高中物理公式定理定律概念大全

高中物理公式定理定律概念大全 教学设计 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 XueDa ppt 关于艾滋病ppt课件精益管理ppt下载地图下载ppt可编辑假如ppt教学课件下载triz基础知识ppt S Learning Center 高中物理公式定理定律概念大全 第一章 运动的描述 一、质点(A) (1)没有形状、大小，而具有质量的点。 (2)质点是一个理想化的物理模型，实际并不存在。 (3)一个物体能否看成质点，并不取决于这个物体的大小，而是看在所研究的问题中物体的形状、大小和物体上各部分运动情况的差异是否为可以忽略的次要因素，要具体问题具体分析。 二、参考系(A) (1)物体相对于其他物体的位置变化，叫做机械运动，简称运动。 (2)在描述一个物体运动时，选来作为 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 的(即假定为不动的)另外的物体，叫做参考系。 对参考系应明确以下几点: ?对同一运动物体，选取不同的物体作参考系时，对物体的观察结果往往不同的。 ?在研究实际问题时，选取参考系的基本原则是能对研究对象的运动情况的描述得到尽量的简化，能够使解题显得简捷。 ?因为今后我们主要讨论地面上的物体的运动，所以通常取地面作为参照系。 三、路程和位移(A) (1)位移是表示质点位置变化的物理量。路程是质点运动轨迹的长度。 (2)位移是矢量，可以用以初位置指向末位置的一条有向线段来表示。因此，位移的大小等于物体的初位置到末位置的直线距离。路程是标量，它是质点运动轨迹的长度。因此其大小与运动路径有关。 (3)一般情况下，运动物体的路程与位移大小是不同的。只有当质点做单一方向的直线运动时，路程与位移的大小才相等。图2-1-1中质点轨迹ACB的长度是路程，AB是位移S。 C C B B A A 图2-1-1 (4)在研究机械运动时，位移才是能用来描述位置变化的物理量。路程不能用来表达物体的确切位置。比如说某人从O点起走了50m路，我们就说不出终了位置在何处。 四、速度、平均速度和瞬时速度(A) (1)表示物体运动快慢的物理量，它等于位移s跟发生这段位移所用时间t的比值。即v=s/t。速度是矢量，既有大小也有方向，其方向就是物体运动的方向。在国际单位制中，速度的单位是(m/s)米/秒。 第 1 页 共 57 页 教学设计方案 XueDa PPTS Learning Center (2)平均速度是描述作变速运动物体运动快慢的物理量。定义v=s/t为物体在这段时间(或这段位移)上的平均速度。平均速度也是矢量，其方向就是物体在这段时间内的位移的方向。 (3)瞬时速度是指运动物体在某一时刻(或某一位置)的速度。从物理含义上看，瞬时速度指某一时刻附近极短时间内的平均速度。瞬时速度的大小叫瞬时速率，简称速率。 五、匀速直线运动(A) 定义:物体在一条直线上运动，如果在相等的时间内位移相等，这种运动叫做匀速直线运动。 8、根据匀速直线运动的特点，质点在相等时间内通过的位移相等，质点在相等时间内通过的路程相等，质点的运动方向不变，质点在相等时间内的位移大小和路程相等。 -t图象(A) 六、匀速直线运动的x—t图象和v (1)位移图象(s-t图象)就是以纵轴表示位移，以横轴表示时间而作出的反映物体运动规律的数学图象，匀速直线运动的位移图线是通过坐标原点的一条直线。 (2)匀速直线运动的v-t图象是一条平行于横轴(时间轴)的直线，如图2-4-1所示。 由图可以得到速度的大小和方向，如v=20m/s,v=-10m/s,表明一个质点沿正方向以20m/s的速度运动，12 另一个反方向以10m/s速度运动。 .-1 V/ms V120 10 t/s O 10 5 15 -10 V 2 七、加速度(A) (1)加速度的定义:加速度是表示速度改变快慢的物理量,它等于速度的改变量跟发生这一改变量所用 VV,t0时间的比值,定义式:a= t (2)加速度是矢量,它的方向是速度变化的方向 (3)在变速直线运动中,若加速度的方向与速度方向相同,则质点做加速运动; 若加速度的方向与速度方向相反,则则质点做减速运动. 八、用电火花计时器(或电磁打点计时器)研究匀变速直线运动(A) 1、实验步骤: (1)把附有滑轮的长木板平放在实验桌上，将打点计时器固定在平板上,并接好电路 (2)把一条细绳拴在小车上,细绳跨过定滑轮,下面吊着重量适当的钩码. (3)将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔 (4)拉住纸带,将小车移动至靠近打点计时器处,先接通电源,后放开纸带. (5)断开电源,取下纸带 第 2 页 共 57 页 教学设计方案 XueDa PPTS Learning Center (6)换上新的纸带，再重复做三次 2、常见计算: ,,,ABBC，BCCD，CDBC,CB,,(1)， (2) ,,a,,BC222TTTT O A B C D E • • • • • • 3.07 12.38 27.87 49.62. 07 77.40 图2-5 九、匀变速直线运动的规律(A) 1.匀变速直线运动的速度公式v=v+at(减速:v=v-at) toto v，vtov,2.此式只适用于匀变速直线运动. 2 223. 匀变速直线运动的位移公式s=vt+at/2(减速:s=vt-at/2) oo 2222,,,,,,tt004位移推论公式:S(减速:S) ,,22aa, 5.初速无论是否为零,匀变速直线运动的质点,在连续相邻的相等的时间间隔内的位移之差为一常数: 2 Δs = aT (a----匀变速直线运动的加速度 T----每个时间间隔的时间) 十、匀变速直线运动的x—t图象和v-t图象(A) V/m?6 -1? s 5 4 3 2 ? 1 t/s 0 1 2 3 5 6 7 8 4 十一、自由落体运动(A) 1、自由落体运动 物体只在重力作用下从静止开始下落的运动，叫做自由落体运动。 2.自由落体加速度 (1)自由落体加速度也叫重力加速度，用g表示. (2)重力加速度是由于地球的引力产生的,因此,它的方向总是竖直向下.其大小在地球上不同地方略有不,在地球表面，纬度越高，重力加速度的值就越大，在赤道上，重力加速度的值最小，但这种差异并不大。 第 3 页 共 57 页 教学设计方案 XueDa PPTS Learning Center (3)通常情况下取重力加速度g=10m/s2 223.自由落体运动的规律:v=gt(H=gt/2,v=2gh tt 第二章 相互作用力 一、力 1.力是物体对物体的作用。 ?力不能脱离物体而独立存在。?物体间的作用是相互的。 2.力的三要素:力的大小、方向、作用点。 3.力作用于物体产生的两个作用效果。 ?使受力物体发生形变或使受力物体的运动状态发生改变。 4(力的分类 ?按照力的性质命名:重力、弹力、摩擦力等。 ?按照力的作用效果命名:拉力、推力、压力、支持力、动力、阻力、浮力、向心力等。 二、重力 1.重力是由于地球的吸引而使物体受到的力 ?地球上的物体受到重力，施力物体是地球。 ?重力的方向总是竖直向下的。 2.重心:物体的各个部分都受重力的作用，但从效果上看，我们可以认为各部分所受重力的作用都集中于一点，这个点就是物体所受重力的作用点，叫做物体的重心。 ? 质量均匀分布的有规则形状的均匀物体，它的重心在几何中心上。 ? 一般物体的重心不一定在几何中心上，可以在物体内，也可以在物体外。一般采用悬挂法。 3.重力的大小:G=mg 三、弹力 1.弹力 ?发生弹性形变的物体，会对跟它接触的物体产生力的作用，这种力叫做弹力。 ?产生弹力必须具备两个条件:?两物体直接接触;?两物体的接触处发生弹性形变。 2.弹力的方向:物体之间的正压力一定垂直于它们的接触面。绳对物体的拉力方向总是沿着绳而指向绳收缩的方向，在分析拉力方向时应先确定受力物体。 3.弹力的大小 弹力的大小与弹性形变的大小有关,弹性形变越大,弹力越大. 弹簧弹力:F = Kx (x为伸长量或压缩量,K为劲度系数) 4.相互接触的物体是否存在弹力的判断方法 如果物体间存在微小形变,不易觉察,这时可用假设法进行判定. 第 4 页 共 57 页 教学设计方案 XueDa PPTS Learning Center 四、摩擦力 (1 ) 滑动摩擦力: f=μFN 说明 : a、F为接触面间的弹力，可以大于G;也可以等于G;也可以小于G N μb、为滑动摩擦系数，只与接触面材料和粗糙程度有关，与接触面 积大小、接触面相对运动快慢以及正压力F无关. N (2 ) 静摩擦力: 由物体的平衡条件或牛顿第二定律求解,与正压力无关. ? 大小范围: O<静ff (f为最大静摩擦力，与正压力有关) m m 说明: a 、摩擦力可以与运动方向相同，也可以与运动方向相反，还可以与运动方向成一定夹角。 b、摩擦力可以作正功，也可以作负功，还可以不作功。 c、摩擦力的方向与物体间相对运动的方向或相对运动趋势的方向相反。 d、静止的物体可以受滑动摩擦力的作用，运动的物体可以受静摩擦力的作用。 五、力的合成与分解 1.合力与分力 如果一个力作用在物体上，它产生的效果跟几个力共同作用在物体上产生的效果相同，这个力就叫做那几个力的合力，而那几个力叫做这个力的分力。 2.共点力的合成 ?共点力 几个力如果都作用在物体的同一点上，或者它们的作用线相交于同一点，这几个力叫共点力。 ?力的合成方法 F F2求几个已知力的合力叫做力的合成。 ,(若和在同一条直线上 FF12O F 1 图1,5,1 ? 、同向:合力方向与、的方向一致 FFFFF,F，F121212 F,F,F? 、反向:合力，方向与、这两个力中较大的那个力同向。 FFFF121212 ,(F、F互成θ角——用力的平行四边形定则 12 平行四边形定则:两个互成角度的力的合力，可以用表示这两个力的有向线段为邻边，作平行四边形，它的对角线就表示合力的大小及方向，这是矢量合成的普遍法则。 22F=F+F-2FFCOSθθ求F、F两个共点力的合力公式:(为F、F的夹角) 12121212 注意:(1) 力的合成和分解都均遵从平行四边行法则。 第 5 页 共 57 页 教学设计方案 XueDa PPTS Learning Center ? (2) 两个力的合力范围: F,FF F +F ?12 12 (3) 合力可以大于分力、也可以小于分力、也可以等于分力 (4)两个分力成直角时，用勾股定理或三角函数。 六、共点力作用下物体的平衡 1.共点力作用下物体的平衡状态 (1)一个物体如果保持静止或者做匀速直线运动，我们就说这个物体处于平衡状态 (2)物体保持静止状态或做匀速直线运动时，其速度(包括大小和方向)不变，其加速度为零，这是共 点力作用下物体处于平衡状态的运动学特征。 共点力作用下物体的平衡条件 2. 共点力作用下物体的平衡条件是合力为零，亦即F=0 合 (1)二力平衡:这两个共点力必然大小相等，方向相反，作用在同一条直线上。 (2)三力平衡:这三个共点力必然在同一平面内，且其中任何两个力的合力与第三个力大小相等，方向 相反，作用在同一条直线上，即任何两个力的合力必与第三个力平衡 (3)若物体在三个以上的共点力作用下处于平衡状态，通常可采用正交分解，必有: =0 F= F+ F + „„„+ F合x1x2xnx F= F+ F + „„„+ F =0 (按接触面分解或按运动方向分解) 合y1y2yny 1(惯性:保持原来运动状态的性质，第三章 牛顿运动三定律 质量是物体惯性大小的唯一量度 牛顿第一定律 2(平衡状态:静止或匀速直线运动 3(力是改变物体运动状态的原因，即 产生加速度的原因 1(内容:物体运动的加速度与所受的合外力成正比， 与物体的质量成反比，加速度方向与合外力方向一致 = ma 2(表达式: F合牛顿第二定律 3(力的瞬时作用效果:一有力的作用，立即产生加速度 24(力的单位的定义:使质量为1kg的物体产生1m/s 的加速度的力就是1N 牛顿运动定律 1(物体间相互作用的规律:作用力和反作用力大 小相等、方向相反，作用在同一条直线上 2(作用力和反作用力同时产生、同时消失，作牛顿第三定律 用在相互作用的两物体上，性质相同 3(作用力和反作用力与平衡力的关系 1(已知运动情况确定物体的受力情况 2(已知受力情况确定物体的运动情况 牛顿运动定律 的应用 3(加速度是联系运动和力关系的桥梁 第 6 页 共 57 页 教学设计方案 XueDa PPTS Learning Center 第四章 力学单位制 1(物理公式在确定物理量数量关系的同时，也确定了物理量的单位关系。基本单位就是根据物理量运算中的实际需要而选定的少数几个物理量单位;根据物理公式和基本单位确立的其它物理量的单 导出单位。 位叫做 2(在物理力学中，选定长度、质量和时间的单位作为基本单位，与其它的导出单位一起组成了力学单位制。选用不同的基本单位，可以组成不同的力学单位制，其中最常用的基本单位是长度为米(m)，质量为千克(kg)，时间为秒(s),由此还可得到其它的导出单位，它们一起组成了力学的国际单位制。 机械能和能源 第五章 W,Fscos,一.功的公式:(用来计算恒力的功) (1)功的正负 ,,90:W,0当时，，表示力对物体不做功。这时物体在力的方向上没有发生位移。 ,W,0当0:?,90:时，，即力对物体做正功。动力 ,W,0当90?,?180?时，，即力对物体做负功 。阻力 2)功是标量 ( (3)功的两个不可缺少的两个因素:力和力方向上的位移 二. 功率 WPP,PFV,(1)公式:?，这是物体在t时间内的平均功率;?.当v是瞬时速度，是瞬时功t PFVV率;当是平均速度，是平均功率。是与方向间的夹角。 , (2)发动机铭牌上的额定功率,指的是该机正常工作时的最大输出功率.并不是任何时候发动机的功率都等于额定功率,实际输出功率可在零和额定值之间取值. P,FV发动机的功率即是牵引力的功率，.在功率一定的情况下发动机的力F跟运转速度成反比。 (3)功率描述做功的快慢，功率是标量。 三、功是能量转化的量度 1、 重力的功------量度------重力势能的变化; ( 电场力的功-----量度------电势能的变化) 弹力的功-----量度------弹性势能的变化; 合外力的功------量度-------动能的变化 12mV2、动能和势能: 动能: E= 重力势能:E = mgh (与零势能面的选择有关) k p2 3、动能定理:外力对物体所做的总功等于物体动能的变化(增量)。 1122ΔmV-mV 公式: W= E = E 一E = 合kk2k12122 四、机械能守恒定律:机械能 = 动能+重力势能+弹性势能 条件:系统只有重力或弹力做功. 第 7 页 共 57 页 教学设计方案 XueDa PPTS Learning Center 1122ΔΔ 公式: mgh +mV=mgh+mV 或者 E减 = E增 1pk12222 五、验证机械能守恒定律: ,、实验目的:本实验的目的是验证机械能守恒定律。 12,,,、实验原理: mghm2 3、实验步骤 ?将纸带压在重锤上，从复写纸的下方穿过限位孔 ?用手提住纸带，并使纸带竖直，重锤靠近打点计时器 ?打开电源开关，等打点稳定后，松手使重锤做自由落体运动 ?换一条纸带重复1、2、3步骤 ?在打好的纸带中选用第一、第二两点间距接近2mm点迹清晰的纸带，进行运算 224、在验证机械能守恒定律的实验中，若以v/2为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出v/2—h图线 2是一条过原点直线,才能验证机械能守恒定律;v/2—h图线的斜率等于重力加速度g的数值。 六、能源、能量守恒定律、能量转化与转移过程的方向性: (1)能量守恒定律:能量既不会消灭，也不会创生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。 (2)人类利用能源大致经历了三个时期:柴薪时期、煤炭时期、石油时期。煤和石油成为人类的主要能源。 (3)能量耗散:人类使用的燃料燃烧释放的能量不会自动聚集起来供人类重新使用，这种现象叫能量耗散。能量的耗散现象从能量转化的角度反映出自然界中宏观现象的方向性。 第六章 曲线运动 1、平抛运动:水平方向匀速直线运动和竖直方向自由落体运动的合运动 水平分运动: 水平位移: x= vt 水平分速度:v= v o x o 21竖直分运动: 竖直位移: y =g t 竖直分速度:v= g t y 2 Vyθθθ tg= V = VtgV =Vctgyo oy Vo 22θθV+VV = V = Vcos V = Vsin oy oy)θ 12y2gt时间由y=得t=(由下落的高度y决定) g2 2、匀速圆周运动公式 第 8 页 共 57 页 教学设计方案 XueDa PPTS Learning Center φπ22,R 线速度: V= R=R2f = 角速度:= ==2πf,ωωtTT 2222πv4v4π2 2 2 2 向心加速度:a =fR 向心力:F= ma = mR= m R=ωR=R=4π=mω22RRTT 注意:(1)匀速圆周运动的物体的向心力就是物体所受的合外力，总是指向圆心 (2)卫星绕地球、行星绕太阳作匀速圆周运动的向心力由万有引力提供 第七章 经典力学的成就与局限 一、 万有引力定律(A) (万有引力定律的内容是:自然界中任何两个物体都相互吸引，引力的大小与物体的质量和的乘1mm12积成正比，与它们之间距离r的二次方成反比。 2(其数学表达式是____________。(对于质量均匀分布的球体，仍可以用万有引力定律，公式中的r为球心之间的距离。) 3(适用条件:万有引力定律适用于计算两个质点间的万有引力， 4(历史知识:开普勒发现了行星的运动定律，牛顿发现了万有引力定律，卡文迪许扭秤实验证明了万 。 有引力的存在及正确性，并测定了引力常量G 二、人超地球卫星(A)、宇宙速度(A) 1(人造地球卫星 (1)研究方法:地球的引力提供向心力。 22Mmv2,,,2即 ,,,Gmmrmr,,,2rrT,, (2)卫星圆周运动的圆心和地球的地心重合。 (3)轨道半径越大，卫星的运行速度越小，角速度越小，周期越大。 2(宇宙速度(A) (1)第一宇宙速度:第一宇宙速度是发射人造地球卫星所必须达到的最小速度，是近地卫星的环绕速 GM度，是地球卫星的最大运行速度。 ,,,,gRkms7.9/1R (2)第二宇宙速度:第二宇宙速度，是飞行器克服地球的引力，离开地球束缚的速度，是在地球上发射绕太阳运行或飞到其他行星上去的飞行器的最小发射速度。其值为:________。(3)第三宇宙速度:第三宇宙速度，是在地面附近发射一个物体，使它挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系外，必须达到的速度。其值是_________。 三、经典力学的成就与局限(A) 1(经典力学的局限 第 9 页 共 57 页 教学设计方案 XueDa PPTS Learning Center 和任何理论一样，经典力学也有它的局限性，有它的适用范围。 (1)从低速到高速——狭义相对论: (2)从宏观到微观——量子力学: (3)从弱引力到强引力——广义相对论: 2(经典力学适用于低速运动;适用于宏观世界;适用于弱引力情况。对于高速运动、微观世界、强引力情况，经典力学与实际情况差异很大，不再适用。 第八章 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，用符号表示。 C (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。 QQ92212Fk,(2)公式:其中k=9.0×10 N)m/C 2r 3、 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: ,,F,q_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) 第 10 页 共 57 页 教学设计方案 XueDa PPTS Learning Center 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。 _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避雷针利用_尖端放电 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 ,q 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。 ,q 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 第 11 页 共 57 页 教学设计方案 XueDa PPTS Learning Center 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WqU, 起始和终了位置的电势差决定。 UEd,d ?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 E ?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E,，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。 Q,Q a 定义式:，即电容等于与的比值，不能理解为电容与成正比，与成C,,()CQUCQU U,U 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。 S, b 决定因素式:如平行板电容器C,(不要求应用此式计算) 4kd, (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 QC, (4)电容的定义式: (定义式) U S,C, (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) 4Kd, 第 12 页 共 57 页 教学设计方案 XueDa PPTS Learning Center (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。 为一定，此时电容器的电量 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 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WqU,，还要确定初态动能和末态动能(或初、末态间的动能增量) abab 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: EE, a 初态和末态的总能量(代数和)相等，即; 初末 ,,EE, b 某种形式的能量减少一定等于其它形式能量的增加，即 减增 c 各种形式的能量的增量的代数和; ,,EE，，,„„012 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v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0 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 vv,xvt,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x00 第 13 页 共 57 页 教学设计方案 XueDa PPTS Learning Center vqUqU21qUxyx动，，，粒子的偏转角为。 vata,,,y,()tg,,,2y2mdv000vmvdmd 经一定加速电压()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U1 22qULUL122入射方向的偏移，它只跟加在偏转电极上的电压U有关。当偏转电压的大小极性y,,2224mdvdU01 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 L)，则在粒子穿越电场的过程中，仍可当作匀强电场处理。 ,,v0 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。 F,电 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 2Q,0 (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EQEr,,，1/源 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。 U,0 (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 14 页 共 57 页 教学设计方案 XueDa PPTS Learning Center 2??UqL偏转,,y侧移dUq???41偏转加速2 mvUq,? 0加速22UL?偏转,4Ud?加速 第九章 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。 q (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:。 I,t U (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，R,I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， L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，,叫材料的电阻率，反R,,S 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。 U 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:R,I 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 U义式R,，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I 是测量电阻的一种方法。 (4)欧姆定律 U 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I,，要注意: R 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 第 15 页 共 57 页 教学设计方案 XueDa PPTS Learning Center W流做的功叫电功率，这是计算电功率普遍适用的公式。 P,,UI t 2 6)电热和焦耳定律:电流通过电阻时产生的热叫电热。这是普遍适用的电热的计算 (Q = IR t 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。 2U2 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 = IRt =是通用的，没tR 2U2有区别。同理PUIIR,,,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 R 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 22械能);另一小部分不可避免地转化为电热Q = IR t。这里W = UIt不再等于Q = IRt，而是W > Q， 2应该是W = E + Q，电功只能用W = UIt，电热只能用Q = IRt计算。 其他 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= R + R + „+ R;串联电路中电压总12n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 URURPRPR11nnn111正比，即:,,,,或;或; 总总总总 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 URURPRPR2222 果电流表的内阻为R，允许通过的最大电流为I，用这样的电流表测量的最大电压只能是IR;如果给gggg UIR,UggRnR,,()1这个电流表串联一个分压电阻，该电阻可由或 计算，其中n,为电,Igg串IRRgg串 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 第 16 页 共 57 页 教学设计方案 XueDa PPTS Learning Center 1 111并,;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R,，，，()„ 12nRRR总总 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， RRIRIPRP12n12n; ,,,,或;或 总总 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IRIRPRPR21n21n 果电流表的内阻是R，允许通过的最大电流是I。用这样的电流表可以测量的最大电流显然只能是I。ggg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1 I计算，其中 为电流量程扩大的倍数。 n,IRIIRR,,,()或Rgggg并并Ig R,1 第十章 交流电 1、交流电的产生及变化规律: 1、产生:强度和方向都随时间作周期性变化的电流叫交流电。 矩形线圈在匀强磁场中，绕垂直于匀强磁场的线圈的对称轴作匀速转动时，如图5—1所示，产生正弦(或余弦)交流电动势。当外电路闭合时形成正弦(或余弦)交流电流。 图5—1 2、变化规律: (1)中性面:与磁力线垂直的平面叫中性面。 线圈平面位于中性面位置时，如图5—2(A)所示，穿过线圈的磁通量最大，但磁通量变化率为零。因此，感应电动势为零 。 图5—2 第 17 页 共 57 页 教学设计方案 XueDa PPTS Learning Center 当线圈平面匀速转到垂直于中性面的位置时(即线圈平面与磁力线平行时)如图5—2(C)所示，穿过线圈的磁通量虽然为零，但线圈平面内磁通量变化率最大。因此，感应电动势值最大。 (伏)(N为匝数) ,,,,2???????NBlvNBSm (2)感应电动势瞬时值表达式: 若从中性面开始，感应电动势的瞬时值表达式:(伏)如图5—2(B)所示。 et,,,?sinm 感应电流瞬时值表达式:(安) iIt,?sin,m 若从线圈平面与磁力线平行开始计时，则感应电动势瞬时值表达式为:(伏)如图et,,,?cosm5—2(D)所示。 感应电流瞬时值表达式:(安) iIt,?cos,m 3、交流电的图象: 图象如图5—3所示。 et,,,?sinm 图象如图5—4所示。 et,,,?cosm 想一想:横坐标用t如何画。 4、发电机: 发电机的基本组成:线圈(电枢)、磁极 转子——电枢,,旋转电枢式发电机,,定子——磁极,, 种类 ,转子——磁极,,旋转磁极式发电机,,定子——电枢,, 旋转磁极式发电机能产生高电压和较大电流。输出功率可达几十万千瓦，所以大多数发电机都是旋转磁极式的。 第 18 页 共 57 页 教学设计方案 XueDa PPTS Learning Center 2、表征交流电的物理量: 1、瞬时值、最大值和有效值: 交流电在任一时刻的值叫瞬时值。 瞬时值中最大的值叫最大值又称峰值。 交流电的有效值是根据电流的热效应规定的:让交流电和恒定直流分别通过同样阻值的电阻，如果二者热效应相等(即在相同时间内产生相等的热量)则此等效的直流电压，电流值叫做该交流电的电压，电流有效值。 正弦(或余弦)交流电电动势的有效值和最大值的关系为: ,,m ,0707.，m,,,, m2 ,0707. 交流电压有效值; UU，m ,0707. 交流电流有效值。 II，m 注意:通常交流电表测出的值就是交流电的有效值。用电器上标明的额定值等都是指有效值。用电器上说明的耐压值是指最大值。 2、周期、频率和角频率 交流电完成一次周期性变化所需的时间叫周期。以T表示，单位是秒。 交流电在1秒内完成周期性变化的次数叫频率。以f表示，单位是赫兹。 1T, 周期和频率互为倒数，即。 f 我国市电频率为50赫兹，周期为0.02秒。 2, 角频率:,,,2,f 单位:弧度/秒 , T 3、三相交流电: 1、三个互成120:的三个相同线圈，固定在同一转轴上， 在同一匀强磁场中作匀速转动，将产生三个交变电动势，所 产生的电流叫做三相交流电。 由于这三个线圈是相同的，因此，它们将产生三个依次 达到最大值的交变电动势。相当于三个最大值和周期都相同 的独立电源。 2、每个独立电源称作“一相”，虽然每相的电动势的最 大值和周期都相同，但是它们不能同时为零或者同时达到最大值。由于三个线圈的平面依次相差120: 第 19 页 共 57 页 教学设计方案 XueDa PPTS Learning Center 1角，它们到达零值和最大值的时间依次落后周期。如图5—5所示。 3 、在实际应用中，三相发电机和负载并不用六条导线相连接，而是采用“Y”和“”两种接法。 3,有兴趣的同学可以参阅必修本P116*部分内容。 4、变压器: 1、变压器是可以用来改变交流电压和电流的大小的设备。 理想变压器的效率为1，即输入功率等于输出功率。对于原、副线圈各一组的变压器来说(如图56)，原、副线圈上的电压与它们的匝数成正。 — Un11 即 ,Un22 因为有，因而通过原、副线圈的电流强度与它们的匝数成反比。 UIUI??,1122 In12 即 ,In21 注意:?对于副线圈有两组或两组以上的变压器来说，原、副线圈上的电压与它们的匝数成正比的 PP,,规律仍然成立，但各副线圈的电流则应根据功率关系，去计算各线圈的电流强度，即入出 。 UIUIUI???„„,，，112233 P,0PI,,00， ?当副线圈不接负载(外电路断开时)I=0，，因此。 21出入 I ?当副线圈所接负载增多时，由于通常负载多是并联使用，因此，总电阻减少，使增大，输出2功率增大，所以输入功率变大。 PP, ?因为，即UIUI??,，所以变压器中高压线圈电流小，绕制的导线较细，低电压的1122入出 线圈电流大，绕制的导线较粗。 ?上述各公式中的I、U、P均指有效值，不能用瞬时值。 2、远距离送电: 由于送电的导线有电阻，远距离送电时，线路上损失电能较多。 第 20 页 共 57 页 教学设计方案 XueDa PPTS Learning Center 在输送的电功率和送电导线电阻一定的条件下，提高送电电压，减小送电电流强度可以达到减少线路上电能损失的目的。 线路中电流强度和损失电功率计算式如下: I P 输2 I,,PIR? 损线U 出2U出 注意:送电导线上损失的电功率，不能用求，因为不是全部降落在导线上。 UP,出损R线 第十一章 磁场 、磁场、磁感线、地磁场、电流的磁场、安培定则(A) 1 (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。 FFBIL,B,2、磁感应强度、安培力的大小及左手定则(A)(及 ) IL (1)磁感应强度:将一小段通电直导线磁场放置时，其受到的磁场力F与电流强度I成_正比、垂直 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 第 21 页 共 57 页 教学设计方案 XueDa PPTS Learning Center 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。 , B,S (3)与B的关系 = BScos,式中Scos,为面积S在中性面上投影的大小。 ,, ,5、公式 = BScos,及其应用 磁通量的定义式 = BScos,，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,。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),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(,)。 , 因为, +, = 90?，所以磁通量公式还可表示为 = BSsin, , (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 ,,, = , 12 6、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,。当通以电流I时，安培力的大小可以表示为F = BIl sin, 式中,为B与I(或l)的夹角，Bsin,为B垂直于I的分量。在B、I、L一定时，F , sin,. 第 22 页 共 57 页 教学设计方案 XueDa PPTS Learning Center 当, = 90?时，安培力最大为:F = BIL m 当 = 0?或180?时，安培力为零: = 0 ,F 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 sin, = NBI ab ad sin,(图5所示)，即M = NBIS sin, 在使用安培力矩公式时，应注意下列问题。 (1),角与,的区别与联系 公式中的,角，表示线圈平面(S)与磁场中性面(S)的夹角或线圈平面法线(n)与B方向的夹0 角，而不是线圈平面与B的夹角(,)。 因为, +, = 90?，所以安培力矩公式还可以表示为M = NBIS cos, 第 23 页 共 57 页 教学设计方案 XueDa PPTS Learning Center 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(,)与垂直;相对平行于的任意转轴，安培力矩均为零。 OOBB 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。 、磁场对运动电荷的作用 8 在不计带电粒子(如电子、质子、,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(,)。 1)当与平行，即 = 0?或180?时——落仑兹力sin = 0，带电粒子以入射速度 (vB,f = Bqv, (v)作匀速直线运动，其运动方程为:s = vt (2)当与垂直，即 = 90?时——带电粒子以入射速度()作匀速圆周运动，四个基本公vB,v 式 : 2V 向心力公式:BqVm, R mVPR,, 轨道半径公式: BqBq 1Bqf,,22Rm,,T2m,T,, 周期、频率和角频率公式: 2Bq,VBq,,,2f,,Tm22BqR1P，，2 动能公式: EmV,,,K 222mm T、f和,的两个特点 第一、T、 f的,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,相同。 , (3)带电粒子的轨道圆心(O)、速度偏向角()、回旋角(,)和弦切角(,)。 第 24 页 共 57 页 教学设计方案 XueDa PPTS Learning Center 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、,和,, 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()总是位于、两点洛仑兹力()的交点上或弦的中垂线()与任一OABfABOO,个f的交点上。 第二、粒子的速度偏向角()，等于回旋角(,)，并等于AB弦与切线的夹角——弦切角(,)的, 2倍，即 = , = 2, = , t。 , 第三、相对的弦切角(,)相等，与相邻的弦切角(,, )互补，即, + ,, = 180?。 第十二章 电磁感应 、电磁感应现象: 1 1、只要穿过闭合回路中的磁通量发生变化，闭合回路中就会产生感应电流，如果电路不闭合只会产生感应电动势。 这种利用磁场产生电流的现象叫电磁感应，是1831年法拉第发现的。 回路中产生感应电动势和感应电流的条件是回路所围面积中的磁通量变化，因此研究磁通量的变化 ,,,是关键，由磁通量的广义公式中(是B与S的夹角)看，磁通量的变化可由面积的,,,BS?sin ,S,B,,,变化引起;可由磁感应强度B的变化引起;可由B与S的夹角的变化引起;也可由B、S、,中的两个量的变化，或三个量的同时变化引起。 下列各图中，回路中的磁通量是怎么的变化，我们把回路中磁场方向定为磁通量方向(只是为了叙述方便)，则各图中磁通量在原方向是增强还是减弱。 (1)图:由弹簧或导线组成回路，在匀强磁场B中，先把它撑开，而后放手，到恢复原状的过程中。 第 25 页 共 57 页 教学设计方案 XueDa PPTS Learning Center ab (2)图:裸铜线在裸金属导轨上向右匀速运动过程中。 (3)图:条形磁铁插入线圈的过程中。 (4)图:闭合线框远离与它在同一平面内通电直导线的过程中。 (5)图:同一平面内的两个金属环A、B，B中通入电流，电流强度I在逐渐减小的过程中。 (6)图:同一平面内的A、B回路，在接通K的瞬时。 (7)图:同一铁芯上两个线圈，在滑动变阻器的滑键P向右滑动过程中。 (8)图:水平放置的条形磁铁旁有一闭合的水平放置线框从上向下落的过程中。 2、闭合回路中的一部分导体在磁场中作切割磁感线运动时，可以产生感应电动势，感应电流，这是初中学过的，其本质也是闭合回路中磁通量发生变化。 3、产生感应电动势、感应电流的条件:导体在磁场里做切割磁感线运动时，导体内就产生感应电动势;穿过线圈的磁量发生变化时，线圈里就产生感应电动势。如果导体是闭合电路的一部分，或者线圈是闭合的，就产生感应电流。从本质上讲，上述两种说法是一致的，所以产生感应电流的条件可归结为:穿过闭合电路的磁通量发生变化。 2、楞次定律: 1、1834年德国物理学家楞次通过实验总结出:感应电流的方向总是要使感应电流的磁场阻碍引起感应电流的磁通量的变化。 产生建立阻碍 即磁通量变化感应电流感应电流磁场磁通量变化。 ,,,,,,,,,,,, 2、当闭合电路中的磁通量发生变化引起感应电流时，用楞次定律判断感应电流的方向。 楞次定律的内容:感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流为磁通量变化。 楞次定律是判断感应电动势方向的定律，但它是通过感应电流方向来表述的。按照这个定律，感应电流只能采取这样一个方向，在这个方向下的感应电流所产生的磁场一定是阻碍引起这个感应电流的 第 26 页 共 57 页 教学设计方案 XueDa PPTS Learning Center 那个变化的磁通量的变化。我们把“引起感应电流的那个变化的磁通量”叫做“原磁道”。因此楞次定律可以简单表达为:感应电流的磁场总是阻碍原磁通的变化。所谓阻碍原磁通的变化是指:当原磁通增加时，感应电流的磁场(或磁通)与原磁通方向相反，阻碍它的增加;当原磁通减少时，感应电流的磁场与原磁通方向相同，阻碍它的减少。从这里可以看出，正确理解感应电流的磁场和原磁通的关系是理解楞次定律的关键。要注意理解“阻碍”和“变化”这四个字，不能把“阻碍”理解为“阻止”，原磁通如果增加，感应电流的磁场只能阻碍它的增加，而不能阻止它的增加，而原磁通还是要增加的。更不能感应电流的“磁场”阻碍“原磁通”，尤其不能把阻碍理解为感应电流的磁场和原磁道方向相反。正确的理解应该是:通过感应电流的磁场方向和原磁通的方向的相同或相反，来达到“阻碍”原磁通的“变化”即减或增。楞次定律所反映提这样一个物理过程:原磁通变化时(变)，产生感应电流,原 (I)，这是属于电磁感应的条件问题;感应电流一经产生就在其周围空间激发磁场()，这就是电,感感流的磁效应问题;而且I的方向就决定了,的方向(用安培右手螺旋定则判定);,阻碍,的变化感感感原——这正是楞次定律所解决的问题。这样一个复杂的过程，可以用图表理顺如下: 楞次定律也可以理解为:感应电流的效果总是要反抗(或阻碍)产生感应电流的原因，即只要有某种可能的过程使磁通量的变化受到阻碍，闭合电路就会努力实现这种过程: (1)阻碍原磁通的变化(原始表速); (2)阻碍相对运动，可理解为“来拒去留”，具体表现为:若产生感应电流的回路或其某些部分可以自由运动，则它会以它的运动来阻碍穿过路的磁通的变化;若引起原磁通变化为磁体与产生感应电流的可动回路发生相对运动，而回路的面积又不可变，则回路得以它的运动来阻碍磁体与回路的相对运动，而回路将发生与磁体同方向的运动; (3)使线圈面积有扩大或缩小的趋势; (4)阻碍原电流的变化(自感现象)。 利用上述规律分析问题可独辟蹊径，达到快速准确的效果。如图1所 示，在O点悬挂一轻质导线环，拿一条形磁铁沿导线环的轴线方向突然向 环内插入，判断在插入过程中导环如何运动。若按常规方法，应先由楞次 定律 判断出环内感应电流的方向，再由安培定则确定环形电流对应的磁 极，由磁极的相互作用确定导线环的运动方向。若直接从感应电流的效果来分析:条形磁铁向环内插入过程中，环内磁通量增加，环内感应电流的效果将阻碍磁通量的增加，由磁通量减小的方向运动。 第 27 页 共 57 页 教学设计方案 XueDa PPTS Learning Center 因此环将向右摆动。显然，用第二种方法判断更简捷。 应用楞次定律判断感应电流方向的具体步骤: (1)查明原磁场的方向及磁通量的变化情况; (2)根据楞次定律中的“阻碍”确定感应电流产生的磁场方向; (3)由感应电流产生的磁场方向用安培表判断出感应电流的方向。 3、当闭合电路中的一部分导体做切割磁感线运动时，用右手定则可判定感应电流的方向。 运动切割产生感应电流是磁通量发生变化引起感应电流的特例，所以判定 电流方向的右手定则也是楞次定律的特例。用右手定则能判定的，一定也能用 楞次定律判定，只是不少情况下，不如用右手定则判定的方便简单。反过来， 用楞次定律能判定的，并不是用右手定则都能判定出来。如图2所示，闭合图 形导线中的磁场逐渐增强，因为看不到切割，用右手定则就难以判定感应电流的方向，而用楞次定律就很容易判定。 要注意左手定则与右手定则应用的区别，两个定则的应用可简单总结为:“因电而动”用右手，“因动而电”用右手，因果关系不可混淆。 3、电磁感应、感应电动势、感应电流 I, 电磁感应是指利用磁场产生电流的现象。所产生的电动势叫做感应电动势。所产生的电流叫做感应电流。要注意理解: 1)产生感应电动势的那部分导体相当于电源。2)产生感应电动势与电路是否闭合无关, 而产生感应电流必须闭合电路。3)产生感应电流的两种叙述是等效的, 即闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动与穿过闭合电路中的磁通量发生变化等效。 4、电磁感应规律 感应电动势的大小: 由法拉第电磁感应定律确定。 ,,BLv ——当长L的导线，以速度，在匀强磁场B中，垂直切割磁感线，其两端间感应电动势v 的大小为。 , 如图所示。设产生的感应电流强度为I，MN间电动势为，, 则受向左的安培力，要保持以匀速向右运动，MNMNvFBIL, 所施外力，当行进位移为S时，外力功FFBIL',, 。为所用时间。 WBILSBILvt,,???t 而在时间内，电流做功，据能量转化关系，WIt',??,t ，则。 ItBILvt???,,WW', ,,BIv ?，M点电势高，N点电势低。 第 28 页 共 57 页 教学设计方案 XueDa PPTS Learning Center 此公式使用条件是方向相互垂直，如不垂直，则向垂直方向作投影。 BIv、、 ,,,,n? ，电路中感应电动势的大小跟穿过这个电路的磁通变化率成正比——法拉第电磁感应定,t 律。 ,t 如上图中分析所用电路图，在回路中面积变化，而回路跌磁通变化量,,SLvt,? ,,BLv，又知。 ,,,,,,BSBLvt?? ,,,, ?,t ,,,,n 如果回路是匝串联，则。 n,t 公式一: 。注意: 1)该式普遍适用于求平均感应电动势。2)只与穿过电路的磁通量的,,,nt,,/,变化率有关, 而与磁通的产生、磁通的大小及变化方式、电路是否闭合、电路的结构与材料等,,,/t 因素无关。公式二: 。要注意: 1)该式通常用于导体切割磁感线时, 且导线与磁感线互相垂,,,Blvsin 直(l,B )。2)为v与B的夹角。l为导体切割磁感线的有效长度(即l为导体实际长度在垂直于B方, 向上的投影)。公式三: 。注意: 1)该公式由法拉第电磁感应定律推出。适用于自感现象。,,LIt,,/ 2),,It/与电流的变化率成正比。 , ,, 公式,,n中涉及到磁通量的变化量的计算, 对的计算, 一般遇到有两种情况: 1)回路与,,,,,t ,B,B磁场垂直的面积S不变, 磁感应强度发生变化, 由, 此时,,nS, 此式中的叫磁感应,,,,BS,t,t ,B强度的变化率, 若是恒定的, 即磁场变化是均匀的, 那么产生的感应电动势是恒定电动势。2)磁感,t 应强度B 不变, 回路与磁场垂直的面积发生变化, 则,,,,BS?, 线圈绕垂直于匀强磁场的轴匀速转动产生交变电动势就属这种情况。 ,, 严格区别磁通量, 磁通量的变化量磁通量的变化率, 磁通量,,BS?, 表示穿过研究平,,,B,t ,,面的磁感线的条数, 磁通量的变化量,,,,,,, 表示磁通量变化的多少, 磁通量的变化率表示21,t ,,,,,,,,,,及磁通量变化的快慢, , 大, 不一定大; 大, ,,及,也不一定大, 它们的区别类似,,,t,tt ,v,I,va及,,I及于力学中的v, 的区别, 另外I、也有类似的区别。 ,t,t 公式一般用于导体各部分切割磁感线的速度相同, 对有些导,,Blv 体各部分切割磁感线的速度不相同的情况, 如何求感应电动势,如图1所示, 一长为l的导体杆AC绕A点在纸面内以角速度匀速转动, 转动, 的区域的有垂直纸面向里的匀强磁场, 磁感应强度为B, 求AC产生的感 第 29 页 共 57 页 教学设计方案 XueDa PPTS Learning Center 应电动势, 显然, AC各部分切割磁感线的速度不相等, , 且AC上各点的线速度大小与半vvl,,0,,AC vvv，l1,2ACC径成正比, 所以AC切割的速度可用其平均切割速度, 即, 故。 ,,,Blv,,,2222 12,,,BL ——当长为L的导线，以其一端为轴，在垂直匀强磁场B的平面内，以角速度匀速转,2 动时，其两端感应电动势为。 , 2,,t,所用时间，描过面积 如图所示，导线长，以端为轴，以角速度匀速转动一周，AOLO ,, 222，(认为面积变化由0增到)则磁通变化。 ,L,SL,,,,,,BL? 2,,1,BL2在AO间产生的感应电动势,,,,BL,且用右手定则制定A端电势高，O端电势低。 2/2,t,, ——面积为S的纸圈，共匝，在匀强磁场B中，以角速度匀速转坳，其转轴n,,,nBS???,m ,与磁场方向垂直，则当线圈平面与磁场方向平行时，线圈两端有最大有感应电动势。 m ab 如图所示，设线框长为L，宽为d，以转到图示位置时，边垂直磁场方向向纸外运动，切割磁, dv,,?感线，速度为(圆运动半径为宽边d的一半)产生感应电动势 2 d1b,,,,,,BLvBL????BS，端电势高于端电势。 a22 1cd,,,BS 边垂直磁场方向切割磁感线向纸里运动，同理产生感应电动热势。端电势高于端ce2电势。 bcb,,,BS 边，边不切割，不产生感应电动势，(两端等电势，则输出端M(N电动势为。 aecm 如果线圈n匝，则，M端电势高，N端电势低。 ,,,nBS???m , 参照俯示图，这位置由于线圈长边是垂直切割磁感线，所以有感应电动势最大值，如从图示位m 第 30 页 共 57 页 教学设计方案 XueDa PPTS Learning Center ,置转过一个角度，则圆运动线速度，在垂直磁场方向的分量应为vcos,，则此时线圈的产生感应电v 动势的瞬时值即作最大值.即作最大值方向的投影，(,是线圈平面,,,,.cos,,,,nBS???cosm 与磁场方向的夹角)。 当线圈平面垂直磁场方向时，线速度方向与磁场方向平行，不切割磁感线，感应电动势为零。 总结:计算感应电动势公式: ,如是即时速度，则为即时感应电动势。v,,BLv 如是平均速度，则为平均感应电动势。v, ,,t是一段时间，为这段时间内的平均感应电动势。,,12,,,BL ,,n 2,t,to,，为即时感应电动势。 ,,,,nBS??线圈平面与磁场平行时有感应电动势最大值，，m, ,,nBS????瞬时值公式，是线圈平面与磁场方向夹角cos,,,,，，,, 注意:公式中字母的含义，公式的适用条件及使用图景。 区分感应电量与感应电流, 回路中发生磁通变化时, 由于感应电场的作用使电荷发生定向移 ,t动而形成感应电流, 在内迁移的电量(感应电量)为 ,, ,,,qIt,,,,,,t,t, 仅由回路电阻和磁通量的变化量决定, 与发生磁通变化的时间无关。因此, RRt,R当用一磁棒先后两次从同一处用不同速度插至线圈中同一位置时, 线圈里聚积的感应电量相等, 但快插与慢插时产生的感应电动势、感应电流不同, 外力做功也不同。 5、自感现象、自感电动势、自感系数L 自感现象是指由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象。所产生的感应电动势叫做自感电动势。自感系数简称自感或电感, 它是反映线圈特性的物理量。线圈越长, 单位长度上的匝数越多, 截面积越大, 它的自感系数就越大。另外, 有铁心的线圈的自感系数比没有铁心时要大得多。 自感现象分通电自感和断电自感两种, 其中断电自感中“小灯泡在熄 灭之前是否要闪亮一下”的问题, 如图2所示, 原来电路闭合处于稳 定状态, L与并联, 其电流分别为II和, 方向都是从左到右。在LLAA 断开S的瞬间, 灯A中原来的从左向右的电流立即消失, 但是灯AIA 与线圈L构成一闭合回路, 由于L的自感作用, 其中的电流I L 不会立即消失, 而是在回路中逐断减弱维持暂短的时间, 在这个时间内灯A中有从右向左的电流通过, 此时通过灯A的电流是从开始减弱的, 如果原来, 则在灯A熄灭之前要闪亮一下; 如果原来III,LLA II和II,, 则灯A是逐断熄灭不再闪亮一下。原来哪一个大, 要由L的直流电阻R和A的电阻RLALALA 第 31 页 共 57 页 教学设计方案 XueDa PPTS Learning Center 的大小来决定, 如果, 如果。 RRII,,，则RRII,,，LALALALA 分析实例: 如图所示，此时线圈中通有右示箭头方向的电流，它建立的电流 磁场B用右手安培定则判定，由下向上，穿过线圈。 当把滑动变阻器的滑片向右滑动时，电路中电阻增大，电源电P 动势不变，则线圈中的电流变小，穿过线圈的电流磁场变小，磁通量 变小。根据楞次定律，产生感应电流的磁场阻碍原磁通量变小，所以 感应电流磁场方向与原电流磁场同向，也向上。根据右手安培定则， 感应电流与原电流同向，阻碍原电流减弱。 同理，如将滑片向左滑动，线圈中原电流增强，电流磁场增强，穿过线圈的磁通量增加，产生感P 应电流，其磁场阻碍原磁通量增强与原磁场反向而自上向下穿过线圈，据右手安培定则判定感应电流方向与原电流反向，阻碍原电流增强。 2、由于线圈(导体)本身电流的变化而产生的电磁感应现象叫自感现象。在自感现象中产生感应电动势叫自感电动势。 由上例分析可知:自感电动势总量阻碍线圈(导体)中原电流的变化。 3、自感电动势的大小跟电流变化率成正比。 ,I,,L 自,t L是线圈的自感系数，是线圈自身性质，线圈越长，单位长度上的匝数越多，截面积越大，有铁芯则线圈的自感系数L越大。单位是亨利(H)。 如是线圈的电流每秒钟变化1A，在线圈可以产生1V 的自感电动势，则线圈的自感系数为1H。还 ,有毫亨(mH)，微亨(H)。 第十三章 传感器 常见传感器及其运用(A) 1定义:随着科学技术的发展和人类社会的进步，只靠这些感觉器官就显得不够了。于是各种代替、补充、延伸人的感觉器官功能的科学技术手段发展起来，出现了各种用途的传感器。 2常见传感器: 用光和声来控制楼道电灯的开关，就要用到声光传感器。 第 32 页 共 57 页 教学设计方案 XueDa PPTS Learning Center 当房间失火时能感知出现的烟雾，能通过电路发出警报。这个小盒子就是烟雾传感器。 双金属温度传感器:利用不同金属材料材料的热膨胀系数不同而制成双金属温度传感器进行电路控制，如日光灯的启动器。 光敏电阻传感器:光敏电阻的阻值能随光照的强度而变化。无光照时，光敏电阻的阻值很大，流过电路的电流很小。有光照时，光敏电阻的阻值变小，电路中的电流增大。 压力传感器:电容器的电容随两极板间的距离的变化而变化。根据这个原理可以制成压力传感器。 第十四章 分子动理论 一、分子动理论的基本内容: 分子理论是认识微观世界的基本理论，主要内容有三点。 1、物质是由大量分子组成的。 我们说物质是由大量分子组成的，原因是分子太小了。一般把分子看成球形，分子直径的数量级是,1010米。 23 1摩尔的任何物质含有的微粒数都是6.02×10个，这个常数叫做阿伏加德罗常数。记作: 231, N6.0210mol,， 阿伏加德罗常数是连接宏观世界和微观世界的桥梁。已知宏观的摩尔质量M和摩尔体积V，通过常数N可以算出每个分子的质量和体积。 M 每个分子的质量m, N V 每个分子的体积v, N 根据上述内容我们不难理解一般物体中的分子数目都是大得惊人的，由此可知物质是由大量分子组成的。 2、分子永不停息地做无规则运动。 ?布朗运动间接地说明了分子永不停息地做无规则运动。 ,310 布朗运动的产生原因:被液体分子或气体分子包围着的悬浮微粒(直径约为mm，称为“布朗微粒”)，任何时刻受到来自各个方向的液体或气体分子的撞击作用不平衡，颗粒朝向撞击作用较强的方向运动，使微粒发生了无规则运动。应注意布朗运动并不是分子的运动，而是分子运动的一种表现。 影响布朗运动明显程度的因素:固体颗粒越小，撞击它的液体分子数越少，这种不平衡越明显;固体颗粒越小，质量也小，运动状态易于改变，因此固体颗粒越小，布朗运动越显著。液体温度越高，布朗运动越激烈。 ?热运动:分子的无规则运动与温度有关，因此分子的无规则运动又叫做热运动。 3、分子间存在着相互作用的引力和斥力。 第 33 页 共 57 页 教学设计方案 XueDa PPTS Learning Center ?分子间同时存在着引力和斥力，实际表现出来的分子力是分子引力和斥力的合力。 ?分子间相互作用的引力和斥力的大小都跟分子间的 距离有关。 ,10 当分子间的距离m时，分子间的引力和斥rr,,10 0 力相等，分子间不显示作用力;当分子间距离从增大时，r0 分子间的引力和斥力都减小，但斥力小得快，分子间作用力 表现为引力;当分子间距离从减小时，斥力、引力都增在r0 ，但斥力增大得快，分子间作用力表现为斥力。 大 ,9 ?分子力相互作用的距离很短，一般说来，当分子间距离超过它们直径10倍以上，即m时，r,10分子力已非常微弱，通常认为这时分子间已无相互作用。 二、内能: 1、分子的动能: 由于组成任何物体的分子都是在不停地做无规则运动，因此，构成物体的每一个分子在任何时刻都具有动能。 由于分子热运动的无规则性及分子间的频繁碰撞，任何一个分子的动能都是不断变化的。即使一个物体在稳定的状态下，构成物体的每个分子动能的大小也是不相等的。组成物体所有分子动能的平均值，叫做分子热运动的平均动能。平均动能的大小决定了物体所处的状态，分子平均动能大小的宏观标志是物体的温度。物体的温度越高，分子平均动能越大;反之，物体的温度越低，分子平均动能越小。 ?分子无规则热运动的动能叫做分子的动能。一切分子都具有动能。 ?温度是物体分子平均动能的标志。 做无规则运动的每个分子都具有动能。但由于分子运动的无规则性，每个分子的动能都不相同，讨论每个分子的动能是无意义的。在研究热运动中，有意义的是讨论所有分子动能的平均值，即分子的平均动能。理论和实践均已证明，温度和分子的平均动能有确定的函数关系，因此温度是物体分 子平均动能的标志。 第 34 页 共 57 页 教学设计方案 XueDa PPTS Learning Center 2、分子的势能: 由于分子间存在着相互作用力，且分子间又有间隙，分子间的距离可变，这跟物体与地球间的关系相当。物体与地球间存在着相互作用力—重力，物体与地球间有间隙—高度，且距离可变。地球上的重物有势能—由相互作用的物体间相对位置决定的能，那么，分子间也存在着分子势能—由分子间相对位置决定的势能叫分子势能。 因为分子间的相互作用力比较复杂—既存在相互作用的引力又有相互作用的斥力，所以分子势能的 -10规律也是复杂的。当分子间的距离为r(=10m)时，分子处于平衡态势能最低。因为分子间的距离r0 大于r时分子间的合作用表现为引力，分子间的距离r小于r时分子间的合作用表现为斥力，所以，00 当分子间距离r大于r时，分子间距离越大分子势能越大，当分子间距离r小于r时，分子间距离越00小分子势能越大。 综上所述，分子势能的大小与分子间的距离是密切相关的。宏观上看物体分子势能的变化可由物体的体积及物体所处的态(固态、液态、气态)决定。 ?分子间存在着由相对位置决定的势能叫分子势能。 ?分子间势能与分子间的距离的关系可用右图来表示。当分子间的距离大到10r时，分子间的作0用力可认为零，定义比位置势能为零。分子间距离从10r逐渐小，引力做正功，分子势能减小，到r时，00分子间势能减小到最小。当分子间距离从r继续减小时，斥力做负功，即要克服斥力做功，分子间势0 能增加。 ?分子势能与体积有关。 3、物体的内能: 定义:构成物体所有分子动能与势能的总和，叫物体的内能。 显然，物体内能的多少与各分子动能的大小有关，与分子的势能大小有关，与分子的总量有关。宏观上看，物体内能的多少由物体的温度、物体的体积(及所处的态)和物体所包含的分子数决定，即由三个参量决定。 比较两个物体所含内能多少时，目前我们只能讨论相同物质构成的物体。在比较相同物质构成的物体内能时，一定要抓住两者三个参量中的相同因素。如: 1kg的15?的水与1kg的25?的水相比，因为分子数相同，分子势能相同，前者分子平均动能小，所以后者的内能多。 1kg的15?的水与2kg的15?的水相比，因为分子势能相同， 分子的平均动相同，而后者所含分子数多，所以后者的内能多。 1kg的0?的冰与1kg的0?的水相比，因为分子数相同，分子的平均动相同，前者分子势能比后 第 35 页 共 57 页 教学设计方案 XueDa PPTS Learning Center 者小，所以后者的内能多。 以上比较中它们只有一个参量不同，若有两个或两个以上参量不同时，问题就要复杂的多了。如: 1kg的15?的水与2kg的25?的水相比，因为，两者分子势能相同，而分子的平均动能和分子数后者都大于前者，后者所含的内能多是可以确定的。 1kg的0?的冰与2kg的0?的水相比，因为，两者分子动能相同，而分子的势能和分子数后者都大于前者，后者所含的内能多也是可以确定的。 1kg的0?的冰与1kg的25?的水相比，因为，两者分子数相同，而分子的平均动能和分子势能后者都大于前者，所以，后者所含的内能多也是位移确定的。当然，若1kg的0?的冰与2kg的25?的水相比，因为，物体所含的分子数、分子的平均动能和分子势能后者都大于前者，也是好比较的。 但是，在三个参量中有两个相对的不同，在我们不具有定量计算公式的情况下，则不好比较。如: ?的水相比，因为，前者分子势能和分子的平均动能都小于后者，而分2kg的0?的冰与1kg的15 子数后者却大于前者，具体两者的内能哪个偏大则无法确定。 ?几个需要说明的问题: ?分子势能的大小跟其它势能一样也是相对的。若选分子间的距离无限大时分子势能为零，那么，分子间的距离为r时，分子势能不但最小且是负的最大值。 0 ?物体分子动能、分子势能的大小与物体运动的动能和物体重力势能的大小无关。这两者一个是微观的能量一个是宏观的能量，自身并没有必然的联系。你把一块冰举得再高，且让它具有较大的速度，它的机械能可能很大，但它的内能并没有变。 ?物体的内能发生变化时，可能仅是物体分子动能发生变化，也可能仅是物体分子势能发生变化，当然可能是分子的动能和势能都发生了变化。 三、热和功: ?通过做功可以改变物体的内能。 ?大家知道摩擦生热的道理，我们把两块冰放在一起互相摩擦对冰做功，过一会冰可以变成水，使原来两块冰的内能(分子势能)增加;给自行车的车胎充气时，人通过气筒压缩气体对气体做功，我们会发现气体的温度升高(使气筒变热)，使原来的空气内能(主要是分子的动能)增加。我们也可以举出一些例子说明通过做功不但使物体分子的动能增加还会使物体分子势能增加。总之，外界对物体做功可以使物体的内能增加。 ?四冲程内燃机工作时，“做功冲程”是高温、高压气体膨胀推动活塞运动对外做功，其特点是气体温度降低(气体分子平均动能减少)，气体内能减少。你知道电冰箱能够制冷的基本原理是什么吗,先通过压缩机把致冷剂压缩，在让被压缩的致冷剂在冰箱内的蒸发器中迅速蒸发膨胀对外做功，对外做功的同时致冷剂温度迅速下降。这两个例子说明，物体对外做功(或称外界对物体做负功)时，物体的内能会减少。 第 36 页 共 57 页 教学设计方案 XueDa PPTS Learning Center 综上所述，通过做功的方式可以改变物体的内能。要能理解好这个结论，同学们还要多思考，多注意周围所见的能证明这个结论的实例。 ?热传递可以改变物体的内能。 ?用烧热了的电烙铁与焊锡接触，过一段时间焊锡就会熔化。像这样把存在温差的两个物体放在一起，温度较高的物体过一段时间温度会下降，而温度较低的物体过一段时间温度会升高。说明在这个过程中温度较高的物体把一部分内能传递给温度较低的物体(有时把这个过程叙述为温度较高的物体把一部分热量传递给温度较低的物体)，结果使两个物体的温差逐渐减小。这个吸热和放热的过程叫做热传递，能发生热传递的条件是两个物体必须存在温差。 ?一个物体吸热内能增加;放热内能减小。 ?关于物体内能的变化。 应该指出的是，做功和热传递的本质是完全不同的。大家知道“功是能量转换多少的量度。”那么，通过做功改变物体内能时，一定存在着内能与其它形式能之间的转化;热传递是内能在物体间转移，能量的形式并没有发生改变。 由上述分析可知:改变物体内能有两种方式，即做功和热传递。做功和热传递在改变物体内能的问题上是完全等效的，并不能由物体内能变化的情况来判定是做功的结果还是热传递的表现。物体内能发生变化也可能是既有做功又有热传递，从能的转化和守恒定律来分析自然可以得到这样的结论:外界对物体所做的功(W)与物体从外界吸收的热量(Q)之和等于物体内能的增量(ΔE)这就是热力学第一定律。热力学第一定律的表达式为: ΔE=W+Q 1、改变内能的两种方式:做功和热传递都可以改变物体的内能。 2、做功和热传递的本质区别:做功和热传递在改变物体内能上是等效的。但二者本质上有差别。做功是把其他形式的能转化为内能。而热传递是把内能从一个物体转移到另一个物体上。 3、功、热量、内能改变量的关系——热力学第一定律。 ?内容:在系统状态变化过程中，它的内能的改变量等于这个过程中所做功和所传递热量的总和。 ?实质:是能量转化和守恒定律在热学中的体现。 ?表达式:,EWQ,， ,E ?为了区别不同情况，对、W、Q做如下符号规定: ,E > 0 表示内能增加 ,E < 0 表示内能减少 Q > 0 表示系统吸热 第 37 页 共 57 页 教学设计方案 XueDa PPTS Learning Center Q < 0 表示系统放热 W > 0 表示外界对系统做功 < 0 表示系统对外界做功 W 四、能的转化和守恒定律: 1、物质有许多不同的运动形式，每一种运动形式都有一种对应的能。 2、各种形式的能都可以互相转化，转化过程中遵守能的转化和守恒定律。 3、能的转化和守恒定律:能量既不能凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为别的形式，或者从一个物体转移到别的物体。 五、应注意的问题: 1、温度与热量: ?温度:温度是表示物体冷热程度的物理量。从分子动理论观点看，温度是物体分子平均动能的标志。温度是大量分子热运动的集体表现，含有统计意义，对个别分子来说，温度是没有意义的。温度高低标志着物体内部的分子热运动的剧烈程度。温度的变化反映了分子平均动能的变化。 ?热量:热量是热传递过程中内能的改变量。离开过程(物体升温降温过程，状态变化过程，燃烧过程等。)讲热量，是没有意义的。 ?温度和热量:温度和热量两个完全不同的物理量。它们只是通过热传递过程建立联系。 2、内能与机械能: ?内能:物体内所有分子所具有的动能和势能的总和叫做物体的内能。分子的动能跟温度有关，分子的势能跟分子间的距离有关，所以物体的内能跟温度、体积有关。内能还跟物体内所含分子的数目有关。 ?内能与机械能:内能与机械能是截然不同的。内能是由大量分子的热运动和分子间相对位置所决定的能量。机械能是物体作机械运动和物体形变所决定的能量。机械能可以等于零，而内能永远不会等于零。 第十五章 气体 1、 气体的状态:气体状态，指的是某一定量的气体作为一个热力学系统在不受外界影响的条件下， 宏观性质不随时间变化的状态，这种状态通常称为热力学平衡态，简称平衡态。所说的不受外界影 响是指系统和外界没有做功和热传递的相互作用，这种热力学平衡，是一种动态平衡，系统的性质 不随时间变化，但在微观上分子仍永不住息地做热运动，而分子热运动的平均效果不变。 2、气体的状态参量: (1)气体的体积(V) ? 由于气体分子间距离较大，相互作用力很小，气体向各个方向做直线运动直到与其它分子碰撞或与器壁碰撞才改变运动方向，所以它能充满所能达到的空间，因此气体的体积是指气体所充满的容器 第 38 页 共 57 页 教学设计方案 XueDa PPTS Learning Center 的容积。(注意:气体的体积并不是所有气体分子的体积之和) 333333 ? 体积的单位:米(m) 分米(dm) 厘米(cm) 升(l) 毫升(ml) (2)气体的温度(T) ? 意义:宏观上表示物体的冷热程度，微观上标志物体分子热运动的激烈程度，是气体分子的平均动能大小的标志。 ? 温度的单位:国际单位制中，温度以热力学温度开尔文(K)为单位。常用单位为摄氏温度。摄氏度(?)为单位。二者的关系:T=t+273 (3)气体的压强(P) ? 意义:气体对器壁单位面积上的压力。 ? 产生:由于气体内大量分子做无规则运动过程中，对容器壁频繁撞击的结果。 ?单位:国际单位:帕期卡(Pa) 常用单位:标准大气压(atm)，毫米汞柱(mmHg) 5 换算关系:1atm=760mmHg=1.013×10Pa 1mmHg=133.3Pa 3、气体的状态变化:一定质量的气体处于一定的平衡状态时，有一组确定的状态参量值。当气体的状态发生变化时，一般说来，三个参量都会发生变化，但在一定条件下，可以有一个参量保持不变，另外两个参量同时改变。只有一个参量发生变化的状态变化过程是不存在的。 4、气体的三个实验定律 (1)等温变化过程——玻意耳定律 ? 内容:一定质量的气体，在温度不变的情况下，它的压强跟体积成反比。 pp12 ? 表达式:或 ,PV,PV,......,PV,C1122nnVV12 ? 图象:在直角坐标系中，用横轴表示体积V，纵轴表示压强P。一定质量的气体做等温变化时，压强与体积的关系图线在P-V图上是一条双曲线。若气体第一次做等温变化时温度是T，第地次做等1温变化时温度是T，从图上可以看出体积相等时，温度高的对应对压强大的，故T>T。 221 1温度越高，等温线离原点越远。如果采用P-坐标轴，不同温度下的等温线是过原点的斜率不同的直 V 线。(如图2) ?等温变化过程是吸放热过程 第 39 页 共 57 页 教学设计方案 XueDa PPTS Learning Center -9 气体分子间距离约为10m，分子间相互作用力极小，分子间势能趋于零，可以为分子的内能仅由分子的动能确定。温度不变，气体的内能不变，即ΔE=0。气体对外做功时，据热力学第一定律可知，ΔE=0，W<0,Q>0，气体从外界吸热，气体等温压缩时，Q<0，气体放热。所以，等温过程是个吸热或放热的过程。 ?玻意耳定律的微观解释 一定质量的气体，分子总数不变。在等温变化过程中，气体分子的平均支能不变，气体分子碰撞器 1壁的平均冲量不变。气体体积增大几倍，气体单位体积内分子总数减小为原来的，单位时间内碰撞n 1单位面积上的分子总数也减小为原来的，当压强减小时，结果相反。所以，对于一定质量的气体，n 温度不变时，压强和体积成反比。 ?玻意耳定律的适用条件 玻意耳定律是用真实气体通过实验得出的规律。因此这个规律只能在气体压强不太大，温度不太低的条件下适用。 (2)气体的等容变化——查理定律 ? 内容A:一定质量的气体，在体积不变的情况下，温度每升高(或降低)1?，它的压强的增加(或 1减少)量等于在0?时压强的。 273 B:一定质量的气体，在体积不变的情况下，它的压强跟热力学温度成正比。 ,PPPtt00,(1，)? 表达式:A:, 或 PP t0273273t PT11P-0?时一定质量的压强(不是大气压) P-t?时一定质量的压强(不是大气压) B: ,0tPT22 ? 图象: A:P-t图，以直角坐标系的横轴表示气体的摄氏温度t，纵轴表示气体的压强P，据查理定律表达 t,(1，)式PP可知一定质量气体在体积不变情况下，P-t图上等容图线是一条斜直线。与纵轴交点t0273 坐标表示0?时压强。等容线延长线通过横坐标-273?点。等容线的斜率与体积有关，V大，斜率小。 B:P-T图，在直角坐标系中，用横轴表示气体的热力学温度，纵轴表示气体的压强，P-T图中的等容线是一条延长线过原点的倾斜直线。斜率与体积有关，体积越大，斜率越小。(由于气体温度降低到一定程度时，已不再遵守气体查理定律，甚至气体已液化，所以用一段虚线表示。) 第 40 页 共 57 页 教学设计方案 XueDa PPTS Learning Center ?查理定律的微观解释 一定质量的气体，分子总数不变，在等容变化中，单位体积内分子数不变。在气体温度升高时，气体分子的平均动能增大，碰撞器壁的平均冲量增大，气体的压强随温度升高而增大。反之，温度降低时，气体的压强减小。 ?查理定律适用条件 查理定理在气体的温度不太低，压强不太大的条件下适用。 (3)等压变化过程——盖?吕萨克定律 ? 内容A:一定质量的气体，在压强不变的条件下，温度每升高(或降低)1?，它的体积的增加(或 1减少)量等于0?时体积的。 273 B:一定质量的气体，在压强不变的条件下，它的体积跟热力学温度成正比。 t,(1，) ? 表达式:A: VVt0273 VT11 B: ,VT22 ? 图象:在直角坐标系中，横轴分别表示摄氏温标，热力学温标;纵轴表示气体的体积，一定质量气体的等压图线分别是图5，图6，如果进行两次等压变化，由图可看出温度相同时，P对应体积大于2P对应体积，所以P