、能量守恒、運(yùn)動學(xué)知識2復(fù)雜電路的電流與電壓計算運(yùn)用歐姆定律和基爾霍夫定律分析電路例題1:帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的運(yùn)動題目描述如圖所示,在水平向右的勻強(qiáng)電場中,一個質(zhì)量m=2.0×10?3kg、電荷量q=+1.0×10??C的帶電小球,從A點以初速度v?=4.0m/s水平向左拋出。小球運(yùn)動到最高點B時,速度方向恰好水平向右。已知重力加速度g=10m/s2,求:勻強(qiáng)電場的電場強(qiáng)度大小A、B兩點間的電勢差從A到B的運(yùn)動時間關(guān)鍵公式回顧電場力:F=qE牛頓第二定律:F=ma運(yùn)動學(xué)方程:v=v?+at電勢差與電場力做功:U=W/q解題步驟詳解01分析運(yùn)動過程小球在豎直方向受重力,水平方向受電場力。從A到B,豎直方向速度從v?減至0再增至v,水平方向速度從0增至v?。在B點,豎直速度為0,水平速度為v?。02求電場強(qiáng)度水平方向:qE=m·a?,豎直方向:mg=m·a?。從A到B,水平位移為0,故a?=a?=g。因此:E=mg/q=(2.0×10?3×10)/(1.0×10??)=2.0×10?N/C03求電勢差從A到B,水平方向:0-v?=a?t?,v?-0=a?t?,t?=t?。豎直高度:h=?gt?2。水平位移x=0。由動能定理:qU??=?mv?2-?mv?2+mgh=mgh=0.8J,U??=800V04求運(yùn)動時間豎直方向:-v?=-gt?,t?=v?/g=0.4s?？倳r間t=2t?=0.8s。例題2:電路中電流與電壓的計算題目背景如圖所示電路,電源電動勢E=12V,內(nèi)阻r=1Ω,定值電阻R?=2Ω,R?=3Ω,R?=6Ω。開關(guān)S閉合后,求:通過R?的電流I?R?兩端的電壓U?電源的輸出功率電路圖解析分析電路結(jié)構(gòu):R?、R?并聯(lián)后與R?串聯(lián),再與電源內(nèi)阻r串聯(lián)。計算過程①求總電阻:R??=R?R?/(R?+R?)=3×6/9=2ΩR總=R?+R??+r=2+2+1=5Ω②求總電流:I=E/R總=12/5=2.4A③求I?:I?=I=2.4A(串聯(lián)電路)④求U?:U??=IR??=2.4×2=4.8VU?=U??=4.8V(并聯(lián)電路)⑤求輸出功率:P出=I2(R?+R??)=2.42×4=23.04W答案:(1)I?=2.4A(2)U?=4.8V(3)P出=23.04W課程總結(jié)與學(xué)習(xí)建議必修三核心知識點回顧電場:電荷、庫侖定律、電場強(qiáng)度、電勢、電容器恒定電流:歐姆定律、基爾霍夫定律、電功率磁場:磁感應(yīng)強(qiáng)度、安培力、洛倫茲力、電磁感應(yīng)電磁波:LC振蕩、電磁波產(chǎn)生傳播、電磁波譜應(yīng)用學(xué)習(xí)物理的思維方法