电学的基本问题[上学期]
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课件28张PPT。电学的一些基本问题 场 (电场、磁场、电磁场)路 (恒定电流、交变电流)力 (电场力、磁场力)能 (功能关系、能量守恒)电场线、磁感线伏安特性曲线受力图、示意图一、电场和磁场1.对场的理解 起初，为了描述微粒之间的相互作用，引进了场的概念。 后来发现，场与微粒一样具有能量和动量，也具有不连续的微观结构。 微粒和场是物质存在的两种基本形式。其中，场是更基本的。2.电场（静电场） 电场线和等势面是形象地描述电场的工具。电场线可表示E的大小和方向；
电场线方向是电势降低最快的方向；
电场线、等势面在相交处互相垂直。 电场线是研究电场问题的最有力工具。答案选 C3.磁场 ⑴运动的电荷(电流)产生磁场，磁场对运动的电荷(电流)有磁场力的作用。所有的磁现象都可以归结为运动电荷(电流)之间通过磁场而发生的相互作用。⑶磁感线是封闭曲线。 地球的磁场是必须了解和掌握的常用的磁场。 在地面上空(除两极外)地磁场的水平分量都是指向北方的。 在北半球上空，地磁场的竖直分量总是向下的。例. 在条形磁铁N极附近悬挂一个通有逆时针方向电流的线圈，线圈将向哪里偏转？ 把条形磁铁用等效螺线管代替，根据“同向电流互相吸引，反向电流互相排斥”判定。例.电视机显象管的偏转线圈示意图如右，瞬时电流方向如图所示。电子流由里向外
射出时将向哪里偏转？ 将左右两个线圈内侧与纸面垂直相交的电流方向标出，再将电子流的等效电流方向标出，很容易得出结论。4.电磁场⑴变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场。变化的电场和磁场总是相互联系的，形成一个不可分离的统一的场，这就是电磁场。⑵由变化磁场产生的感应电场和电荷周围存在的静电场都是电场，都具有电场的基本性质。不同的是：静电场的电场线是不封闭的，总是由正电荷出发到负电荷终止；而感应电场的电场线是封闭曲线。B=B0+kt例. 水平面上半径为 r的光滑绝缘圆形管道内，有一个电子（电荷量为 e，质量为 m ）。将此装置放在匀强磁场中，磁感应强度随时间变化的关系式为 B=B0+kt（k>0）。已知t=0时刻电子的初速度大小为v0，方向顺时针。电子运动一周末，磁感应强度增大为B1，求此时电子的速度大小v。 感应电场的方向为逆时针，
回路中的感应电动势E=πr2k，
感应电场对电子做功πr2ke ，
由此求电子末速度v。例.平行板电容器和稳压电源相连。用绝缘棒将两板间距离逐渐增大的过程中，有关电容器两极板间的电场和磁场的说法中正确的是
A.电压和场强都将逐渐增大
B.电压和场强都将逐渐减小
C.两极板间产生顺时针方向的磁场
D.两极板间产生逆时针方向的磁场
U不变，d增大，E减小；
d增大，C减小，Q减小；放电电流向上，磁场如图；板间磁场与引线周围同。二、带电粒子在电场、磁场、电磁混合场中的运动1.带电粒子在匀强电场、匀强磁场中运动的比较：
在匀强电场中，受恒力作用，做匀变速运动。
在匀强磁场中，洛伦兹力永不做功，动能不变。2.带电粒子以垂直于场线的初速度进入匀强电(磁)场。
解决这类问题时一定要重视画示意图的重要作用。
⑴带电粒子在匀强电场中的类平抛运动。末速度的反向延长线跟初速度延长线的交点在水平位移的中点。
⑵带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动。这类题的解题关键是画好示意图，画示意图的要点是找圆心、找半径和用对称。 如图所示，根据
相似三角形对应边
成比例，可以得出
y、h、l/2、 l/2+L
各量间的比例关系。 当y=d/2时，电子刚好从下极板右边缘射出，这时打在荧光屏上的点为最低点。当两极板间电压再增大，或者入射电子的初速度减小时，电子都将打在极板上，而打不到荧光屏上。例.如图MN上方有磁感应强度为B的匀强磁场。正、负电子（质量均为m，元电荷为e），同时从同一点O以与MN成30°角的同样速度v射入磁场，则它们从磁场中射出时将相距多远？射出的时间差是多少？3.带电粒子在匀强电场、磁场的混合场中的运动⑴E⊥B。正交的匀强磁场和匀强电场组成速度选择器。带电粒子必须以唯一确定的速度（包括大小、方向）才能沿直线匀速通过速度选择器。否则将发生偏转。 当且仅当v向右，且大小为v=E/B时，才能沿直线匀速通过该区域。 若v>E/B，则向上偏转，偏转过程速率减小；若v间的关系：2.电源的功率和效率
⑴电源的功率(总功率) PE=EI
⑵电源的输出功率 P出=UI
⑶电源内部损耗的功率Pr=I2r 即当内、外电阻相等时，电源的输出功率最大。3.电功和电热 电功：W=UIt，电热：Q=I2Rt 电流通过金属导体时，自由电子在加速运动过程中频繁与正离子相碰，使离子的热运动加剧(温度升高，内能增大)，而电子速率减小，可以认为自由电子只以某一速率定向移动(电子动能不变) ，电场力做功使电能全转化为内能。 ⑵对非纯电阻电路（如电动机和电解槽），由于电能除了转化为电热以外还同时转化为机械能或化学能等其它能，所以电功必然大于电热：W>Q4.滑动变阻器的两种特殊用法⑴如图，P从a移到b，总电阻先增后减，总电流I先减后增，PQ间电压U先增后减。P在o点时总电阻最大，总电流最小。⑵如图所示,路端电压U不变。滑动触头P从a滑向b，总电阻逐渐减小；总电流 I 逐渐增大；RX两端的电压逐渐增大，电流IX也逐渐增大,滑动变阻器 r左半部的电流
I / 先减小后增大。
(这是实验中常用的分压电路的原理) C的带电量为2×10-6C，其两端电压必须为1V。 R1和R2串联分压，可知R1两端电压一定为4V。 当R4=20Ω时，R3的电压为3V；当R4=4Ω时， R3的电压为5V。两种情况下,电容器两板间电压均为1V，上极板分别带负电和正电。(R4由20Ω→4Ω的过程中,通过P点的电流方向向下。)5.有关电路中的电容器的计算四、电磁感应1.楞次定律（注意阻碍不是阻止，也不是反向） ⑴从“阻碍磁通量变化”的角度看,可以用“增反减同”来判定感应电流的方向。 ⑵从“阻碍相对运动”的角度看，楞次定律和能量守恒是一致的：既然产生了感应电流,就一定有机械能转化为电能，磁场力对物体必然做负功，表现为阻碍相对运动。 ⑶从“阻碍自身电流变化”的角度看，这就是自感现象。 ⑷在导线切割磁感线产生感应电动势的情况下，右手定则和楞次定律结论是一致的。例.如图所示，在条形磁铁从图示位置绕O1O2轴转动90°的过程中，放在导轨右端附近的金属棒将如何移动？ 无论条形磁铁的极性如何，该过程穿过回路的磁通量一定增大。 其中磁铁内部的磁感线都穿过该回路，而磁铁外部的磁感线只有一部分穿过该回路，因此回路所围的面积越小，磁通量越大。结论是金属棒将向右移动。 当管用金属制成时，磁性小球通过时，穿过管的每个横截面（闭合电路）的磁通量都发生变化，有感应电流产生，因此阻碍相对运动。 由于L阻碍电流增大，闭合后a渐渐亮b立即亮。 稳定后由于a比b的额定功率大，所以a灯较亮。 稳定时Ia>Ib；断开后L 阻碍电流减小，这时ab在同一回路中，通过a、b的电流大小时刻相同，都从Ia减小到零，因此看到a渐渐熄灭，b闪亮一下后和a同时渐渐熄灭。2.法拉第电磁感应定律应用中注意和恒定电流、能量守恒知识结合。例.足够长的导轨宽L，上端串有电阻R。匀强磁场B方向垂直于纸面。质量m的金属棒ab从
静止释放，下降h后闭合k，试分析ab以
后的运动情况和最终速度。 k闭合前ab机械能守恒。k闭合后，ab机械能减小，转化为电能；电流通过电阻做功，电能又转化为内能。达到最终速度后，EP→E电→E内。五、交变电流1.交变电流的最大值、有效值、即时值和平均值2.理想变压器由已知可得:
U2=36V,U3=1000V
U1I1=U2I2+U3I3和I2=1A
可得I3=0.03A
电场线方向是电势降低最快的方向；
电场线、等势面在相交处互相垂直。 电场线是研究电场问题的最有力工具。答案选 C3.磁场 ⑴运动的电荷(电流)产生磁场，磁场对运动的电荷(电流)有磁场力的作用。所有的磁现象都可以归结为运动电荷(电流)之间通过磁场而发生的相互作用。⑶磁感线是封闭曲线。 地球的磁场是必须了解和掌握的常用的磁场。 在地面上空(除两极外)地磁场的水平分量都是指向北方的。 在北半球上空，地磁场的竖直分量总是向下的。例. 在条形磁铁N极附近悬挂一个通有逆时针方向电流的线圈，线圈将向哪里偏转？ 把条形磁铁用等效螺线管代替，根据“同向电流互相吸引，反向电流互相排斥”判定。例.电视机显象管的偏转线圈示意图如右，瞬时电流方向如图所示。电子流由里向外
射出时将向哪里偏转？ 将左右两个线圈内侧与纸面垂直相交的电流方向标出，再将电子流的等效电流方向标出，很容易得出结论。4.电磁场⑴变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场。变化的电场和磁场总是相互联系的，形成一个不可分离的统一的场，这就是电磁场。⑵由变化磁场产生的感应电场和电荷周围存在的静电场都是电场，都具有电场的基本性质。不同的是：静电场的电场线是不封闭的，总是由正电荷出发到负电荷终止；而感应电场的电场线是封闭曲线。B=B0+kt例. 水平面上半径为 r的光滑绝缘圆形管道内，有一个电子（电荷量为 e，质量为 m ）。将此装置放在匀强磁场中，磁感应强度随时间变化的关系式为 B=B0+kt（k>0）。已知t=0时刻电子的初速度大小为v0，方向顺时针。电子运动一周末，磁感应强度增大为B1，求此时电子的速度大小v。 感应电场的方向为逆时针，
回路中的感应电动势E=πr2k，
感应电场对电子做功πr2ke ，
由此求电子末速度v。例.平行板电容器和稳压电源相连。用绝缘棒将两板间距离逐渐增大的过程中，有关电容器两极板间的电场和磁场的说法中正确的是
A.电压和场强都将逐渐增大
B.电压和场强都将逐渐减小
C.两极板间产生顺时针方向的磁场
D.两极板间产生逆时针方向的磁场
U不变，d增大，E减小；
d增大，C减小，Q减小；放电电流向上，磁场如图；板间磁场与引线周围同。二、带电粒子在电场、磁场、电磁混合场中的运动1.带电粒子在匀强电场、匀强磁场中运动的比较：
在匀强电场中，受恒力作用，做匀变速运动。
在匀强磁场中，洛伦兹力永不做功，动能不变。2.带电粒子以垂直于场线的初速度进入匀强电(磁)场。
解决这类问题时一定要重视画示意图的重要作用。
⑴带电粒子在匀强电场中的类平抛运动。末速度的反向延长线跟初速度延长线的交点在水平位移的中点。
⑵带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动。这类题的解题关键是画好示意图，画示意图的要点是找圆心、找半径和用对称。 如图所示，根据
相似三角形对应边
成比例，可以得出
y、h、l/2、 l/2+L
各量间的比例关系。 当y=d/2时，电子刚好从下极板右边缘射出，这时打在荧光屏上的点为最低点。当两极板间电压再增大，或者入射电子的初速度减小时，电子都将打在极板上，而打不到荧光屏上。例.如图MN上方有磁感应强度为B的匀强磁场。正、负电子（质量均为m，元电荷为e），同时从同一点O以与MN成30°角的同样速度v射入磁场，则它们从磁场中射出时将相距多远？射出的时间差是多少？3.带电粒子在匀强电场、磁场的混合场中的运动⑴E⊥B。正交的匀强磁场和匀强电场组成速度选择器。带电粒子必须以唯一确定的速度（包括大小、方向）才能沿直线匀速通过速度选择器。否则将发生偏转。 当且仅当v向右，且大小为v=E/B时，才能沿直线匀速通过该区域。 若v>E/B，则向上偏转，偏转过程速率减小；若v
⑴电源的功率(总功率) PE=EI
⑵电源的输出功率 P出=UI
⑶电源内部损耗的功率Pr=I2r 即当内、外电阻相等时，电源的输出功率最大。3.电功和电热 电功：W=UIt，电热：Q=I2Rt 电流通过金属导体时，自由电子在加速运动过程中频繁与正离子相碰，使离子的热运动加剧(温度升高，内能增大)，而电子速率减小，可以认为自由电子只以某一速率定向移动(电子动能不变) ，电场力做功使电能全转化为内能。 ⑵对非纯电阻电路（如电动机和电解槽），由于电能除了转化为电热以外还同时转化为机械能或化学能等其它能，所以电功必然大于电热：W>Q4.滑动变阻器的两种特殊用法⑴如图，P从a移到b，总电阻先增后减，总电流I先减后增，PQ间电压U先增后减。P在o点时总电阻最大，总电流最小。⑵如图所示,路端电压U不变。滑动触头P从a滑向b，总电阻逐渐减小；总电流 I 逐渐增大；RX两端的电压逐渐增大，电流IX也逐渐增大,滑动变阻器 r左半部的电流
I / 先减小后增大。
(这是实验中常用的分压电路的原理) C的带电量为2×10-6C，其两端电压必须为1V。 R1和R2串联分压，可知R1两端电压一定为4V。 当R4=20Ω时，R3的电压为3V；当R4=4Ω时， R3的电压为5V。两种情况下,电容器两板间电压均为1V，上极板分别带负电和正电。(R4由20Ω→4Ω的过程中,通过P点的电流方向向下。)5.有关电路中的电容器的计算四、电磁感应1.楞次定律（注意阻碍不是阻止，也不是反向） ⑴从“阻碍磁通量变化”的角度看,可以用“增反减同”来判定感应电流的方向。 ⑵从“阻碍相对运动”的角度看，楞次定律和能量守恒是一致的：既然产生了感应电流,就一定有机械能转化为电能，磁场力对物体必然做负功，表现为阻碍相对运动。 ⑶从“阻碍自身电流变化”的角度看，这就是自感现象。 ⑷在导线切割磁感线产生感应电动势的情况下，右手定则和楞次定律结论是一致的。例.如图所示，在条形磁铁从图示位置绕O1O2轴转动90°的过程中，放在导轨右端附近的金属棒将如何移动？ 无论条形磁铁的极性如何，该过程穿过回路的磁通量一定增大。 其中磁铁内部的磁感线都穿过该回路，而磁铁外部的磁感线只有一部分穿过该回路，因此回路所围的面积越小，磁通量越大。结论是金属棒将向右移动。 当管用金属制成时，磁性小球通过时，穿过管的每个横截面（闭合电路）的磁通量都发生变化，有感应电流产生，因此阻碍相对运动。 由于L阻碍电流增大，闭合后a渐渐亮b立即亮。 稳定后由于a比b的额定功率大，所以a灯较亮。 稳定时Ia>Ib；断开后L 阻碍电流减小，这时ab在同一回路中，通过a、b的电流大小时刻相同，都从Ia减小到零，因此看到a渐渐熄灭，b闪亮一下后和a同时渐渐熄灭。2.法拉第电磁感应定律应用中注意和恒定电流、能量守恒知识结合。例.足够长的导轨宽L，上端串有电阻R。匀强磁场B方向垂直于纸面。质量m的金属棒ab从
静止释放，下降h后闭合k，试分析ab以
后的运动情况和最终速度。 k闭合前ab机械能守恒。k闭合后，ab机械能减小，转化为电能；电流通过电阻做功，电能又转化为内能。达到最终速度后，EP→E电→E内。五、交变电流1.交变电流的最大值、有效值、即时值和平均值2.理想变压器由已知可得:
U2=36V,U3=1000V
U1I1=U2I2+U3I3和I2=1A
可得I3=0.03A
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