(共45张PPT)
第一节 探究决定导线电阻的因素
课标定位
学习目标：1．理解电阻是导体对电流具有阻碍作用的体现．
2．知道导体的电阻与其他因素的关系，会计算电阻的大小．
3．知道电阻率与温度的关系．
4．了解控制变量法在物理实验探究中的作用.
重点难点：电阻与其他因素的关系，电阻定律.
一、电阻定律的实验探究
1．不同导体的电阻存在大小差异，实验结果表明：导体电阻与导体的_____和_________有关，与导体的材料有关．
长度
横截面积
2．在实验探究决定导体电阻因素的实验中，采用的是___________ ，在保持导体的材料和横截面积不变时，实验的结果是，导体的电阻大小与导体的_____成正比；在保持导体的材料和长度不变时，实验的结果是，导体的电阻大小与导体的_________成反比；在保持导体的长度和横截面积不变时，实验的结果是，导体的电阻大小与导体的_______成正比．
控制变量法
长度
横截面积
电阻率
3．电阻定律：实验表明，均匀导体的电阻R跟它的长度l成_____，跟它的横截面积S成_____，用公式表示为_________.
正比
反比
思考感悟
1．白炽灯泡灯丝断了后，轻轻摇晃灯泡，断了的灯丝还能搭接上，把灯泡再接入电路时，会发现比原来更亮了，为什么？
二、电阻率
1．电阻定律中比例常量ρ跟导体的_____有关,是一个反映材料_________的物理量，称为材料的电阻率．ρ值越大，材料的导电性能_____.
2．电阻率的单位是_____ ，读作欧姆米，简称欧米．
材料
导电性能
越差
Ω·m
3．材料的电阻率随温度的变化而改变，金属的电阻率随温度的升高而_____．锰铜合金和镍铜合金的电阻率受温度影响很小，常用来制作_________ ．
思考感悟
2．用锰铜合金可以制成电阻温度计吗？
提示：不能．
增大
标准电阻
核心要点突破
(2)电流表的两种接法
图2－1－1
③试触法：适用于Rx、RV、RA的阻值关系都不能确定的情况，如图2－1－1所示，把电压表的接线端分别接b、c两点，观
察两电表的示数变化，若电流表
的示数变化明显，说明电压表的
分流对电路影响大，应选用内接法，若电压表的示数有明显变化，说明电流表的分压作用对电路影响大，所以应选外接法．
2．电路的连接
(1)导线长度l是连入电路中导线的有效长度，即两接线柱之间的导线的长度．
(2)由于待测导线电阻较小，约为几欧，一般采用电流表外接法．
(3)测量时，电流不宜过大(电流表用0～0.6 A 量程)，通电时间不宜过长，以免因发热使电阻率变化．
(4)伏安法测电阻时，应改变滑片的位置，读出几组电压、电流值，分别算出R值，再求平均值.
3．误差分析
(1)在探究电阻与导线长度的关系时，接入电路的导线有效长度不满足2∶1的关系而出现误差.
(2)在探究电阻与导线横截面积或材料的关系时,接入电路的导线的有效长度不相等而出现误差.
(3)由于伏安法测电阻时采用电流表外接法，导致R测＜R真．
(4)通电电流太大或通电时间过长，致使电阻丝发热，电阻随之发生变化．
4．数据处理
如图2－1－2，把导体A接在电路中的M、N两点间闭合S调节滑动变阻器的滑片，可以得到关于导体A的几组电压和电流数据．下表是测得的一组数据：
图2－1－2
电压(V) 0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0
电流强度(A) 0 0.20 0.42 0.60 0.78 0.98
用描点法在直角坐标系中作出U－I图象，得到一条过原点的直线．
换用另一导体B代替A进行实验又可得到导体B的几组电压、电流数据，如下表：
电压(V) 0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0
电流强度(A) 0 0.13 0.28 0.40 0.54 0.66
图2－1－3
在图2－1－3的坐标系中再作出其U－I图象，也是一条过原点的直线．
从A、B图线的比较可以看出导体中的电流跟它的电阻成反比，跟电压成正比，这就是欧姆定律．U－I图线的斜率即为电阻．
即时应用?(即时突破，小试牛刀)
1．某待测电阻约为100 Ω，直流毫安表(量程0～10 mA，内阻50 Ω)，直流电压表(量程0～3 V,内阻5 kΩ)，要准确地测量待测电阻的阻值，需要用_______接法，测量值比真实值偏_______.
解析：比较待测电阻与直流电流表和直流电压表的阻值可知，待测电阻为小电阻，需要选用外接法，测量值为待测电阻与电压表的总电阻，所以测量值比真实值偏小．
答案：外 小
解析：选D.导体的电阻率由材料本身性质决定，并随温度而变化．导体的电阻与长度、横截面积有关，与导体两端的电压及导体中电流大小无关，故A、B、C错误．电阻率反映材料的导电性能，电阻率常与温度有关，D正确．
三、电阻与电阻率的区别
电阻R 电阻率ρ
描述对象 导体 材料
物理意义 反映导体对电流阻碍作用的大小，R大，阻碍作用大 反映材料导电性能的好坏，ρ大，导电性能差
决定因素 由材料、温度和导体形状决定 由材料、温度决定，与导体形状无关
特别提醒：各种材料的电阻率一般都随温度的变化而变化．
(1)金属的电阻率随温度的升高而增大．
(2)半导体(热敏电阻)的电阻率随温度的升高而减小．
即时应用?(即时突破，小试牛刀)
3．(单选)关于材料的电阻率，下列说法中正确的是( )
A．把一根长导线截成等长的三段，则每段的电阻率都是原来的1/3
B．材料的电阻率随温度的升高而增大
C．纯金属的电阻率较合金的电阻率小
D．电阻率是反映材料导电性能好坏的物理量，电阻率越大的导体对电流的阻碍作用越大
解析:选C.电阻率是材料本身的一种电学特性,与导体的长度、横截面积无关，A选项错．金属材料的电阻率随温度升高而增大，半导体材料则相反，B选项错．合金的电阻率比纯金属的电阻率大，C选项对．电阻率大表明材料的导电性能差，不能表明对电流的阻碍作用一定大，因为电阻才是反映对电流阻碍作用大小的物理量，而电阻还跟导体的长度、横截面积有关，D选项错．
一根粗细均匀的金属裸导线，若把它均匀拉长为原来的3倍，电阻变为原来的______ 倍．若将它截成等长的三段再绞合成一根，它的电阻变为原来的________(设拉长与绞合时温度不变)．
课堂互动讲练
例1
决定电阻大小的因素
【方法总结】 某导体形状改变后，因总体积不变，电阻率不变，当长度l和面积S变化时，应用V＝Sl来确定S和l在形变前后的关系，分别用电阻定律即可求出l和S变化前后的电阻关系.
(单选)如图2－1－4所示，厚薄均匀的矩形金属薄片边长ab＝2bc，当将A与B接入电路或将C与D接入电路中时电阻之比RAB∶RCD为( )
A．1∶4 B．1∶2
C．2∶1 D．4∶1
例2
电阻定律的应用
图2－1－4
【答案】 D
例3
探究实验设计
(2011年蚌埠模拟)如图2－1－5所示，P是一根表面镀有很薄的发热电阻
膜、粗细均匀的长陶瓷管(其长度
l为50 cm左右，直径D为10 cm左
右)，镀膜材料的电阻率ρ已知，管的两端有导电箍M、N.现有刻度尺、电压表V、电流表A、
图2－1－5
电源E、滑动变阻器R、开关S和若干导线，请设计一个测定膜层厚度d的实验方案．
(1)实验中应测定的物理量是__________．
(2)画出测量电路图．
(3)计算膜层厚度的公式是__________．
图2－1－6
【答案】 见精讲精析
【方法总结】 用伏安法测电阻，由于待测电阻较小，故采用电流表外接法．另外，要善于运用数学知识解决有关的物理问题．
知能优化训练
本部分内容讲解结束
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第一节 认识静电
课标定位
学习目标：1.了解物体带电的原因，了解物理学的基本观点和思想．
2．初步了解电学的发展历程，关注科学技术的主要成就和发展趋势以及电学对经济、社会发展的影响．
重点难点：电荷的基本性质与电荷守恒定律的理解和应用．
一、起电方法的实验探究
1．两种电荷
自然界中的电荷有_____种，即________和____________．如：丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷是___________；用干燥的毛皮摩擦过的硬橡胶棒所带的电荷是_________．同种电荷相斥，异种电荷相吸．
2．起电的方法
使物体起电的方法有三种：即__________、
___________、____________．
两
正电荷
负电荷
正电荷
负电荷
摩擦起电
接触起电
感应起电
思考感悟
1．相互吸引的一定是带异种电荷的物体吗？
提示：不一定，除了带异种电荷的物体相互吸引之外，带电体有吸引轻小物体的性质，这里的“轻小物体”可能不带电．
二、电荷守恒定律
1．电荷量：电荷的多少叫________．在国际单位制中，它的单位是________，符号为____.
2．元电荷
电子和质子带有_______________电荷，其电荷量为e＝________________．因所有带电体的电荷量等于e或e的整数倍，所以将电荷量e称为___________．
电荷量
库仑
C
等量而异种的
1.6×10－19 C
元电荷
思考感悟
2．元电荷就是带电荷量足够小的带电体吗？
提示：不是，元电荷是一个抽象的概念，不是指的某一个带电体，它是指电荷的电荷量．另外任何带电体所带电荷量是1.6×10－19C的整数倍．
3．电荷守恒定律
电荷既不能创造，也不能消灭，只能从一个物体转移到另一个物体，或者从物体的一个部分转移到另一个部分．在转移过程中，电荷的__________不变．这个结论叫做电荷守恒定律．
代数和
核心要点突破
一、三种起电方式的微观解释
1．摩擦起电
两种不同的物体原子核束缚电子的能力并不相同．两种物体相互摩擦时，束缚电子能力强的物体就会得到电子而带负电，束缚电子能力弱的物体会失去电子而带正电．
毛皮摩擦橡胶棒，电子转移到橡胶棒上，橡胶棒带负电，而毛皮失去电子一定带正电．同样也可确定丝绸摩擦玻璃棒时，丝绸带负电．
2．接触起电
带电物体由于缺少(或多余)电子，当带电体与不带电的物体接触时，就会使不带电的物体上失去电子(或得到电子)，从而使不带电的物体由于缺少(或多余)电子而带正电(负电)．
3．感应起电
当带电体靠近导体时，导体内的自由电子会向靠近或远离带电体的方向移动．
图1－1－1
如图1－1－1所示，三个相同的金属球A、B、C放在三个绝缘支架上，A带有电荷，B、C不带电．若B、C接触，将A靠近B端，由于同种电荷相互排斥、异种电荷相互吸引，B上(靠近带电体A的近端)带与A相反的异种电荷，C上(远离带电体A的远端)带与A相同的同种电荷．若将B、C分离，再将带电体A移开，则B、C将带等量异种电荷．若将B、C再靠在一起，则B、C由于发生电中和都不带电．
若先将带电体移开，再分离B、C，则B、C上的感应电荷将发生电中和，都不带电．
特别提醒：三种起电的方式不同，但实质都是发生电子的转移，使多余电子的物体(部分)带负电，使缺少电子的物体(部分)带正电．在电子转移的过程中，电荷的总量保持不变．
即时应用 (即时突破，小试牛刀)
1．(单选)如图1－1－2所示，将带有负电的绝缘棒移近两个不带电的导体球，两个导体球开始时互相接触且对地绝缘，下列方法中不能使两球都带电的是( )
图1－1－2
A．先把两球分开，再移走棒
B．先移走棒，再把两球分开
C．使棒与甲球瞬时接触，再移走棒
D．先使乙球瞬时接地，再移走棒
解析：选B.由于静电感应，甲球感应出正电荷，乙球感应出负电荷，把两球分开后，它们带上了等量异种电荷，所以A能；若先将棒移走，则两球不会有静电感应现象产生，所以不会带上电荷，B不能；使棒与甲球接触，则两球会因接触而带上负电荷，所以C能；若使乙球瞬时接地，则乙球上感应出的负电荷因受斥力而被导走，再将棒移走，由于甲、乙是接触的，所以甲球上的电荷会重新分布在甲、乙两球上，结果是两球都带上了正电荷，所以D能，故选B.
二、电荷守恒定律
1．电荷守恒定律和能量守恒定律一样，也是自然界中最基本的守恒定律．
2．带等量异种电荷的两金属球相接触，发生电荷中和，两球都不再带电，这个过程中两球所带电荷的总量并没有变(为零)，电荷也是守恒的．
3．近代物理实验发现，由一个高能光子可以产生一个正电子和一个负电子；一对正、负电子可同时湮灭，转化为光子．在这种情况下，带电粒子总是成对产生或湮灭，电荷的代数和总是保持不变，即正、负电子的产生和湮灭与电荷守恒定律并不矛盾．这时电荷守恒定律表述为：一个与外界没有电荷交换的系统，电荷的代数和总是保持不变的．
?特别提醒：起电过程或“中和”过程在本质上都是电子的得失、转移的过程，电荷总数未变．
即时应用?(即时突破，小试牛刀)
2．(单选)有关物体带电的下列说法，其中正确的是( )
A．若物体带正电，则说明该带电体内只存在质子
B．若物体带负电，则说明该带电体内只存在电子
C．若物体不带电，则说明该带电体内不存在质子和电子
D．若物体带负电，则带电体内既存在质子又存在电子，且电子数比质子数多
解析：选D.物体内总是同时存在质子和电子，物体对外显示带电，实质是其内部电子数与质子数不相等．即使物体对外不显示带电，其内部也存在电子和质子，只是电子数和质子数相等．
课堂互动讲练
例1
(双选)如图1－1－3所示，挂在绝缘细线下的轻质带电小球，由于电荷的相互作用而靠近或远离，则( )
电荷间的相互作用
图1－1－3
A．甲图中两球一定带异种电荷
B．乙图中两球一定带同种电荷
C．甲图中至少有一个带电
D．乙图中两球至少有一个带电
【精讲精析】 本题考查两种电荷及其相互作用，关键是明确两种电荷的作用规律，两球相互吸引的可能性有两种：一种是带异种电荷，另一种是带电体能吸引轻小物体，因此A错，C对．两球相斥一定是带同种电荷，故B对，D错．
【答案】 BC
(单选)使带电的金属球靠近不带电的验电器，验电器的箔片张开．图1－1－4中表示验电器上感应电荷的分布情况，正确的是( )
例2
验电器的使用
图1－1－4
【精讲精析】 带电的金属球靠近不带电的验电器时，在验电器上感应出电荷，验电器的顶端带上了与金属球异种的电荷，金属箔片带上了与金属球同种的电荷．
【答案】 B
【方法总结】 验电器可以判断物体是否带电，带电荷的种类和电荷量的多少．当带电体靠近或接触验电器的金属球时，金属箔都会张开．但要注意区分带电体靠近或接触验电器金属球所带电荷的不同．利用验电器除了能检验电荷，还能演示静电感应现象．
有两个完全相同的带电绝缘金属小球A、B，分别带电荷量为QA＝6.4×10－9 C，QB＝－3.2×10－9 C，让两个绝缘小球接触，在接触过程中，电子如何转移并转移了多少？
【思路点拨】 当两个完全相同的金属球接触后，根据对称性，两个球一定带等量的电荷量．若两个球原先带同种电荷，电荷量相加后均分；若两个球原先带异种电荷，则电荷先中和再均分．
例3
电荷守恒定律的理解及应用
【答案】 电子由B球转移到A球，共转移了3×1010个电子．
变式训练 (单选)(2011年珠海高二检测)把两个完全相同的金属球A和B接触一下，再分开一段距离，发现两球之间相互排斥，则A、B两球原来的带电情况不可能是( )
A．带有等量异种电荷
B．带有等量同种电荷
C．带有不等量异种电荷
D．一个带电，另一个不带电
解析：选A.把两个完全相同的金属球接触再分开，发现两球之间相互排斥，说明两球带同种电荷．若两球原来带等量异种电荷，接触后电荷中和，小球不带电，分开后不排斥，所以A不可能；若两球原来带等量同种电荷，接触后仍带等量同种电荷，分开后会排斥，所以B是可能的；若两球带不等量异种电荷，则两球接触后，中和一部分电荷，剩余电荷两球平分，所以C是可能的；若小球一个带电，一个不带电，接触后，两球平分电荷，分开后会排斥，所以D也是可能的．(共43张PPT)
第六节 示波器的奥秘
课标定位
学习目标：1.掌握带电粒子在电场中加速和偏转所遵循的规律．
2．知道示波管的主要构造和工作原理．
重点难点：应用动力学的观点和功能关系来分析带电粒子在电场中加速和偏转问题．
一、带电粒子的加速
如图1－6－1，质量为m，带正电q的粒子，在电场力作用下由静止开始从正极板向负极板运动的过程中．
图1－6－1
qU
动能定理
思考感悟
1．上述两平行金属板间为匀强电场，带电粒子在板间运动时的加速度为多少？
匀加速
匀速
l＝v0t
思考感悟
2．带电粒子在电场中的运动是直线还是曲线与哪些因素有关呢？
提示：在匀强电场中，只受电场力作用时，若v0＝0为直线运动；若v0≠0，但v0与电场力在一条直线上，做直线运动；有夹角则做曲线运动；若垂直则做类平抛运动．非匀强电场中较为复杂，例如在点电荷的电场中可做匀速圆周运动．
三、示波器探秘
1．如图1－6－2所示为示波管的结构图．
图1－6－2
1．灯丝 2.阴极 3.控制极 4.第一阳极 5.第二阳极6.第三阳极 7._________ 偏转系统 8.________ 偏转系统9.荧光屏
2．原理：灯丝通电后给阴极加热，使阴极发射电子．电子经阳极和阴极间的________加速聚集形成一个很细的电子束射出，电子打在管底和荧光屏上，形成一个小亮班．亮斑在荧光屏上的位置可以通过调节竖直偏转极与水平偏转极上的_________大小来控制．如果加在竖直极板上的_______是随时间正弦变化的信号，并在水平偏转板上加上适当的__________，荧光屏上就会显示出一条正弦曲线．
竖直
水平
电场
电压
电压
偏转电压
一、带电粒子的加速
1．带电粒子的分类
(1)基本粒子
如电子、质子、α粒子、离子等除有说明或有明确的暗示以外，一般都不考虑重力(但并不忽略质量)．
(2)带电微粒
如液滴、油滴、尘埃、小球等，除有说明或有明确的暗示以外，一般都不能忽略重力．
2．带电粒子的加速
当带电粒子以平行电场的方向进入电场后，所受电场力与其运动方向共线，在不计其他受力的情况下，带电粒子做匀加(减)速直线运动，电场力与速度方向相同时，带电粒子做匀加速直线运动，示波器、电视显像管中的电子枪，回旋加速器都是利用电场对带电粒子加速的．
3．处理方法
可以从动力学和功能关系两个角度进行分析，其比较如下：
两个角度
内容 动力学角度 功能关系角度
涉及知识 应用牛顿第二定律结合匀变速直线运动公式 功的公式及动能定理
选择条件 匀强电场，电场力是恒力 可以是匀强电场，也可以是非匀强电场，电场力可以是恒力，也可以是变力
特别提醒：(1)对带电粒子进行受力分析、运动特点分析、力做功情况分析是选择规律解题的关键．
(2)选择解题的方法是优先从功能关系角度考虑，应用功能关系列式简单、方便，不易出错．
即时应用?(即时突破，小试牛刀)
1．(双选)如图1－6－3所示，电量和质量都相同的带正电粒子以不同的初速度通过A、B两板间的加速电场后飞出，不计重力的作用，则( )
图1－6－3
A．它们通过加速电场所需的时间相等
B．它们通过加速电场过程中动能的增量相等
C．它们通过加速电场过程中速度的增量相等
D．它们通过加速电场过程中电势能的减少量相等
解析：选BD.由于电量和质量都相等，因此产生的加速度相等，初速度越大的带电粒子经过电场所用时间越短，加速时间越短，则速度的变化量越小；由于电场力做功W＝qU与初速度及时间无关，因此电场力对各带电粒子做功相等，则它们通过加速电场过程中电势能的减少量相等，动能增加量也相等．
二、带电粒子的偏转
如图1－6－4所示，带电粒子以初速度v0垂直电场线进入匀强电场，
图1－6－4
特别提醒：(1)该类运动与之前所学的平抛运动处理方法相似，两种运动重要的区别是加速度的不同．
(2)对带电粒子在电场中的偏转问题也可以选择动能定理求解，但只能求出速度大小，不能求出速度方向，涉及到方向问题，必须采用把运动分解的方法．
即时应用?(即时突破，小试牛刀)
2．(单选)一束带电粒子以相同的速率从同一位置，垂直于电场方向飞入匀强电场中，所有粒子的运动轨迹都是一样的．这说明所有粒子( )
A．都具有相同的质量
B．都具有相同的电荷量
C．电荷量与质量之比都相同
D．都是同位素
课堂互动讲练
例1
带电粒子在电场中的加速
图1－6－5
【答案】 D
【方法总结】 用能量观点分析问题是解决问题主要方法之一，要把功能关系和物体运动分析和受力分析结合起来，能够达到事半功倍的效果．
一束电子流在经U＝5000 V的加速电场加速后，在距两极板等距处垂直进入平行板间的匀强电场，如图1－6－6所示，若两板间距d＝1.0 cm，板长l＝5.0 cm，那么，要使电子能从平行板间飞出，两个极板上最多能加多大电压？
例2
带电粒子在电场中的偏转
图1－6－6
【答案】 400 V
变式训练
如图1－6－7所示，真空中一束电子流，以一定速度v0沿着与场强垂直方向自O点正下方进入匀强电场，OA＝AB＝BC，过A、B、C三点作竖直线与电子轨迹交于M、N、P三点，则电子在OM、MN、NP三段中动能增加量ΔEk1∶ΔEk2∶ΔEk3＝________.
图1－6－7
解析：根据动能定理，ΔEk等于每段中电场力做的功．因电场力相同，所以ΔEk∝s(位移)
又OA、AB、BC相等，即tOM＝tMN＝tNP
所以sOM∶sMN∶sNP＝1∶3∶5(电场力方向上的位移)
所以ΔEk1∶ΔEk2∶ΔEk3＝1∶3∶5.
答案：1∶3∶5
(2011年湛江高二测试)喷墨打印机的结构简图如图1－6－8所示，其中墨盒可以发出墨汁微滴，其半径为1×10－5m，此微滴经过带电室时被带上负电，带电的多少由计算机按字体笔画高低位置输入信号加以控制，带电后的微粒以一定的水平初速度进入偏转电场，带电微滴经过偏转电场发生偏转后，打到纸上，显示出字体，无信号输入时，墨汁微滴不带电，
例3
带电粒子在电场中的运动与实际应用
径直通过偏转电场而注入回流槽流回墨盒．设偏转极板长为l＝1.6 cm，两板间的距离为d＝0.50 cm，偏转板的右端距纸L＝3.2 cm，若一个墨汁微滴的质量为1.6×10－10kg，以20 m/s的初速度垂直于电场方向进入偏转电场，两偏转板间的电压是8.0×103 V，若墨汁微滴打到纸上的点距原射入方向的距离是2.0 mm，求这个墨汁微滴过带电室所带的电荷量(不计空气阻力和重力，可以认为偏转电场只局限在平行板电容器内部，忽略边缘电场的不均匀性)．为了使纸上的字体放大10%，请你分析一个可行的方法．
图1－6－8
【精讲精析】 从偏转极板间射出后，微滴做匀速直线运动，其反向延长线交于极板中点，可求解微滴打到纸上点距原入射方向距离的表达式，即可分析得出可行的办法．
设带电微滴的电荷量为q，进入电场后微滴的竖直侧移为y1，离开电场后打到纸上的过程中竖直侧移为y2，则
【答案】 1.25×10－13 C 可使U变为8.8×103 V，或将L变为3.6 cm
【方法总结】 学习物理的最终目的是把它服务于生活，要想很好的解决实际生活中一些问题，了解其中所暗含的物理原理，必须巩固掌握所学知识，真正理解其中的道理．(共37张PPT)
第一节 我们周围的磁现象
第二节 认识磁场
课标定位
学习目标：1.了解我国古代在磁方面的研究成果及对人类文明的影响．
2．知道地磁场和软磁性材料、硬磁性材料．
3．知道磁场的基本特点是对电流有力的作用．
4．学会安培定则和磁感线的应用．
重点难点：1.地磁场中磁感线的分布．
2．安培定则和磁感线的应用．
一、我们周围的磁现象
1．无处不在的磁
指南针是我国古代的四大发明之一；现代生活要用到磁，更离不开磁；生物也有磁现象，人体心脏的生物电流产生微弱的心磁，因而______已经成为发现某些心脏疾病的重要手段．关于信鸽认家的现象，有一种解释说，信鸽是通过地球的____来导航的．
心磁图
磁场
2．地磁场
(1)地球由于本身具有磁性而在其周围形成的磁场叫_________
(2)地磁场能够使指南针在____时沿地球的南北方向取向，地球磁体的N极(北极)位于地理____附近，地球磁体的S极(南极)位于地理____附近，但地磁极与地理极并不重合．
3．磁性材料
(1)磁性材料：像铁那样磁化后磁性很强的物质叫做_____________所谓磁性材料通常就是指这一类物质．
地磁场．
静止
南极
北极
铁磁性物质．
磁性材料分为__________与___________按化学成分分为两大类：____________和_______
__磁性材料：磁化后容易去磁的物质．
__磁性材料：磁化后不容易去磁的物质．
(2)应用
①软磁性材料：适用于____________的场合，常用来制造半导体收音机的天线磁棒、录音机和录像机的磁头、变压器、电动机、发电机、电磁铁等．
②硬磁性材料：适用于制成______(可用于扬声器、话筒等)，并广泛用作磁记录材料(可用于录音机磁带、银行卡、计算机硬盘等)．
硬磁性材料
软磁性材料．
金属磁性材料
铁氧体．
软
硬
需要反复磁化
永磁铁
思考感悟
1．各种磁卡为我们的生活提供了极大的方便，在保存时磁卡能不能与手机、磁铁等磁性物质放在一起，为什么？
提示：不能，磁卡上的磁性信息与手机等放在一起时，容易被磁化，造成信息丢失．
1．磁场初探
(1)磁体之间的相互作用是通过磁场发生的，磁场对放入其中的磁体____的作用．
(2)奥斯特发现了电流磁效应，即电流能够产生______物理学家____经过反复研究发现，磁场对____可以产生作用力．
2．磁场有方向吗
磁场是有方向性的，物理学规定，在磁场中的任一点，小磁针____受力的方向，亦即小磁针静止时____所指的方向，就是该点的磁场方向．
有力
磁场．
安培
电流
北极
北极
3．图示磁场
(1)我们可以用磁感线来描述磁场，所谓磁感线就是在磁场中_______________________，在这些曲线上，每一点磁场方向都与该点的________一致．
(2)直线电流的方向跟它的磁感线方向之间的关系可以用________来判定：用____握住导线，让伸直的大拇指指向____方向，弯曲的四指所指的是______的环绕方向．
(3)环形电流的方向跟中心轴线上的磁感线方向之间的关系，也可以用________来判定，即让右手弯曲的四指与环形电流的方向一致，伸直的拇指所指的方向就是环形导线轴线上磁感线的方向．
画出的一些有方向的曲线
切线方向
安培定则
右手
电流
磁感线
安培定则
(4)通电螺线管的电流方向跟它的磁感线之间的关系，仍可用________来判定：右手握住螺线管，让弯曲的四指所指的方向跟电流方向一致，拇指所指的方向就是螺线管____磁感线的方向，或拇指指向螺线管的N极．
4．安培分子电流假说
任何物质的分子中都存在环形电流——分子电流，分子电流使每个物质分子都成为一个微小的______
安培定则
内部
磁体．
思考感悟
2．磁化后的铁屑在磁力的作用下所呈现出来的形状是磁感线吗？
提示：不是，磁感线是人们描述磁场分布、强弱等引入的假想的曲线，它实际是不存在的．物理学家用电场线和磁感线来分析电磁场的问题，既形象又方便．但是，用细铁屑显示的并不是磁感线，它只是形象地说明了磁感线或磁场的分布情况．
一、对地磁场的理解
1．地磁场特点：地磁场的方向并不是正南正北方向的，即地磁两极与地理两极并不重合．地磁南极在地理北极附近，地磁北极在地理南极附近，地磁场方向与正南正北方向间有一夹角叫磁偏角．
2．虽然地磁两极与地理两极并不重合，但它们的位置相对来说差别不是很大．因此，我们一般认为：
(1)地理南极正上方磁场方向竖直向上，地理北极正上方磁场方向竖直向下．
核心要点突破
(2)在赤道正上方，地磁场方向水平向北．
(3)在南半球，地磁场方向指向北上方；在北半球，地磁场方向指向北下方．
特别提醒：由于地球上不同位置地磁场的方向不同，因此当涉及到有关导体相对地磁场问题时，应该首先明确所处的位置，然后根据该位置地磁场的方向来求解与地磁场相关的问题．
即时应用?(即时突破，小试牛刀)
1．(单选)关于地磁场，下列叙述正确的是( )
A．地球的地磁两极和地理两极重合
B．我们用指南针确定方向，指南针指南的一极是指南针的北极
C．地磁的北极与地理的南极重合
D．地磁的北极在地理南极附近
解析：选D.地球是一个大磁体，其磁北极(N极)在地理南极附近，磁南极(S极)在地理北极附近，并不重合．指南针指南的一极应该是磁针的南极(S极)．选项D正确．
二、对磁场的理解
1．磁场的基本特性：对处在它里面的磁极或电流有力的作用．
磁极之间、磁极与电流之间、电流与电流之间，都是通过磁场发生力的相互作用．
2．磁场的客观性：磁场虽然不是由分子、原子组成的，但它能够对放入其中的磁极、电流产生力的作用，它是客观存在的，虽然我们看不见它，但可以通过很多磁现象感知它的存在，因此它与前面学过的电场一样，也是一种物质．
3．运动电荷的磁场：电流是由于电荷做定向移动形成的，因此运动电荷周围不但有电场，同时也产生磁场．
4．磁体与磁体间有力的作用，磁体与可被磁化的非磁体也有磁力的作用，但一定是吸引力．因此，若两物体间磁力是吸引力，则其中必有一个具有磁性，若两物体间是排斥力，则两物体必都具有磁性．
特别提醒：磁场与电场都具有物质性，两者有很多相似之处，学习时可加以类比理解、识记．
即时应用?(即时突破，小试牛刀)
2．(单选)以下说法中正确的是( )
A．磁极与磁极间的相互作用是通过磁场产生的
B．电流与电流间的相互作用是通过电场产生的
C．磁极与电流间的相互作用是通过电场与磁场共同产生的
D．磁场和电场是同一种物质
解析：选A.由磁场的基本性质可知，磁体与磁体之间、磁体与电流之间、电流与电流之间都是通过磁场相互作用的，故A正确，B、C错误；磁场与电场的基本性质不同，产生的原因不同，因此不是同一种物质，故D错误．
三、对磁感线的理解
1．磁感线的特点
(1)为形象描述磁场而引入的假想曲线，实际并不存在．
(2)磁感线的疏密表示磁场的强弱，密集的地方磁场强，稀疏的地方磁场弱．
(3)磁感线的方向：磁体外部从N极指向S极，磁体内部从S极指向N极．
(4)磁感线闭合而不相交，不相切，也不中断．
(5)磁感线上某点的切线方向表示该点的磁场方向．
2．磁感线和电场线的区别
磁感线 电场线
相似点 意义 形象地描述磁场方向和相对强弱而假想的线 形象地描述电场方向和相对强弱而假想的线
方向 线上各点的切线方向即该点的磁场方向，是磁针N极受力方向，也是小磁针静止时的指向 线上各点的切线方向即该点的电场方向，是正电荷受电场力的方向
疏密 表示磁场强弱 表示电场强弱
特点 在空间不相交、不中断 除电荷处外，在空间不相交、不中断
不同点 是闭合曲线 静电场始于正电荷或无穷远处，止于负电荷或无穷远处，不闭合的曲线
特别提醒：磁感线与电场线类似，没有画磁感线的地方，并不表示那里没有磁场存在．磁感线在空间不能相交，若有两条磁感线相交，根据磁感线定义，在交点处磁场就有两个方向，这与事实不符．
即时应用?(即时突破，小试牛刀)
3．(单选)(2011年佛山高二检测)下列关于电场线和磁感线的说法中，正确的是( )
A．电场线和磁感线都是电场或磁场中实际存在的线
B．磁场中两条磁感线一定不相交，但在复杂电场中的电场线是可以相交的
C．电场线是一条不闭合曲线，而磁感线是一条闭合曲线
D．磁感线是从磁铁的N极指向S极的
解析：选C.电场线与磁感线分别是为了形象描述电场、磁场而引入的假想线，实际不存在，A错．两种场线的切线方向均表示相应的场方向，两种场线都不会相交，B错．电场线起始于正电荷、终止于负电荷，而磁感线在磁体外部由N极指向S极，在磁体内部由S极指向N极，组成闭合曲线，C对，D错．
四、几种常见磁场磁感线的分布
1．如图3－1－1所示为条形磁铁和蹄形磁铁的磁感线．
(1)条形磁铁：磁极处磁场最强．
(2)蹄形磁铁：蹄口内磁感线平行．
图3－1－1
2．如图3－1－2所示为直线电流形成的磁场的磁感线，其形态为围绕直线的一族同心圆，离导线越近，磁场越强．
图3－1－2
说明：图中的“×”号表示磁场方向垂直进入纸面，“·”号表示磁场方向垂直离开纸面．
3．如图3－1－3所示为环形电流形成磁场的磁感线，环内的磁场比环外的磁场强．
图3－1－3
4．通电螺线管的磁场：两端分别是N极和S极；管内磁感线方向由S极指向N极，管外磁感线由N极指向S极，画法如图3－1－4所示．
图3－1－4
特别提醒：直线电流的磁场、环形电流的磁场、通电螺线管的磁场都可以通过安培定则判断．若知道了电流的磁场方向，也可以反过来判断电流的方向；若是自由电荷做定向移动时形成“等效电流”，也可以用来判断“等效电流”的磁场．
即时应用?(即时突破，小试牛刀)
4．在蹄形铁芯上绕有线圈，如图3－1－5所示，根据小磁针的指向，画出线圈的绕线方向．
图3－1－5
解析：由静止的小磁针指向可判定磁感线的方向，由安培定则可判定线圈的绕线方向．
答案：线圈的绕线方向如图所示
(单选)铁棒A能吸引小磁针，铁棒B能排斥小磁针，若将磁铁棒A靠近铁棒B时，下列说法中正确的是( )
A．A、B一定相互吸引
B．A、B一定相互排斥
C．A、B间可能无磁场力作用
D．A、B可能相互吸引，也可能相互排斥
课堂互动讲练
例1
磁体间的相互作用
【精讲精析】 小磁针本身具有磁性，能够吸引没有磁性的铁棒，故铁棒A可能有磁性，也可能没有磁性．铁棒B能排斥小磁针，说明铁棒B一定有磁性．若A无磁性，当A靠近B时，在B的磁场作用下也会被磁化而发生相互吸引作用；若A有磁性，则A、B两磁体都有N极和S极，当它们的同名磁极互相靠近时，互相排斥；当异名磁极互相靠近时，互相吸引．故正确答案为D.
【答案】 D
【方法总结】 同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引．磁铁能吸引无磁性铁棒，无论磁针的哪一个磁极靠近铁棒时，都会把铁棒磁化，并且是相互吸引的．铁棒磁化后，靠近磁针某端的磁极与磁针的该端互为异名磁极．
(单选)在做“奥斯特实验”时下列操作中现象最明显的是( )
A．沿电流方向放置磁针，使磁针在导线的延长线上
B．沿电流方向放置磁针，使磁针在导线的正下方
C．电流沿南北方向放置在磁针的正上方
D．电流沿东西方向放置在磁针的正上方
关于奥斯特实验
例1
【精讲精析】 考虑地磁场的作用，放置通电导线一定要南北方向，开始时和磁针平行．把导线沿南北方向放置在地磁场中处于静止状态的磁针的正上方，通电时磁针发生明显的偏转，是由于南北方向放置的电流的正下方的磁场恰好是东西方向．
【答案】 C
【方法总结】 注意奥斯特实验的细节问题．导线东西放置或将磁针放在导线的延长线上都不一定能观察到磁针的偏转．
如图3－1－6表示一个通电螺线管的纵截面，ABCDE在此纵截面内5个位置上的小磁针是该螺线管通电前的指向，当螺线管通入如图所示的电流时，5个小磁针将怎样转动？
安培定则的应用
例3
图3－1－6
【思路点拨】 判断小磁针静止时N极指向时，应根据磁感线方向判断．最好不用“同名磁极相互排斥、异名磁极相互吸引”这一结论，因为，该结论只适用于磁体外部，在磁体内部结论恰恰相反．
【自主解答】 由安培定则画出螺线管内外磁感线，由小磁针静止时N极指向为磁感线切线方向，可判断小磁针静止时的指向．
【答案】 A、C两处小磁针N极向右转；B、D、E处小磁针N极向左转，最后如图3－1－7所示
变式训练 如图3－1－8所示，甲、乙是直线电流的磁场，丙、丁是环形电流的磁场，戊、己是螺线管电流的磁场，试在各图中补画出电流方向或磁感线方向．
图3－1－8
解析：根据安培定则，可以确定甲中电流方向垂直纸面向里，乙中电流的方向从下向上，丙中电流方向是逆时针，丁中磁感线的方向向下，戊中磁感线的方向向左，己中磁感线的方向向右．
答案：见解析(共38张PPT)
第五节 电场强度与电势差的关系
课标定位
一、探究场强与电势差的关系
如图1－5－1，在匀强电场中，电荷q从A点移动到B点．
图1－5－1
W＝qU
qEd
电势差
伏/米
V/m
1 V/m
思考感悟
提示：公式只适用于匀强电场，d为沿场强方向上的距离．
二、电场线与等势面的关系
1．由WAB＝qUAB可知，在同一等势面上移动电荷时因UAB＝_____，所以电场力________，电场力的方向与电荷移动方向_______．
2．电场线与等势面的关系
(1)电场线与等势面_______．
(2)沿电场线方向各等势面上的电势_______．
(3)电场线密的区域等势面_______，电场线疏的区域等势面_____．
0
不做功
垂直
垂直
减小
密
疏
3．匀强电场的等势面是一组_____________ (如图1－5－2)．
平行平面
图1－5－2
思考感悟
2．匀强电场的等势面间距一定相等吗？
提示：一定相等．
核心要点突破
图1－5－3 图1－5－4
图1－5－5 图1－5－6
即时应用?(即时突破，小试牛刀)
1．(单选)下列关于匀强电场中场强和电势差的关系，正确的说法是( )
A．在相同距离上的两点，电势差大的其场强必定大
B．任意两点间的电势差，等于场强大小和这两点间距离的乘积
C．沿着电场线方向，任何相等距离上的电势降落必相同
D．电势降落的方向必是场强方向
解析：选C.匀强电场场强处处相等，A错．任意两点间的电势差等于场强大小和这两点间沿场强方向距离的乘积，B错，C对．电势降落最快的方向是场强的方向，D错．
二、电场线与等势面的比较
电场线 等势面
意义 用来形象地描述电场强度的大小和方向而假想的曲线 电场中电势相等的点构成的面
特点 2.电场线上各点的切线方向是该点的电场强度方向；
3.电场线的疏密表示电场强度的大小，电场线密处，电场强度大；
4.电场线不能相交. 1.在同一等势面上任意两点之间移动电荷时，电场力不做功；2.等势面与电场线垂直；
3.等势面密处，场强较强；
4.等势面不能相交.
特别提醒：等势面和电场线一样，也是人们虚拟出来的，用来形象描述电场．
即时应用?(即时突破，小试牛刀)
2．(单选)图1－5－7中，A、B、C是匀强电场中的三个点，各点电势φA＝10 V，φB＝2 V，φC＝6 V，A、B、C三点在同一平面上，图中电场强度的方向表示正确的是( )
图1－5－7
解析：选D.UAB＝φA－φB＝10 V－2 V＝8 V，UAC＝φA－φC＝10 V－6 V＝4 V，则A、B中点O的电势φO＝φC，即O点与C点等电势，O、C在同一等势面上，又电场线与等势面垂直，且E的方向为电势降低的方向，故选项D正确．
课堂互动讲练
例1
如图1－5－8所示，匀强电场的场强E＝100 V/m，A、B两点相距0.1 m，A、B连线与电场线的夹角为60°，则A、B两点的电势差为多少？
图1－5－8
图1－5－9
【答案】 5 V
变式训练1
(2011年广东清远高二检测)如图1－5－10所示为某一匀强电场中三个等势面及其对应的电势值，图中A、B两点间的距离是2.5 cm，则该匀强电场的场强大小为多少？
图1－5－10
答案：1000 V/m
(单选)如图1－5－11所示，实线为电场线，虚线为等势面，且AB＝BC.电场中A、B、C三点的场强分别为EA、EB、EC，电势分别为φA、φB、φC，AB、BC间的电势差分别为UAB、UBC，则下列关系式中不正确的是( )
例2
图1－5－11
A．φA>φB>φC
B．EC>EB>EA
C．UABD．UAB＝UBC
【精讲精析】 由图中电场线形状可以看出，从A到C电场线越来越密，因此场强越来越大，即EC>EB>EA；沿着电场线的方向电势越来越低，因此φA>φB>φC；由于AB＝BC，U＝Ed且BC间平均场强较大，因此UAB【答案】 D
【方法总结】 U＝Ed只适用于匀强电场，但也可以用来定性分析非匀强电场中的情况，分析时可将场强公式中的E理解为该段距离内的平均场强．
(2011年苏州高二测试)如图1－5－12所示，ABCD是匀强电场中一正方形的四个顶点，已知A、B、C三点的电势分别是φA＝15 V，φB＝3 V、φC＝－3 V，由此可以推断D点电势是多少伏？
例3
应用等势面求电势
图1－5－12
【精讲精析】 法一：根据A、B、C三点电势的特点，连接AC并在AC连线上取M、N两点使AM＝MN＝NC，如图1－5－13所示．尽管AC不一定是场强方向，但可以肯定AM、MN、NC在场强方向上的投影长度相等．
图1－5－13
【答案】 9 V
【方法总结】 确定匀强电场中的电势是一种常见题型，只要知道匀强电场所在平面内任意不共线三点的电势，就可以确定匀强电场场强的大小及其他各点的电势．在此类问题中常用到两个推论：①在匀强电场中任意一条直线的电势都是均匀分布的；②匀强电场中任意两个平行等长线段两端点的电势差相等．
(单选)如图1－5－14所示，图中虚线表示某一电场的等势面，cd为过O点的等势面的切线．现用外力将负点电荷q从a点沿着直线aOb匀速移到b，当电荷通过O点时，关于外力的方向，下列说法正确的是(不计重力)( )
A．Od方向
B．Oc方向
C．Oa方向
D．以上说法都不对
例4
等势面与电场线关系的应用
图1－5－14
【精讲精析】 根据场强方向的定义，负电荷在电场中某点所受静电力的方向，应与该点的场强方向相反．
由等势面的性质知，该电场在O点的场强方向应与过O点的切线cd垂直且指向电势降低的方向，即垂直于cd向右，则负电荷在O点受静电力方向应为垂直于cd向左，由于q匀速运动所以负电荷q受外力方向应垂直于cd向右，故A、B、C三种说法均不对，正确答案选D.
【答案】 D
【方法总结】 先根据等势面与电场线的关系确定电场线的方向，然后确定负电荷q所受电场力的方向，最后根据平衡条件确定外力方向．(共56张PPT)
第四节 电势和电势差
课标定位
学习目标：1.知道电场力做功的特点和电势能的概念．
2．理解电场力做功与电势能变化的关系．
3．理解电势差和电势的概念．
4．知道等势面的概念，知道电荷在等势面上运动电场力不做功．
重点难点：1.电场力做功的特点及电场力做功的计算．
2．电势和电势差的理解与计算．
一、电势差
1．电场力做功的特点
电场力的功跟电荷移动的________无关，只由电荷的始末位置决定．
2．电场力做功与电势能的关系
电场力做的功等于__________的改变量．如果电场力做正功，则电势能_______，如果电场力做负功，则电势能_________．用公式表示WAB＝________________
路径
电势能
减少
增加
EpA－EpB
功
电荷量
伏特
伏
正
负
电压
思考感悟
1．电场力做功与之前学过的哪种力做功特点相似？这两种力做功与各自相应势能的变化规律是否也相似？
提示：与重力相似．电场力与重力做功的特点均是与物体的运动路径无关，均只与物体的初、末位置有关．电场力做功与电势能变化的关系、重力做功与重力势能变化的关系也很相似．势能的变化量都等于各自相应力做功的负值．
功
伏特
标量
φA－φB
高
低
思考感悟
2．物体有高低之分，物体间存在高度差，电场中各点的电势也有高低之分，因此也会存在“电势差”．高度差与起点(零点)选择无关，那么，电场中两点间的“电势差”与零电势的选择又有什么关系呢？
提示：电势差与零电势的选取无关．
图1－4－1
三、等势面
1．定义：电场中电势__________的点构成的曲面．
2．等势面与电场强弱的关系：等势面密的地方电场______，等势面疏的地方电场_____．
思考感悟
3．电势不相等的两个等势面能相交吗？
提示：不能．
相等
强
弱
核心要点突破
一、电场力做功与电势能的变化
1．电场力做功的特点
电场力对电荷所做的功，与电荷的初末位置有关，与电荷经过的路径无关．
(1)在匀强电场中，电场力做功为W＝qEd，其中d为电荷沿电场线方向上的位移．
(2)电场力做功与重力做功相似，只要初末位置确定了，移动电荷q做的功就是确定值．
2．电场力做功正负的判断
(1)根据电场力和位移的方向夹角判断，此法常用于匀强电场中恒定电场力做功的判断．夹角为锐角做正功，夹角为钝角做负功．
(2)根据电场力和瞬时速度方向的夹角判断，此法常用于判断曲线运动中变化电场力的做功，夹角是锐角做正功，是钝角做负功，二者垂直不做功．
3．电场力做功与电势能变化的关系
电场力做功与重力做功类似，与路径无关，取决于初末位置，类比重力势能引入了电势能的概念．电场力做功与电势能变化的关系是电场力做功量度了电势能的变化：
(1)电场力做功一定伴随着电势能的变化，电势能的变化只有通过电场力做功才能实现，与其他力是否做功，及做功多少无关．
(2)电场力做正功，电势能一定减小；电场力做负功，电势能一定增大．电场力做功的值等于电势能的变化量，即：
WAB＝EpA－EpB.
特别提醒：(1)电场力做功只能决定电势能的变化量，而不能决定电荷电势能的数值．
(2)电荷在电场中的起始和终止位置确定后，电场力所做的功就确定了，所以电荷的电势能的变化也就确定了．
即时应用?(即时突破，小试牛刀)
1．(单选)两个带异种电荷的物体间距离增大一些时( )
A．电场力做正功，电势能增加
B．电场力做负功，电势能增加
C．电场力做正功，电势能减少
D．电场力做负功，电势能减少
解析：选B.根据电场力做功与电势能改变的关系，即电场力做正功，电势能减少；电场力做负功，电势能增加，首先确定A、D错误．带异种电荷的物体相互吸引，距离增大时，电场力做负功，因此电势能增加，B正确，C错误，故正确答案为B.
3．各物理量的符号问题：
(1)WAB、UAB、q均可正可负，WAB取正号表示静电力做正功，UAB取正号表示φA＞φB，q取正号表示试探电荷为正电荷．WAB取负号表示静电力做负功，UAB＜0表示φA＜φB，q取负号表示试探电荷为负电荷．
(2)涉及W、U、q三者关系的计算时，可将各量的正负号及数值一并代入进行计算，也可以各物理量都取绝对值，电场力做功的正负要根据电荷的移动方向及所受电场力的方向的具体情况来确定，电势差的正负要看在电场中的始末位置及场强方向．
特别提醒：用关系式WAB＝qUAB进行相关计算时要注意W与U的角标要对应，不要造成混乱，因为UAB＝－UBA，WAB＝－WBA.
D．若电荷由A点移到B点的过程中，除受静电力外，还受其他力的作用，则电荷电势能的变化就不再等于静电力所做的功
三、对电势概念的理解
1．电势的理解
(1)电势是表征电场中某点的能的性质的物理量，仅与电场中某点性质有关，与电场力做功的值及试探电荷的电荷量、电性无关，也是采用比值定义法．
(2)电势的具体值只有在选定了零电势点后才有意义，故电势是相对的．电势零点的选取是任意的，但以方便为原则．如果没有特别规定，一般选无穷远处或大地的电势为零．
(3)电势是标量，只有大小，没有方向，在规定了零电势后，电场中各点的电势可以是正值，也可以是负值．正值表示该点电势比零高，负值表示该点电势比零低，所以，同一电场中，正电势一定高于负电势．
(4)若以无穷远处电势为零，则正点电荷周围各点电势为正，负点电荷周围各点电势为负．越靠近正电荷电势越高，越远离负电荷电势越高．
2．电场中两点电势高低的判断方法
(1)根据电场力做功判断
①在两点间移动正电荷，如果电场力做正功，则电势降低；如果电场力做负功，则电势升高．
②在两点间移动负电荷，如果电场力做正功，则电势升高；如果电场力做负功，则电势降低．
(2)根据电场线方向判定
电场线的方向就是电势降低最快的方向．
(3)根据电荷电势能的变化判断
①在两点间移动正电荷时，电势能增加，则电势升高；电势能减小，则电势降低．
②在两点间移动负电荷时，电势能增加，则电势降低；电势能减小，则电势升高．
即时应用?(即时突破，小试牛刀)
3．(单选)下列说法中哪些是正确的是( )
A．沿电场线的指向，场强一定越来越小
B．沿电场线的指向，电势一定越来越低
C．沿电场线方向移动电荷，电势能逐渐减小
D．在电场力作用下，正电荷一定从电势高处向电势低处移动
解析：选B.电场线的切线方向就是场强的方向，同时也是电势降低的方向，但不一定是场强减小的方向，故A错，B对．只有沿电场线方向移动正电荷，电势能才减小，负电荷则相反，故C错．因为不知道电荷的初速度，所以D错．
四、对等势面的理解
1．等势面就是在电场中电势相等的点所构成的面．随意找几个点，都能画出它们的等势面，这样的几个等势面不能完整地描述电场．如果我们每隔相等的电势画等势面，也就是我们通常所说的等差等势面，就可以比较形象、完整地描述电场了．等势面分布密的地方，电场强度大；反之电场强度小．
2．等势面的应用
(1)知道等势面的分布就知道电场中各点电势的高低差别．
(2)能求出电荷在不同等势面间移动时电场力做的功，即Wab＝qUab＝q(φa－φb)．
即时应用?(即时突破，小试牛刀)
4．(双选)如图1－4－2所示，B、C、D三点都在以点电荷＋Q为圆心的圆弧上，将一试探电荷从A点分别移到B、C、D各点时，静电力做的功大小比较( )
图1－4－2
A．WAB＞WAC
B．WAD＞WAB
C．WAC＝WAD
D．WAB＝WAC
解析：选CD.B、C、D三点位于同一等势面上，故UAB＝UAC＝UAD，将同一试探电荷从A点分别移到B、C、D各点，由WAB＝qUAB可得静电力做功相同，故选C、D.
五、电势和电场强度的关系
电势φ 电场强度E
物理意义 描述电场的能的性质 描述电场的力的性质
大小 (1)电场中某点的电势等于该点跟选定的标准位置(零电势点)间的电势差(2)φ＝Ep/q，φ在数值上等于单位正电荷在电场中该点具有的电势能 (1)电场中某点的场强等于放在该点点电荷所受的电场力F跟点电荷电荷量q的比值(2)E＝F/q，E在数值上等于单位正电荷在该点所受到的静电力
电势φ 电场强度E
矢标性 标量 矢量
单位 V V/m
联系 (1)电势沿着电场强度的方向降落(2)大小之间不存在任何关系，电势为零的点，场强不一定为零；电势高的地方，场强不一定大；场强为零的地方，电势不一定为零；场强大的地方，电势不一定高
即时应用?(即时突破，小试牛刀)
5．(双选)如图1－4－3是点电荷形成的电场的一条电场线，其上两点A和B，如图所示，比较A、B两点电势高低和电场强度的大小．如规定无穷远处电势为零，则下列说法可能正确的是( )
图1－4－3
A．EA＞EB, φA＞φB＞0
B．EA＞EB,0＞φA＞φB
C．EA＜EB，φA＞φB＞0
D．EA＜EB,0＞φA＞φB
解析：选AD.顺着电场线方向电势降低，所以φA＞φB，由于只有一条电场线，无法看出电场线疏密，也就无法判定场强大小．同样无法判定当无穷远处电势为0时，A、B的电势是大于0还是小于0.若是由正电荷形成的场，则EA＞EB，φA＞φB＞0，若是由负电荷形成的场，则EA＜EB,0＞φA＞φB.所以选A、D.
六、电势与电势能的区别和联系
电势φ 电势能Ep
物理意义 反映电场的能的性质的物理量 电荷在电场中某点所具有的电势能
相关因素 电场中某一点的电势的大小，只跟电场本身有关，跟点电荷q无关 电势能大小是由点电荷q和该点电势高低共同决定的
电势φ 电势能Ep
大小 电势沿电场线逐渐降落，选定零电势点后，某点的电势高于零者为正值；低于零者为负值 正点电荷(＋q)：电势能的正负跟电势的正负相同．负点电荷(－q)：电势能的正负跟电势的正负相反
单位 伏特(V) 焦耳(J)
特别提醒：电势是描述电场能的性质的物理量，既与电场本身有关，还与零势面的选取有关，但与放入的电荷无关．而电势能不仅与电场、零势面的选取有关，还与放入的电荷有关．不同点电荷在电场中同一点的电势能不同，但电势相同．
即时应用?(即时突破，小试牛刀)
6．(双选)下列关于电势高低的判断，正确的是( )
A．负电荷从P点移到M点，电势能增加，P点电势一定较低
B．负电荷从P点移到M点，电势能增加，M点电势一定较低
C．正电荷从P点移到M点，电势能增加，P点电势一定较低
D．正电荷从P点移到M点，电势能增加，M点电势一定较低
解析：选BC.正电荷的电势能增加了，则是由低电势处移到了高电势处；负电荷的电势能增加了，则是由高电势处移到了低电势处，所以B、C正确．
七、对电势差与电势关系的理解
特别提醒：(1)讲电势差，必须明确是哪两点的电势差．A、B间的电势差记为UAB，而B、A间的电势差记为UBA，UBA＝φB－φA＝－(φA－φB)＝－UAB.
(2)电势差的正负表示电场中两点电势的相对高低，若UAB＞0，则φA＞φB，若UAB＜0，则φA＜φB；电势的正负表示比零电势点的电势高还是低，φA＞0，说明A点电势高于零电势点电势．
即时应用?(即时突破，小试牛刀)
7．(单选)在电场中，A、B两点间的电势差UAB＝75 V，B、C两点间的电势差UBC＝－200 V，则A、B、C三点电势高低关系是( )
A．φA＞φB＞φC B．φA＜φC＜φB
C．φC＞φA＞φB D．φC＞φB＞φA
解析：选C.因为UAB＝φA－φB＝75 V＞0，所以φA＞φB.又UBC＝φB－φC＝－200 V＜0，所以φB＜φC.又UAC＝UAB＋UBC＝75 V＋(－200 V)＝－125 V＜0，所以φA＜φC.则φC＞φA＞φB.故正确答案为C.
课堂互动讲练
例1
(单选)如图1－4－4所示，带正电的点电荷固定于Q点，电子在库仑力作用下，做以Q为一焦点的椭圆运动．M、P、N为椭圆上的三点，P点是轨道上离Q最近的点．电子在从M到达N点的过程中( )
A．电场场强先增大后减小
B．电势逐渐降低
C．电势能先增大后减小
D．速率先减小后增大
电场强度、电势、电势差、电势能的理解
图1－4－4
【答案】 A
【方法总结】 正确理解电场强度、电势、电势能的概念是解决此类问题的关键．
如图1－4－5所示．把电荷量为－5×10－9 C的电荷，从电场中的A点移到B点，其电势能________(选填“增大”“减小”或“不变”)；若A点的电势φA＝15 V，B点的电势φB＝10 V，则此过程中电场力做的功为________ J.
例2
电场力做功的求解
图1－4－5
【答案】 增大 －2.5×10－8
有一带电荷量q＝－3×10－6 C的点电荷，从电场中的A点移到B点时，克服电场力做功6×10－4 J，从B点移到C点时电场力做功9×10－4 J．求：
(1)AB、BC、CA间电势差各为多少？
(2)如以B点电势为零，则A、C两点的电势各为多少？电荷在A、C两点的电势能各为多少？
例3
电势差和电势的计算
UCA＝UCB＋UBA
＝－UBC＋(－UAB)
＝300 V－200 V＝100 V.
(2)若φB＝0，由UAB＝φA－φB得φA＝UAB＝200 V
由UBC＝φB－φC得
φC＝φB－UBC＝0－(－300) V＝300 V
电荷在零电势处的电势能为零，由WAB＝EpA－EpB，
WBC＝EpB－EpC可得：EpA＝WAB＝－6×10－4 J
EpC＝－WBC＝－9×10－4 J.
【答案】 (1)200 V －300 V 100 V
(2)200 V 300 V －6×10－4 J －9×10－4 J
变式训练
(单选)电场中有A、B两点，一个点电荷在A点的电势能为1.2×10－8 J，在B点的电势能为0.8×10－8 J．已知A、B两点在同一条电场线上，如图1－4－6所示，该点电荷的电荷量数值为1.0×10－9 C．那么( )
图1－4－6
A．该电荷为负电荷
B．该电荷为正电荷
C．A、B两点的电势差U＝4.0 V
D．点电荷从A移到B，电场力做功为W＝4.0 J(共46张PPT)
第四节 认识多用电表
课标定位
学习目标：1.理解并掌握欧姆表和多用电表的制作原理．
2．学会用多用电表测量小灯泡的电压、电流及二极管的正、反向电阻．
3．会使用多用电表测量电流和电压，知道各个量程存在差异的原因．
4．会使用多用电表测量电阻，知道测量电阻的基本方法．
5．会使用多用电表查找电路的故障．
重点难点：多用电表的制作原理及使用．
一、多用电表的原理
1．构造
指针式多用电表一般由_____、 __________、 __________以及______________等组成．
(1)表头是一个灵敏直流电流表，主要部分是__________和__________．
(2)当电流通过线圈时，线圈在______的作用下带动_____偏转．
(3)表头的满偏电流Ig；电流的大小由指针偏转的角度大小表示，指针偏转到最大角度时对应的电流为Ig.
表头
测量电路
转换开关
红黑测量表笔
永久磁铁
可动线圈
磁场
指针
2．用途
多用电表是一种可以测量_____、 _____以及_____等电学量的仪表，它具有多功能、 _______、方便携带的特点，是科学实验、生产实践中用来判断_________、检测电路元件的重要工具．
3．多用电表测直流电流和直流电压
这一原理实际上是电路的分流和分压原理，按照图2－4－1，将其中的转换开关接1或者2时测__________；接3或4时测_________．转换开关接5时，测_____．
电流
电压
电阻
多量程
电路故障
直流电流
直流电压
电阻
图2－4－1
4．多用电表电阻挡(欧姆表)
图2－4－2
思考感悟
欧姆表的表盘刻度均匀吗？
提示：在欧姆表的刻度盘上，标出的刻度从零到无穷大，由于I与R的非线性关系．表盘上电流刻度是均匀的，其对应的电阻刻度是不均匀的．
二、学会使用多用电表
多用电表使用前应调节_________调节旋钮，使指针正对零刻度．使用后要把选择开头拨至最大_________挡或“OFF”处，长期不用时应取出表内电池．
无论是测电流还是电压，都应选择适当的量程使表头指针尽量停靠在接近_______处．测量电阻时，表头指针应停在表盘刻度的__________．用多用电表的________判断二极管的极性时，要用两表笔分别连接二极管的两极，然后将两表笔反过来连接二极管的两极，可以测出两个电阻值
机械零点
交流电压
满刻度
中央附近
电阻挡
一、电压表和电流表的改装
两表改装
比较项目 小量程的表头G(Ig，Rg)改装成电压表V 小量程的表头G(Ig，Rg)改装成电流表A
内部电路
扩大后量程 U I
R的作用 分压 分流
特别提醒：(1)无论表头G改装成电压表还是电流表，它的三个特征量Ug、Ig、Rg是不变的，即通过表头的最大电流Ig并不改变．
(2)电表改装的问题实际上是串并联电路中电流、电压的计算问题，只要把表头G看成一个电阻Rg即可，切记通过表头的满偏电流Ig是不变的．
即时应用?(即时突破，小试牛刀)
1．(双选)如图2－4－3所示，甲、乙两个电路，都是由一个灵敏电流表G和一个变阻器R组成，下列说法中正确的是( )
图2－4－3
A．甲表是电流表，R增大时量程增大
B．甲表是电流表，R增大时量程减小
C．乙表是电压表，R增大时量程增大
D．乙表是电压表，R增大时量程减小
二、多用电表表盘的刻度特点
1．直流、交流电压电流挡的表盘：都是均匀的，0刻度在左侧，最大值在右侧；直流、交流电压、电流挡共用表盘中间的刻度线．
2．低压交流电压挡的表盘：此表盘的刻度线不均匀，位于表盘下侧，0刻度在左侧，最大值2.5 V在右侧，只有交流电压小于2.5 V时，才从此表盘读数．
特别提醒：在利用多用电表进行读数时，首先应明确所要测量的是哪一个物理量，然后结合所选的挡位对表盘进行读数．
即时应用?(即时突破，小试牛刀)
2．如图2－4－4所示是把量程为3 mA的电流表改装成的多用电表的结构示意图，其中电池电动势E＝1.5 V，经改装后，若将原电流表3 mA刻度处的刻度值定为零位置，则2 mA刻度处应标________Ω，1 mA刻度处应标________Ω，1.5 mA刻度处应标________Ω.
图2－4－4
答案：250 1000 500
三、多用电表的使用
1．使用步骤
(1)用螺丝刀轻轻转动多用电表的机械调零旋钮(调整定位螺丝)，使指针正对零刻度(电流、电压的零刻度)．
(2)选挡：测电流、电压时选择合适的量程；测电阻时选择合适的倍率，以使指针指在中间刻度范围．
(3)测电阻选用合适的倍率后，用欧姆调零旋钮进行调零(表笔直接接触，指针指右侧电阻零刻度)．
(4)将红黑表笔接被测电阻两端进行测量．
(5)将指针示数乘以倍率得测量值．
(6)将选择开关扳到OFF或交流电压最高挡．
3．二极管的极性判断
(1)关于晶体二极管
图2－4－5
晶体二极管是用半导体材料制成的，它有两个极，一个叫正极，一个叫负极．它的符号如图2－4－5所示．
晶体二极管具有单向导电性(符号上的箭头表示允许电流通过的方向)．当给二极管加正向电压时，它的电阻很小，电路导通，小灯泡正常发光，如图2－4－6甲所示；当给二极管加反向电压时，它的电阻很大，电路截止，小灯泡不发光，如图2－4－6乙所示．
图2－4－6
(2)测正向电阻：用多用电表的电阻挡，量程拨到“×10”的位置上，将红表笔插入“＋”插孔，黑表笔插入“－”插孔，然后两表笔短接进行电阻挡调零后，将黑表笔接触二极管的正极，红表笔接触二极管的负极，稳定后读取示数乘上倍率求出正向电阻R1.
(3)测反向电阻：将多用电表的选择开关旋至高倍率的欧姆挡(例如“×1 k”)，变换挡位之后，须再次把两表笔短接调零，将黑表笔接触二极管的负极，红表笔接触二极管的正极，稳定后读取示数乘上倍率(例如1 k)求出反向电阻R2.
特别提醒： (1)测电流、电压时内部测量电路没有电源，但欧姆挡内部电路有电源，所以测电阻时，待测电阻与外部电源以及其他电阻断开，且不要用手接触表笔的金属杆．
(2)不管用多用电表测什么项目，电流都是从红表笔流入，从黑表笔流出．
(3)换用欧姆挡的另一量程时，一定要重新进行“欧姆调零”，才能进行测量．
(4)指针稳定后才能读数，测电阻时表针示数乘以选择开关所指的倍数，电压、电流的读数同样要看清选择开关所选择的量程．
即时应用?(即时突破，小试牛刀)
3．(单选)用多用电表测直流电压U和测电阻R时，若红表笔插入多用电表的(＋)插孔，黑表笔插入多用电表的(－)插孔，则( )
A．测电压时电流从红表笔流入多用电表，测电阻时电流从红表笔流出多用电表
B．测电压时电流从红表笔流入多用电表，测电阻时电流从红表笔流入多用电表
C．测电压时电流从红表笔流出多用电表，测电阻时电流从红表笔流出多用电表
D．测电压时电流从红表笔流出多用电表，测电阻时电流从红表笔流入多用电表
解析：选B.多用电表测电压时，红表笔接外部电源的正极，因此，电流应从红表笔流入多用电表，而多用电表测电阻时，红表笔接多用电表内部电源的负极，电流应从红表笔流入多用电表，故选项B正确．
(2011年黄冈检测)已知电流表的内阻Rg＝120 Ω，满偏电流Ig＝3 mA，要把它改装成量程是6 V的电压表，应串联多大的电阻？要把它改装成量程是3 A的电流表，应并联多大的电阻？
课堂互动讲练
例1
电流表改装的计算
【答案】 1880 Ω 0.12 Ω
【方法总结】 (1)电压表是由一只电流计跟一只定值电阻串联而成，串联的电阻起分压作用．改装后的电压表量程不同是因为串联的电阻不同．电流表是由一只电流计跟一只定值电阻并联而成，并联的电阻起分流的作用．并联不同阻值的电阻改装后的量程不同．
(2)改装后的电压表的表盘上显示的是表头和分压电阻两端的总电压，改装后的电流表表盘上显示的是通过表头和分流电阻的总电流．
例2
欧姆表原理的理解及计算
图2－4－7
【思路点拨】 欧姆表测电阻的基本原理是闭合电路的欧姆定律，只要搞清欧姆表的电路连接情况，根据闭合电路的欧姆定律很容易求解．
【答案】 6.5 kΩ 7.5 kΩ 15.0 kΩ
变式训练 一个用满偏电流为3 mA的电流表改装成的欧姆表，调零后用它测量500 Ω的标准电阻时，指针恰好指在刻度盘的正中间．如用它测量一个未知电阻时，指针指在1 mA处，则被测电阻的阻值为多少？
答案：1000 Ω
(2009年高考上海卷)(1)用多用电表的欧姆挡测量阻值约为几十千欧的电阻Rx，以下给出的是可能的操作步骤，其中S为选择开关，P为欧姆挡调零旋钮．把你认为正确步骤前的字母按合理的顺序填写在下面的横线上________．
例3
多用表的使用
a．将两表笔短接，调节P使指针对准刻度盘上欧姆挡的0刻度，断开两表笔
b．将两表笔分别连接到被测电阻的两端，读出Rx的阻值后，断开两表笔
c．旋转S使其尖端对准欧姆挡×1 k
d．旋转S使其尖端对准欧姆挡×100
e．旋转S使其尖端对准交流500 V挡，并拔出两表笔根据图2－4－8所示指针位置，此被测电阻的阻值约为________Ω.
图2－4－8
(2)(双选)下述关于用多用表欧姆挡测电阻的说法中正确的是( )
A．测量电阻时，如果指针偏转过大，应将选择开关S拨至倍率较小的挡位，重新调零后测量
B．测量电阻时，如果红、黑表笔分别插在负、正插孔，则会影响测量结果
C．测量电路中的某个电阻，应该把该电阻与电路断开
D．测量阻值不同的电阻时，都必须重新调零
【精讲精析】 (1)多用表测电阻时，选择挡位的原则是表头指针停在表盘刻度的中央附近．故选用×1 k挡．测量前先进行欧姆调零，使用完毕应将选择开关置于OFF位置或者交流电压最大挡，然后拔出表笔．欧姆表的示数乘以相应挡位的倍率即为待测电阻的阻值30 kΩ.
(2)欧姆挡更换规律“大小，小大”，即当指针偏角较大时，表明待测电阻较小，应换较小的挡位；反之应换较大的挡位，电流总是从红表笔流入从黑表笔流出多用电表，每次换挡一定要进行欧姆调零，测量电阻一定要断电作业．所以A、C正确．
【答案】 (1)cabe 30 k (2)AC
【方法总结】 一般先选择较大的挡位粗测，指针偏角大，则电阻较小；注意每换一次要调零．
如图2－4－9所示电路的三根导线中，有一根是断的，电源、电阻器R1、R2及另外两根导线是好的．为了查出断导线，某学生想先用多用电表的红表笔连接在电源的正极a，再将黑表笔连接在电阻R1的b端和R2的c端，并观察多用电表指针的示数．在下列选项中，符合操作规程的是( )
用多用电表判断电路故障
例4
图2－4－9
A．直流10 V挡 B．直流0.5 A挡
C．直流2.5 V挡 D．欧姆挡
【答案】 A
【方法总结】 (1)判断电路故障常用多用电表的电压挡，因为操作既简便又安全，但要注意量程的选取．
(2)在确认无电压的情况下，才能用多用电表的欧姆挡判断故障，而且要将待测元件与电路断开(共30张PPT)
第四节 安培力的应用
课标定位
学习目标：
1.理解直流电动机的原理．
2．理解磁电式电表的原理．
重点难点：直流电动机和磁电式电表的原理．
一、直流电动机
1．电动机的分类：电动机有____电动机与____电动机之分， ____电动机还可分为单相交流电动机与三相交流电动机．
直流
交流
交流
2．直流电动机的结构及原理(如图3－4－1)：
图3－4－1
(1)当线圈由位置丁经位置甲运动到位置乙时，图中左边受力方向____ ，右边受力方向____ ，使线圈顺时针转动；当线圈在位置乙时不受力，由于惯性继续转动．
(2)当线圈由位置乙经位置丙运动到位置丁时，由于电流换向，图中左边受力方向____ ，右边受力方向____ ，使线圈继续顺时针转动；当线圈在位置丁时不受力，由于惯性继续转动；然后，线圈重复以上过程转动下去．
3．直流电动机的优点：通过改变输入电压很容易调节它的____ ，而__________的调速就不太方便．
向上
向下
向上
向下
转速
交流电动机
思考感悟
1．在开关闭合前，能否让线圈停在上图中的乙、丁两图所示的位置上？
提示：不能．
二、磁电式电表
1．电流表是测量____的电学仪器，我们在实验时经常使用的电流表是______电流表．
2．在磁电式电流表中，强蹄形磁铁的两极间有一个固定的圆柱形铁芯，铁芯外面套有一个转动的铝框，在铝框上绕有线圈．铝框的转轴上装有两个螺旋弹簧和一个指针，线圈的两端分别接在这两个螺旋弹簧上，被测电流经过这两个弹簧流入线圈．
电流
磁电式
如图3－4－2所示，蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀辐射分布的，通电线圈不管转到什么角度，线圈的平面都跟磁感线平行．当电流通过线圈的时候，线圈上跟铁芯轴线平行的两边受到的安培力产生力矩，使线圈发生转动．同时，螺旋弹簧被扭转，产生一个阻碍线圈转动的力矩，其大小随线圈转动角度的增大而增大．直至上述两个力矩相____时，线圈才会停下来．
均匀辐射分布的磁场
图3－4－2
平衡
磁场对电流的作用力跟电流成____，因而线圈中的电流越大，安培力产生的力矩也越大，线圈和指针偏转的角度也就越大．因此，根据指针偏转角度的____，可以知道被测电流的强弱．
正比
大小
思考感悟
2．磁电式电流表中磁铁与铁芯之间的磁场是匀强磁场吗？
提示：不是．
一、直流电动机的原理
如图3－4－3所示，矩形线圈abcd的转轴OO′垂直于匀强磁场B的方向，且线圈平面与磁场方向的夹角为θ.为了便于分析通入恒定电流I时各边的受力情况，首先将立体空间图转化为平面图，即顺着转轴OO′看线圈所看到的结果如图3－4－4所示，ad与磁场方向的夹角就是线圈平面与磁场方向的夹角．
图3－4－3
图3－4－4
即时应用?(即时突破，小试牛刀)
图3－4－5
1．(单选)一单匝线圈abcd，面积为S，通入电流为I，方向如图3－4－5所示．在磁感应强度为B的匀强磁场中，线圈平面与B成θ角，此时线圈所受磁力矩为( )
A．M＝BISsinθ，顺时针
B．M＝BISsinθ，逆时针
C．M＝BIScosθ，顺时针
D．M＝BIScosθ，逆时针
二、磁电式电表的原理
1．电流表中磁铁与铁芯之间的磁场是均匀辐向分布的
所有磁感线的延长线都通过铁芯的中心，不管线圈处于什么位置，线圈平面与磁感线之间的夹角都是零度．该磁场并非匀强磁场，但在以铁芯为中心的圆圈上，各点的磁感应强度B的大小是相等的．
2．电流表的工作原理
如图3－4－6矩形线框两条边所受安培力大小相等，方向相反，大小为F＝BIL，但两力不在一条直线上，两个力形成一对力偶，设两力间距为d，则安培力矩M＝F·d＝BIL·d＝BIS(其中S为线圈面积)．
图3－4－6
由于线圈由N匝串联而成，所以线框所受力矩应为M1＝NBIS，电流表内的弹簧产生一个阻碍线圈偏转的力矩，已知弹簧产生的弹性力矩M2与指针的偏转角度θ成正比，即M2＝kθ，(其中k由弹簧决定)当M1＝M2时，线圈就停在某一偏角θ上，固定在转轴上的指针也转过同样的偏角θ，并指示刻度盘上的某一刻度，从刻度的指示数就可以测得电流强度．
由M1＝M2可得
NBIS＝kθ，θ＝·I.
从公式中可以看出：
(1)对于同一电流表N、B、S和k为不变量，所以θ∝I，可见θ与I一一对应，从而用指针的偏角来测量电流强度I的值；
(2)因为θ∝I，θ随I的变化是线性的，所以表盘的刻度是均匀的．
即时应用?(即时突破，小试牛刀)
2．(双选)关于磁电式电流表，下列说法中正确的有( )
A．电流表的线圈处于匀强磁场中
B．电流表的线圈处于均匀辐向磁场中
C．电流表的线圈转动时，安培力不变
D．电流表指针的偏转角与所测电流成正比
解析：选BD.匀强磁场的磁感线是间隔相等的平行直线，A错；电流表的线圈转动时，所受安培力的大小不变，方向变化，C错．
如图3－4－7是一种测定磁感应强度B的装置，在天平的一端挂个矩形线圈，它的底边放在待测的匀强磁场中，磁场方向与线圈平面垂直，线圈匝数n＝10，底边长L＝20 cm.当线圈通0.2 A电流时，天平达到平衡，然后保持电流大小不变，使电流反向，此时发现天平左盘再加入Δm＝36 g的砝码才能使天平平衡．求磁感应强度B的大小．(g取10 m/s2)
例1
通电导体在安培力作用下的平衡
图3－4－7
【答案】 0.45 T
【方法总结】 正确分析受力是解决此类问题的关键．
电磁炮是一种理想的兵器，它的主要原理如图3－4－8所示，1982年澳大利亚国立大学制成了能把2.2 g的弹体(包括金属杆EF的质量)加速到10 km/s的电磁炮(常规炮弹速度大小约为2 km/s)，若轨道宽2 m，长为100 m，通过的电流为10 A，则轨道间所加匀强磁场的磁感应强度多大？磁场力的最大功率多大？(轨道摩擦不计)
通电导体在安培力作用下的平动
例2
图3－4－8
【精讲精析】 如图3－4－9所示，电磁炮受重力G、轨道支持力FN和磁场对炮弹的安培力F，做匀加速直线运动，由运动学知识vt2－v02＝2as得：
a＝104×2/2×100 m/s2＝5×105 m/s2.
由牛顿第二定律得：F＝ma＝BIL，
即得：B＝2.2×10－3×5×105/10×2 T＝55 T.
由瞬时功率P＝Fv，可得磁场力的最大功率为：
Pm＝Fvm＝mavt＝1.1×107 W.
图3－4－9
【答案】 55 T 1.1×107 W
【方法总结】 炮弹从静止开始做匀加速直线运动，可利用运动规律和牛顿第二定律求解，也可利用动能定理求解．
通电线圈在磁场中的转动
例3
如图3－4－10甲所示是磁电式电流表的结构图，图乙是磁极间的磁场分布图，以下选项中正确的是( )
图3－4－10
①指针稳定后，线圈受到螺旋弹簧的力矩与线圈受到的磁力矩方向是相反的
②通电线圈中的电流越大，电流表指针偏转的角度也越大
③在线圈转动的范围内，各处的磁场都是匀强磁场
④在线圈转动的范围内，线圈所受磁力矩与电流有关，而与所处位置无关
A．①② B．③④
C．①②④ D．①②③④
【思路点拨】 辐射状磁场保证了线圈转动到任何位置，其转动力矩都不受B和转动角度的影响，而只与电流强度有关．
【自主解答】 当阻碍线圈转动的力矩增大到与安培力产生的使线圈转动的力矩平衡时，线圈停止转动，即两力矩大小相等、方向相反，故①正确，磁电式电流表蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀辐向分布的，不管线圈转到什么角度，它的平面都跟磁感线平行，均匀辐向分布的磁场特点是大小相等、方向不同，故③错误，④正确．电流越大，电流表指针偏转的角度也越大，故②正确．
【答案】 C
变式训练 (双选)如图3－4－11所示，匀强磁场中，矩形通电线框可绕中心轴OO′转动，则下列说法正确的是( )
图3－4－11
A．在图示位置线框所受磁力矩为零
B．转过90°时线框所受磁力矩为零
C．转过90°时线框四条边都不受磁场力作用
D．转动中，ad、cd边所受磁场力均恒定不变
当线框转过90°时，从左向右侧视图如图乙所示．从图示可知，此时线框四条边都受安培力，整个线框的合外力为零．整个线框受磁力矩M＝0.转动过程中，任一位置的俯视图如图丙所示，受力大小、方向均不变，所以答案选B和D.(共37张PPT)
第二节 探究静电力
课标定位
学习目标：1.正确理解点电荷的模型，知道实际带电体能看成点电荷的条件．
2．掌握库仑定律的内容及公式，理解库仑定律的适用条件．
3．运用库仑定律并结合力学规律求解有关问题．
重点难点：库仑定律的内容及公式的理解和应用．
一、点电荷
1．点电荷：如果一个带电体，它本身的______比起它到其他带电体的_________小得多，那么在研究它与其他带电体的相互作用时，可以忽略电荷在带电体上的具体分布情况，把它抽象成一个几何点．这带电的几何点称为点电荷．
大小
距离
2．理想模型：理想模型方法是物理学常用的研究方法．当研究对象受多个因素影响时，在一定条件下可以抓住____________，忽略____________，将研究对象抽象为理想模型．
说明：点电荷是相对而言的，只要带电体本身的大小跟它们之间的距离相比可以忽略，带电体就可以看成点电荷．点电荷是一个理想化模型，体现了物理学中抓主要因素、忽略次要因素的思想方法．
主要因素
次要因素
二、库仑定律
1．探究方法：控制变量法
(1)探究电荷间的作用力的大小跟距离的关系：
电荷量不变时，电荷间的距离增大，作用力______；距离减小时，作用力_______．
(2)探究电荷间作用力的大小跟电荷量的关系：
电荷间距离不变时，电荷量增大，作用力____；电荷量减小，作用力_________．
减小
增大
增大
减小
2．库仑定律
(1)内容：在__________两个________之间的作用力，跟它们的电荷量的________成正比，跟它们间的距离的__________成反比．作用力的方向在它们的___________．
(2)公式：________.
(3)静电力常量k＝__________________.
(4)适用条件：真空中的_____________．
真空中
点电荷
乘积
二次方
连线上
9.0×109 N·m2/C2
点电荷
F＝
思考感悟
现有一个半径为20 cm的带电圆盘，问能否把它看成点电荷？
提示：能否把带电圆盘看成点电荷，不能只看大小，要视具体情况而定．若考虑它与10 m远处的一个电子的作用力时，完全可以把它看成点电荷；若电子距圆盘只有1 mm时，这一带电圆盘又相当于一个无限大的带电平面，而不能看成点电荷．
核心要点突破
一、点电荷概念的理解
1．点电荷是物理模型
只有电荷量，没有大小、形状的理想化的模型，类似于力学中的质点，实际中并不存在．
2．带电体看成点电荷的条件
如果带电体间的距离比它们自身的大小大得多，以至于带电体的形状和大小对相互作用力的影响很小，就可以忽略形状、大小等次要因素，只保留对问题有关键作用的电荷量，带电体就能看成点电荷．这样处理会使问题大为简化，对结果又没有太大的影响，是物理学上经常用到的方法．
3．点电荷只具有相对意义
一个带电体能否看成点电荷，是相对于具体问题而言的，不能单凭其大小和形状确定．
4．注意区分点电荷与元电荷
(1)元电荷是一个电子或一个质子所带电荷量的绝对值，是电荷量的最小单位．
(2)点电荷只是不考虑带电体的大小和形状，是带电个体，其带电量可以很大也可以很小，但它一定是一个元电荷电量的整数倍．
特别提醒：(1)点电荷与力学中的质点类似，是在研究复杂物理问题时引入的一种理想化模型．
(2)不少物理问题都与较多的因素有关，要研究其与所有因素的关系是很困难的，抓住主要因素构建物理模型，才可以简化研究的过程．
即时应用?(即时突破，小试牛刀)
1．(单选)下列关于点电荷的说法中，正确的是( )
A．体积大的带电体一定不是点电荷
B．当两个带电体的形状对它们间相互作用力的影响可忽略时，这两个带电体可看成点电荷
C．点电荷就是体积足够小的电荷
D．点电荷是电荷量和体积都很小的带电体
解析：选B.带电体能否看成点电荷，不能以体积大小、电荷量多少而论，故A、C、D错．一个带电体能否看成点电荷，要依具体情况而定，只要在测量精度要求的范围内，带电体的形状、大小等因素的影响可以忽略，即可视为点电荷．故B正确．
2．静电力的大小计算和方向判断一般分开进行
(1)大小计算
利用库仑定律计算大小时，不必将表示电性的正、负号代入公式，只代入q1、q2的绝对值即可．
(2)方向判断
在两电荷的连线上，同种电荷相斥，异种电荷相吸．
3．只有采用国际单位，k的值才是9.0×109 N·m2/C2.
4．库仑定律严格适用于真空中两个点电荷的相互作用，但两个均匀带电球体相距较远时也可视为点电荷，r应指两球体的球心距．
5．对于不能视为点电荷的物体间的库仑力不能随便用库仑定律求解，要视具体情况而定．
?特别提醒：(1)在应用库仑定律时，不能只从数学的角度进行分析，要结合库仑定律成立的条件进行分析．
(2)库仑定律与万有引力定律十分相似，学习时可用类比方法，两者的相似性揭示了大自然的和谐美和多样美．
即时应用?(即时突破，小试牛刀)
2．有三个完全一样的球A、B、C，A球带电荷量为7Q，B球带电荷量为－Q，C球不带电，将A、B两球固定，然后让C球先跟A球接触，再跟B球接触，最后移去C球，则A、B球间的作用力变为原来的多少？
课堂互动讲练
例1
(单选)如图1－2－1所示，两个质量均为m的完全相同的金属球壳a和b，其壳层的厚度和质量分布均匀，将它们固定于绝缘支座上，两球心间的距离l是球半径的3倍．若使它们带上等量异种电荷，使其电量的绝对值均为Q，那么关于a、b两球之间的万有引力F引和库仑力F库的表达式正确的是( )
库仑定律的适用条件
图1－2－1
【答案】 D
【方法总结】 由于对万有引力定律和库仑定律的适用条件理解不深，常会出现以下错解：
(1)认为a、b既可以看成质点，也可以看成点电荷，万有引力定律和库仑定律都适用，误选A.
(2)认为a、b既不能看成质点，也不能看成点电荷，万有引力定律和库仑定律都不适用，误选B.
在真空中有两个相距r的点电荷A和B，带电荷量分别为q1＝－q，q2＝4q.
(1)若A、B固定，在什么位置放入第三个点电荷q3，可使之处于平衡状态，平衡条件中对q3的电荷量及正负有无要求？
(2)若以上三个电荷皆可自由移动，要使它们都处于平衡状态，对q3的电荷量及电性有何要求？
(3)若q1＝q，第(2)问中的答案又如何？
例2
共线的三个点电荷的平衡问题
图1－2－2
图1－2－3
【答案】 见精讲精析
【方法总结】 要三个可自由移动的点电荷受库仑力平衡，则三个点电荷一定在一条直线上，且同种电荷在两边，中间为异种电荷，中间电荷量最小，旁边与中间的距离近，电量应小，距离远电量应大，可简单记为“同夹异、大夹小、近小远大”．
如图1－2－4所示，A、B、C三点为一直角三角形的三个顶点，∠B＝30°.现在A、B两点放置两点电荷qA、qB，测得在C处正点电荷受静电力方向与AB平行向左，则A带______电，qA∶qB＝________.
例3
静电力的叠加问题
图1－2－4
【思路点拨】 先选择其中一个物体作为研究对象，再进行受力分析，根据受力情况列式求解．
【自主解答】 正电荷在C处受qA、qB的库仑力作用，方向一定在A、C和B、C连线上，要使合力水平向左，C受A的作用必定为引力，受B的作用必定为斥力，所以A带负电，B带正电，由受力分析图得
图1－2－5
【答案】 负 1∶8
变式训练 两个正电荷q1和q2电量都是3 C，静止于真空中的A、B两点，相距r＝2 m.
(1)在它们的连线AB的中点O放入正电荷Q，求Q受的静电力．
(2)在它们连线上A点左侧P点，AP＝1 m，放置负电荷q3，q3＝－1 C，求q3所受静电力．
答案：(1)零 (2)3×1010 N，方向向右(共53张PPT)
第三节 研究闭合电路
课标定位
学习目标：1.掌握电动势的概念．
2．知道电源电动势等于电源没有接入电路时两极间的电压，知道电源的
电动势等于内、外电路上电势降落之和．
3．理解闭合电路的欧姆定律及其公式，并能熟练解决有关的电路问题．
4．熟练利用闭合电路的欧姆定律，讨论电源的路端电压与负载的关系．
5．了解并掌握测定电源的电动势与内阻的原理．
6．掌握实验方法，并学会处理数据．
重点难点：电动势的理解，闭合电路的欧姆定律的应用，掌握实验原理，合理处理实验数据.
一、电动势
1．电源外部的电路叫做外电路，外电路上的电阻称为_______．电源内部的电路叫做内电路，内电路上的电阻即电源的电阻称为_______.
2．不同的电源，两极间的_____不同，物理学用电动势这个物理量来描述电源的这种特性.电源的电动势_______等于不接用电器时电源正负两极间的电压．
外电阻
内电阻
电压
数值上
3．电动势的单位与电压的单位相同，也是___
___．电动势是标量，电动势不是电压．
二、闭合电路的欧姆定律
1．内容：闭合电路中的电流跟电源的_______成正比，跟内外电路的_________成反比．
2．公式：I＝_________.
伏
特
电动势
电阻之和
思考感悟
在探究电动势、外电压、内电压三者之间的定量关系的实验中，两电压表的正、负极连接时应注意什么？
提示：外电路电压表的正极与电源的正极相连接，负极与电源负极相连接．内电路电压表的正极与电源负极旁边的铜丝相连，负极与电源正极旁边的铜丝相连．
三、路端电压跟负载的关系
1．外电路两端的电压叫_________ ．
2．由E＝U外＋U内和U内＝Ir可得U外＝_____.
对于一个电源，它的电动势和内阻是确定的.当
外电阻增大时，由闭合电路欧姆定律_________可知，电路中的电流减小，因而路端电压_____.反之，当外电阻减小时，路端电压_____.
路端电压
E－Ir
增大
减小
四、测量电源的电动势和内阻
实验的电路如图2－3－1所示，实验原理是闭合电路的欧姆定律．
图2－3－1
平均值
2．用作图法来处理数据
(1)在坐标纸上以I为横坐标，U为纵坐标，根据测出的多组U、I值，在坐标纸上描出对应的点.
(2)根据闭合电路的欧姆定律U＝E－Ir，可知U、I关系图象是一条直线．由于存在实验误差，按照实测数据描出的点一般不会严格地落在同一条直线上．为了减小误差，可以用直尺画一条直线，使直线两侧的点的数目_________．这条直线就是电路的路端电压与电流的关系图象.
大致相等
(3)这条直线跟纵轴的交点的纵坐标数值上等于_____________.
(4)这条直线与横轴的交点表示电压U＝0，即电压被短路的情况．交点的横坐标即为短路电流I
短，内电阻r可由下式得到：_______.不难看出,直线的斜率数值上等于______________.
电源电动势E
电源的内电阻r
一、电动势的理解
从能量转化的角度来看，非静电力移动电荷做功的过程，就是把其他形式的能转化为电能的过程．在不同的电源中，非静电力做功的本领也不相同，把一定数量的正电荷在电源内部从负极搬运到正极，非静电力做功越多，电荷的电势能增加得就越多．非静电力做的功越少，则电荷的电势能增加得就越少.物理学中用电动势表示电源的这种特性.
特别提醒：电动势在数值上等于电源不接入电路时两极间的电压，但与两极间的电压有着本质的区别，不能说路端电压就是电源电动势，电动势是电源本身的一种性质，两极间的电压是由电动势提供的．
即时应用?(即时突破，小试牛刀)
1．(单选)下列说法中正确的是( )
A．电源的电动势实质上就是电源两极间的电压
B．电源的电动势在数值上等于两极间的电压
C．电源的电动势与电压的单位相同，但与电压有本质的区别
D．电动势越大，电源两极间的电压一定越高
解析：选C.电动势是描述电源把其他形式的能转化为电能本领大小的物理量．而电压是电场中两点间的电势差，电动势与电压有着本质的区别，所以A选项错，C选项对．当电源开路时，两极间的电压在数值上等于电源的电动势，但在闭合电路中，电源两极间的电压(路端电压)随外电阻的增大而增大，随外电阻的减小而减小，当电源短路时，R外＝0，这时路端电压为零，所以B、D选项错．
由于电源的电动势E和内电阻r不受R的影响，所以随着R的增大，电路中的电流I减小．
特别提醒：在闭合电路中，任何一个电阻的增大(或减小)，将引起电路总电阻的增大(或减小)．
即时应用?(即时突破，小试牛刀)
2．(单选)用电动势为12 V的直流电源对某纯电阻电路供电，此时电源的路端电压为8 V，输出电流为2 A．若将外电路电阻增大到原来的2倍，则输出电流和路端电压分别为( )
A．1.0 A,8.0 V B．1.2 A,9.6 V
C．1.5 A,9.6 V D．1.8 A,10 V
三、路端电压与负载的关系
1．电动势和内电压、外电压的关系
电动势的大小等于内、外电压之和，即E＝U内＋U外．
2．路端电压与负载的关系
(如图2－3－2所示).
图2－3－2
即时应用?(即时突破，小试牛刀)
3．(单选)如图2－3－3所示的
电路中，电源的电动势为E，
内阻为r.当可变电阻的滑片P
向b移动时，电压表V1的读数
U1与电压表V2的读数U2的变化情况是( )
图2－3－3
A．U1变大，U2变小
B．U1变大，U2变大
C．U1变小，U2变小
D．U1变小，U2变大
解析：选A.当P向b移动时，电路中总电阻变大，由闭合电路的欧姆定律可知电路中总电流I变小，由欧姆定律得U2＝IR变小，再由闭合电路欧姆定律得U1＝E－Ir变大，故本题应选A.
四、测量电源的电动势和内电阻
1．测量原理
如图2－3－4甲所示，改变变阻器的阻值，从电流表、电压表中读出几组U和I的值．
图2－3－4
2．数据处理
(1)计算法：由闭合电路的欧姆定律E＝U＋Ir组成方程组可求解E、r.
(2)作图法：在坐标纸上，I为横坐标，U为纵坐标，测出几组U、I值，画出U－I图象，根据闭合电路的欧姆定律U＝E－Ir，可知U是I的一次函数，这个图象应该是一条直线．如图乙所示.
(2)系统误差：主要原因是未考虑电压表的分流作用，使得电流表上读出的
数值比实际的总电流(即流过
电源的电流)要小一些．U越
大，电流表的读数与总电流
的偏差就越大，将测量结果与真实情况在U－I坐标系中表示出来，如图2－3－5所示，可见E测＜E真，r测＜r真.
图2－3－5
4．注意事项
(1)为了使电池的路端电压变化明显，电池的内阻宜大些，宜选用旧电池和内阻较大的电压表.
(2)电池在大电流放电时极化现象较严重，电动势E会明显下降，内阻r会明显增大，故长时间放电电流不宜超过0.3 A，短时间放电电流不宜超过0.5 A．因此实验中不宜将I调得过大，读电表的读数要快，每次读完后应立即断电.
即时应用?(即时突破，小试牛刀)
4．如图2－3－7所示是某
电源的路端电压随干路电
流I的变化图象，由图象可
知，该电源的电动势为___
_____V，内阻为________Ω.
图2－3－7
答案：6.0 1.6
如图2－3－8所示的电路中，当S闭合时，电压表和电流表(均为理想电表)的示数分别为1.6 V和0.4 A．当S断开时，它们的示数分别改变0.1 V和0.1 A，求电源电动势．
例1
闭合电路欧姆定律的应用
图2－3－8
【自主解答】 法一：当S闭合时，R1、R2并联接入电路，由闭合电路欧姆定律得：U1＝E－I1r
即E＝1.6＋0.4r ①
当S断开时，只有R1接入电路，外电阻增大，电路总电阻变大，由闭合电路欧姆定律得：U2＝E－I2r
即E＝(1.6＋0.1)＋(0.4－0.1)r ②
由①②得：E＝2 V，r＝1 Ω.
图2－3－9
【答案】 2 V
变式训练 如图2－3－10所示的电路中，电阻R1＝9 Ω，R2＝15 Ω，电源电动势E＝12 V，内电阻r＝1 Ω.求当电流表示数为0.4 A时，变阻器R3的阻值多大？
图2－3－10
解析：根据欧姆定律可得：U2＝I2R2＝I3R3，由闭合电路欧姆定律可得：E＝U2＋(I2＋I3) (R1＋r)，代入数据解得：R3＝30 Ω.
答案：30 Ω
(单选)如图2－3－11所示的电路中，当滑动变阻器的滑动触点向b端移动时( )
例2
闭合电路的动态分析
图2－3－11
A．电压表V的读数增大，电流表A的读数减小
B．电压表V和电流表A的读数都增大
C．电压表V和电流表A的读数都减小
D．电压表V的读数减小，电流表A的读数增大
【精讲精析】 变阻器滑动端向b端移动，变阻器电阻增大，与R2并联部分电阻增大，再与R1串联后外电路总电阻增大，导致全电路总电阻增大，电动势不变，因此干路总电流减小，路端电压U＝E－Ir，总电流减小，路端电压增大，故电压表所测路端电压的读数增大.由于
【答案】 A
【方法总结】 这是一道比较典型的局部电路变化引起全电路中各物理量变化的问题，分析方法就是从局部电阻变化分析全电路(干路)电流变化，再讨论局部各物理量的变化，即从局部到整体，再从整体到局部的方法．
(单选)如图2－3－12所示，已知C＝6 μF,
R1＝5 Ω，R2＝6 Ω，E＝6 V，r＝1 Ω，开关S原来处于断开状态，下列说法中正确的是( )
例3
含电容器的电路问题
图2－3－12
A．开关S闭合瞬间，电流表的读数为0.5 A
B．开关S闭合瞬间，电压表的读数为5.5 V
C．开关S闭合经过一段时间，再将开关S迅速断开，则通过R2的电荷量为1.8×10－5 C
D．以上答案都不对
【答案】 C
【方法总结】 此题考查电容器的特性，即电容器充电瞬间可认为是短路，电容器充电完毕达到稳定后可认为是断路．
用电流表、电压表测量一节干电池的E、r，内阻约0.5 Ω.放电电流一般不超过0.5 A，可供选择的器材除开关、导线外，还有：
A．电压表(0～3 V，内阻3 kΩ)；
B．电压表(0～15 V，内阻15 kΩ)；
C．电流表(0～0.6 A，内阻0.1 Ω)；
例4
电源电动势和内阻的测量
D．电流表(0～3 A，内阻0.02 Ω)；
E．滑动变阻器(0～20 Ω，额定电流1.5 A)；
F．滑动变阻器(0～15 00 Ω，额定电流1.5 A);
(1)本实验中电压表应选用________，电流表应选用________，滑动变阻器应选用_______.
(2)画出本实验的电路原理图．
【精讲精析】 (1)因为一节干电池的电动势大约为1.5 V，而最大电流不超过0.5 A，所以根据选表原则，为了使电表指针尽量半偏以上，应选择A、C；滑动变阻器的选择原则是便于调节，所以要选择总电阻小的，即选E.
(2)电路原理图如图2－3－13所示．
图2－3－13
【答案】 (1)A C E (2)如图2－3－13所示
【方法总结】 选电压表、电流表时不要认为量程越大越好，应使指针偏转大一些，以减小读数时的相对误差；变阻器的选取以调节方便为原则，既考虑最大阻值，又要看额定电流是否符合要求．(共34张PPT)
第五节 研究洛伦兹力
课标定位
学习目标：
1.通过实验探究，感受磁场对运动电荷有力的作用．
2．知道什么是洛伦兹力，会用左手定则判断洛伦兹力的方向．
3．掌握洛伦兹力公式的推导过程．会用公式求洛伦兹力．
重点难点：洛伦兹力方向判断及大小计算．
一、洛伦兹力的方向
1．洛伦兹力：荷兰物理学家洛伦兹于1895年发表了磁场对________的作用力公式，人们称这种力为洛伦兹力．
2．阴极射线：在阴极射线管中，从阴极发射出来的______称为阴极射线．
3．实验表明：当运动电荷的速度方向与磁场方向平行时，运动电荷受到的洛伦兹力为____当运动电荷的速度方向与磁场方向垂直时，运动电荷受到的洛伦兹力的方向既与磁场方向____，又与速度方向______
运动电荷
电子束
零．
垂直
垂直．
4．左手定则：伸开左手，使大拇指跟其余四个手指垂直，且处于同一平面内，把手放入磁场中让磁感线垂直穿入手心，四指指向为______运动的方向，那么____所指的方向就是正电荷所受洛伦兹力的方向．运动的负电荷在磁场中所受的洛伦兹力的方向跟沿相同方向运动的正电荷所受力的方向______
正电荷
拇指
相反．
思考感悟
1．在用左手定则判断运动的电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向时，四指一定指向电荷的运动方向吗？
提示：不一定，对于正电荷，四指指向电荷的运动方向；但对于负电荷，四指应指向运动的反方向．
二、洛伦兹力的大小
1．实验表明：电流在磁场中受到安培力，运动电荷在磁场中受到洛伦兹力．可以推测，安培力可以看作是大量运动电荷所受洛伦兹力的_________
2．公式推导：设有一段长度为L的通电导线，横截面积为S，单位体积内含有的自由电荷数为n，每个自由电荷的电荷量为q，定向移动的平均速度为v，则导线中的电流为I＝ _____，将通电直导线垂直于磁场方向放入磁感应强度为B的匀强磁场中，导线所受安培力F安＝BIL＝ ______ ，这段导线中含有的运动
电荷数为nLS，所以f＝ ＝ ____.
宏观表现．
nqvS
BnqvSL
qvB
综上可知，当电荷在垂直于磁场的方向上运动时，磁场对运动电荷的洛伦兹力f＝ ____.
qvB
思考感悟
2．带电粒子在电场中一定受电场力，但带电粒子在磁场中一定受洛伦兹力吗？
提示：不一定，要看带电粒子是否运动以及运动方向与磁场方向的夹角．
一、对洛伦兹力的理解
1．大小
(1)只有运动电荷受洛伦兹力，静止电荷不受洛伦兹力．
(2)电荷垂直磁场运动时，洛伦兹力最大，平行磁场运动时不受洛伦兹力．
2．方向
(1)洛伦兹力的方向总是与电荷运动方向和磁场方向垂直，即洛伦兹力的方向总是垂直于电荷运动方向和磁场方向所决定的平面，f、B、v三者的方向关系是：f⊥B，f⊥v，但B与v不一定垂直．
(2)洛伦兹力的方向随电荷运动方向的变化而变化．但无论怎么变化，洛伦兹力都与运动方向垂直，故洛伦兹力永不做功，它只改变电荷运动方向，不改变电荷速度大小．
特别提醒：在实际问题中，由于原子核、离子和电子等微观粒子的重力远小于洛伦兹力，所以往往忽略它们的重力．
即时应用?(即时突破，小试牛刀)
1．(双选)在只受洛伦兹力的条件下，关于带电粒子在匀强磁场中的运动，下列说法正确的有( )
A．只要粒子的速度大小相同，带电荷量相同，粒子所受洛伦兹力大小就相同
B．洛伦兹力只改变带电粒子的运动轨迹
C．洛伦兹力始终与速度垂直，所以洛伦兹力不做功
D．洛伦兹力始终与速度垂直，所以粒子在运动过程中的动能、速度保持不变
解析：选BC.速度大小相同的粒子，沿不同方向进入磁场时所受的洛伦兹力的大小不同，所以选项A不正确，洛伦兹力的方向始终与速度方向垂直，所以洛伦兹力只改变速度的方向，不改变速度的大小，动能保持不变，洛伦兹力不做功；但在洛伦兹力的作用下，粒子的运动方向要发生变化，速度就要发生变化，故D选项不正确，B、C正确．
二、洛伦兹力与安培力的区别和联系
1．区别
(1)洛伦兹力是指单个运动的带电粒子所受到的磁场力，而安培力是指通电直导线所受到的磁场力．
(2)洛伦兹力恒不做功，而安培力可以做功．
2．联系
(1)安培力是洛伦兹力的宏观表现，洛伦兹力是安培力的微观解释．洛伦兹力和安培力在本质上都是运动电荷在磁场中所受的磁场力．
(2)大小关系：F安＝Nf(N是导体中定向运动的电荷数)．
(3)方向关系：洛伦兹力与安培力的方向一致，均可用左手定则进行判断．
特别提醒：虽然安培力是洛伦兹力的宏观表现，但也不能简单地认为安培力就等于所有定向移动的电荷所受洛伦兹力的和，只有当导体静止时，二者才相等．
即时应用?(即时突破，小试牛刀)
2．(单选)安培力和洛伦兹力，下列说法中正确的是( )
A．安培力和洛伦兹力是性质不同的两种力
B．安培力可以对通电导线做功，洛伦兹力对运动电荷一定不做功
C．运动电荷在某处不受洛伦兹力作用，则该处的磁感应强度一定为零
D．洛伦兹力既不能改变带电粒子的动能，也不能改变带电粒子的运动状态
解析：选B.洛伦兹力是磁场对一个运动电荷的磁场力作用，而安培力是磁场对所有参与定向移动的电荷(电流)的磁场力的合力，二者本质都是磁场力，故选项A错误．
洛伦兹力永远与电荷运动方向垂直，所以洛伦兹力不做功．安培力是洛伦兹力的宏观表现，它虽然对引起电流的定向移动的电荷不做功，但对通电导线是可以做功的，二者虽本质相同，但效果不同，故选项B正确．电荷运动方向与磁感线方向在同一直线上时，运动电荷也不受洛伦兹力作用，而该处磁感应强度不为零，所以选项C错误．洛伦兹力不改变带电粒子的速度大小，但改变速度的方向，选项D错误．
三、洛伦兹力与电场力的比较
这两种力都是带电粒子在两种不同的场中受到的力，反映了磁场和电场都有力的性质，但这两种力的区别也是十分明显的.
特别提醒：(1)洛伦兹力的方向具有区别于其他性质力的特殊性．
(2)运动电荷不受洛伦兹力作用的位置，磁感应强度不一定为零．
即时应用?(即时突破，小试牛刀)
3．(双选)下列说法正确的是( )
A．所有电荷在电场中都要受到电场力的作用
B．所有电荷在磁场中都要受到磁场力的作用
C．一切运动电荷在磁场中都要受到磁场力的作用
D．运动电荷在磁场中，只有当垂直于磁场方向的速度分量不为零时，才受到磁场力的作用
解析：选AD.电荷在电场中受电场力F＝qE，不管q运动还是静止都一样，故A对；而运动电荷在磁场中受到的洛伦兹力f＝qvB，其中v是垂直于B的分量．当v平行于B时，电荷不受洛伦兹力，故C错，D对．
(单选)如图3－5－1，在阴极射线管正下方平行放置一根通有足够强直流电流的长直导线，且导线中电流方向水平向右，则阴极射线将会( )
A．向上偏转 B．向下偏转
C．向纸内偏转 D．向纸外偏转
课堂互动讲练
例1
洛伦兹力方向的判断
图3－5－1
【精讲精析】 本题首先需要判断通电直导线周围磁场情况，再由左手定则判断电子受力方向．题目设置巧妙，灵活考查了左手定则对电子所受力方向的判断．在阴极射线管所处位置处，直导线产生的磁场方向垂直纸面向外，由左手定则可以判断阴极射线中的电子受力方向向上，故选A.
【答案】 A
【方法总结】 阴极射线是电子流，电子带负电，应用左手定则时应将四指指向电子束运动相反的方向．
一初速度为零的质子(质量m＝1.67×10－27kg、电荷量q＝1.6×10－19 C)，经过电压为1880 V的电场加速后，垂直进入磁感应强度为5.0×10－4T的匀强磁场中，质子所受的洛伦兹力是多大？
洛伦兹力的大小
例2
【答案】 4.8×10－17 N
【方法总结】 只有运动的带电粒子才可能受洛伦兹力作用，当速度与磁场方向垂直时，洛伦兹力f＝qvB.
变式训练1 (单选)初速度为零的带有相同电荷量的粒子，它们的质量之比为m1∶m2＝1∶4，使它们经过同一加速电场后，垂直进入同一个匀强磁场中，则它们所受洛伦兹力之比f1∶f2等于( )
A．2∶1 B．1∶2
C．4∶1 D．1∶4
速度选择器
例3
如图3－5－2所示，在平行带电金属板间有垂直于纸面向里的匀强磁场，质子、氘核、氚核沿平行于金属板方向，以相同的动能射入两极间，其中氘核沿直线运动，未发生偏转，质子和氚核发生偏转后射出，则：①偏向正极板的是质子；②偏向正极板的是氚核；③射出时动能最大的是质子；④射出时动能最大的是氚核．以上说法正确的是( )
A．①② B．②③
C．③④ D．①④
图3－5－2
【精讲精析】 质子、氘核、氚核质量数和电荷数分别为H、H、H，由于它们的动能相同，故质子的速度大于氘核速度，氚核速度小于氘核速度，而氘核未发生偏转，则氚核偏向电场力方向，质子偏向洛伦兹力方向，故选D.
【答案】 D
【方法总结】 带电粒子在电磁场中的运动，一定要综合分析所受的电场力和洛伦兹力的情况，才能作出正确的解答．
变式训练2 (单选)在图3－5－3中虚线所围的区域内，存在电场强度为E的匀强电场和磁感应强度为B的匀强磁场．已知从左方水平射入的电子，穿过此区域时未发生偏转．设重力可忽略不计，则在该区域中的E和B的方向不可能是( )
A．E和B都沿水平方向，并与电子运动的方向相同
B．E和B都沿水平方向，并与电子运动的方向相反
C．E竖直向上，B垂直纸面向外
D．E竖直向上，B垂直纸面向里
图3－5－3
解析：选D.E和B沿水平方向并与电子运动方向平行(相同或相反)，则洛伦兹力f＝0，只受电场力作用且电场力与电子速度方向共线，必不偏转，故A、B选项正确．若E竖直向上，B垂直纸面向外，则电场力竖直向下，电子受的洛伦兹力竖直向上，当电场力和洛伦兹力相等时，合力为零，可以不偏转，故C选项正确，D选项错误．故选D.
质量为0.1 g的小物块，带有5×10－4C的电荷量，放在倾角为30°的绝缘光滑斜面上，整个斜面置于0.5 T的匀强磁场中，磁场方向如图3－5－4所示，物块由静止开始下滑，滑到某一位置时，物块开始离开斜面(设斜面足够长，g＝10 m/s2)问：
(1)物块带电性质？
(2)物块离开斜面时的速度为多少？
(3)物块在斜面上滑行的最大距离是多少？
与洛伦兹力有关的综合问题
例3
图3－5－4
【思路点拨】 解答本题时，首先判定洛伦兹力的方向，依据物块离开斜面的临界条件，求出物块离开斜面的临界速度，进而求出物块的位移．
【自主解答】
图3－5－5
【答案】 (1)负电荷 (2)3.46 m/s (3)1.2 m
变式训练3 (单选)(2009年高考广东卷)如图3－5－6所示，表面粗糙的斜面固定于地面上，并处于方向垂直纸面向外、强度为B的匀强磁场中，质量为m、带电量为＋Q的小滑块从斜面顶端静止下滑．在滑块下滑的过程中，下列判断正确的是( )
A．滑块受到的摩擦力不变
B．滑块到达地面时的动能与B的大小无关
C．滑块受到的洛伦兹力方向垂直斜面向下
D．B很大时，滑块可能静止于斜面上
图3－5－6
解析：选C.据左手定则可知，滑块受到垂直斜面向下的洛伦兹力，C对．随着滑块速度的变化，洛伦兹力大小变化，它对斜面的压力大小发生变化，故滑块受到的摩擦力大小变化，A错．B越大，滑块受到的洛伦兹力越大，受到的摩擦力也越大，摩擦力做功越多，据动能定理，滑块到达地面时的动能就越小，B错．由于开始滑块不受洛伦兹力时就能下滑，故B再大，滑块也不可能静止在斜面上，D错．(共39张PPT)
第五节 电功率
课标定位
学习目标：1.理解电功的概念，掌握电功、电功率和焦耳定律的计算公式．
2．搞清电功率和热功率的区别和联系．
3．知道闭合电路的功率计算公式，利用功率公式分析电源工作时能量
的转移情况．
重点难点：电功、电功率和热功率的理解和计算
一、电功和电功率
1．电功：电流通过一段电路时，自由电荷在_______的推动下作定向移动， _______对自由电荷所做的功称为电功．即通常说的电流所做的功．电功的计算公式是_______.
2．电功率：单位时间内电流所做的功称为电功率．电功率的计算公式是_______.
电场力
电场力
W＝UIt
P＝UI
思考感悟
1．电流做功的实质是什么？
提示：电能转化为其他形式的能量．
二、焦耳定律和热功率
1．电场力对电荷做功的过程是电能转化为____ _________的过程，在一段只有电阻元件的___ __________中，电能将转化为_____，热量的计算公式是_________ ，这就是_________，与电阻发热对应的功率叫______，其计算公式是_________.
2．如果不是纯电阻电路，电能除一部分转化为内能外，其他部分转化为机械能、化学能等，这时电功仍然等于____，电阻上产生的热量仍为____，但此时电功比电阻上产生的热量____．
其他
形式能量
纯
电阻电路
内能
Q＝I2Rt
焦耳定律
热功率
P热＝I2R
UIt
I2Rt
大
思考感悟
2．焦耳定律是如何得出的？
提示：是英国物理学家焦耳用实验直接得到的．
三、闭合电路中的功率
在含有电源的闭合电路中，由E＝U外＋U内可得EI＝U外I＋U内I，这表明，电源提供的电功率等于外电路和内电路消耗的电功率之和，即电源提供的能量一部分消耗在外电路上，另一部分消耗在内电阻上．
思考感悟
3．电源电动势的物理意义是什么？
提示：电动势反映了电源把其他形式的能量转化为电能的能力．电动势越大，电源把其他形式的能转化为电能的能力越强．
一、电功和电功率的理解
1．从能量观点看：电流做功的过程是电能转化为其他形式能的过程，电流做了多少功，表明有多少电能转化为其他形式的能，可见电功反映了电能转化为其他形式能的多少．
2．W＝UIt和P＝UI为计算电功和电功率的定义式，在任何情况下都可使用．用欧姆定律把它们变为W＝I2Rt和P＝I2R，它们只适用纯电阻电路计算电功和电功率．
3．用电器的额定功率是用电器长期正常工作时的最大功率，也就是用电器加上额定电压(或通以额定电流)时消耗的电功率，用电器的实际功率是用电器在实际工作时消耗的电功率．为了使用电器不被烧毁，要求实际功率不能大于其额定功率．
即时应用?(即时突破，小试牛刀)
1．(单选)关于电功的说法中，错误的是( )
A．导体内电场力移送电荷所做的功叫做电功
B．电流做功的过程，就是电能转化为其他形式的能的过程
C．电流做功消耗的能量，由电源供给
D．电功就是电能
解析：选D.根据电场力做功的定义及特点，可以判断A、B、C均正确．电功是电能转化为其他形式能量的量度，功和能量是不同的概念，D错，故正确答案为D.
二、电功和电热
1．两种电路的比较
两种接法
比较内容 纯电阻电路 非纯电阻电路
能量转化 电流做功全部转化为电热 电流做功除转化为内能外还要转化为其他形式的能
元件举例 电阻、电炉丝、白炽灯等 电动机、电解槽等
特别提醒：(1)电能全部转化成电热为纯电阻电路，电能转化成电热和其他形式能为非纯电阻电路．
(2)非纯电阻电路只能用Q＝I2Rt计算电热，电功W＝UIt大于Q.
(3)对于含有电动机的电路，电动机转动时是非纯电阻电路，电动机不转时是纯电阻电路．
即时应用?(即时突破，小试牛刀)
2．(单选)(2011年黄冈中学测试)关于电功和电热，下面说法正确的是( )
A．任何电路中的电功W＝UIt，电热Q＝I2Rt且W＝Q
B．任何电路中的电功W＝UIt，电热Q＝I2Rt且W有时不等于Q
C．电功W＝UIt在任何电路中都适用，Q＝I2Rt只在纯电阻电路中适用
D．电功W＝UIt，电热Q＝I2Rt，只适用于纯电阻电路
解析：选B.W＝UIt适用于求一切电路中的电功，Q＝I2Rt适用于求一切电路中的电热．在纯电阻电路中，W＝Q，在非纯电阻电路中，W＞Q.B选项正确．
4．闭合电路上功率的分配关系为：P＝P出＋P内，即EI＝U外I＋U内I，其中EI表示电源提供的电功率，U外I和U内I表示电源的外电路和电源的内电路上消耗的电功率，电源的内电路消耗的功率一般是热功率．
公式EI＝U外I＋U内I也是一个能量转化和守恒的体现，它表明电源工作的过程是将电能转化为其他形式的能的过程，在此过程中，能量的总量是不变的，因此可以用能量守恒定律来进行有关的计算．
(2)当R＞r时，随着R的增大输出功率越来越小；
(3)当R＜r时，随着R的增大输出功率越来越大；
(4)当P出＜Pm时，每个输出功率对应两个可能的外电阻R1和R2，且R1·R2＝r2；
(5)P出与R的关系如图2－5－1所示．
图2－5－1
特别提醒：计算可变电阻消耗的电功率的方法是将其功率转化为电源(等效电源)的输出功率，利用P出与R的关系进行求解．
即时应用?(即时突破，小试牛刀)
3．在如图2－5－2所示的电路中，已知电源电动势E＝3 V，内电阻r＝1 Ω，电阻R1＝2 Ω，滑动变阻器R的阻值可连续增大，问：
图2－5－2
答案：(1)3 Ω 0.75 W (2)0 2 W
在研究微型电动机的性能时，可采用如图2－5－3所示的实验电路．当调节调动变阻器R，使电动机停止转动时，电流表和电压表的示数分别为0.5 A和1.0 V；重新调节R，使电动机恢复正常运转时，电流表和电压表的示数分别为2.0 A和15.0 V．求这台电动机正常运转时的输出功率和电动机的线圈电阻．
例1
电功和电热的计算
图2－5－3
【答案】 22.0 W 2 Ω
【方法总结】 非纯电阻电路中欧姆定律I＝U/R不成立．电功率、电热功率只能用P＝UI和P＝I2R求解．其他功率用能量关系处理．
例2
串、并联电路中功率的计算
(单选)给定两只标有“110 V 40 W”的灯泡L1和标有“110 V 100 W”的灯泡L2及一只最大阻值为500 Ω的滑动变阻器R，将它们接在220 V的电路中，在图2－5－4所示的几种接法中，最合理的是( )
图2－5－4
【精讲精析】 该题所谓的最合理就是既能使两个灯泡正常发光，又能使滑动变阻器消耗的功率最小，此时电路中的电流应该最小．由L1(110 V,40 W)，L2(110 V,100 W)，可知R1＞R2,由串、并联电流电压特点可知A、D中L1、L2一定不会同时正常发光,虽然B、C能使L1、L2同时正常发光，但B中P总＝2(P1＋P2)，C中P总＝2P2，所以选C.
【答案】 C
如图2－5－5所示是一提升重物用的直流电动机工作时的电路图，电动机内阻r＝0.8 Ω，电路中另一电阻R＝10 Ω，直流电压U＝160 V，电压表示数UV＝110 V．试求：
(1)通过电动机的电流；
(2)输入电动机的电功率；
(3)若电动机以v＝1 m/s匀速竖直向上提升重物，求该重物的质量．(g取10 m/s2)
例3
与力学的综合
a．将两表笔短接，调节P使指针对准刻度盘上欧姆挡的0刻度，断开两表笔
b．将两表笔分别连接到被测电阻的两端，读出Rx的阻值后，断开两表笔
c．旋转S使其尖端对准欧姆挡×1 k
d．旋转S使其尖端对准欧姆挡×100
e．旋转S使其尖端对准交流500 V挡，并拔出两表笔根据图2－4－8所示指针位置，此被测电阻的阻值约为________Ω.
图2－5－5
【思路点拨】 可根据电阻R串联分压和欧姆定律求电流，由P＝UI计算输入电动机的功率，再根据P＝mgv求解质量．P为机械功率等于输入功率减发热功率．
【答案】 (1)5 A (2)550 W (3)53 kg
变式训练 (单选)电动自行车因轻便、价格相对低廉、污染和噪音小而受到市民喜爱．某国产品牌电动自行车的铭牌如下，则此车所配电机的内阻为( )
规格 后轮驱动直流永磁电机
车型：20″电动自行车 电机输出功率：175 W
电源输出电压：≥36 V 额定工作电压/电流：36 V/5 A
整车质量：40 kg 额定转速：240 r/min
A.7.2 Ω B．0.2 Ω
C．7.0 Ω D．7.4 Ω
解析：选B.由额定电压和电流可知电动车的输入功率为：P1＝36×5 W＝180 W，由此可知电动机的发热功率为P2＝180 W－175 W＝5 W，根据公式：P2＝I2r得：r＝0.2 Ω.(共44张PPT)
第七节 了解电容器
第八节 静电与新技术
课标定位
学习目标：1.知道电容器的概念和平行板电容器的主要构造．
2．理解电容的概念及其定义式和决定式．
3．掌握平行板电容器电容的决定式，并能用其讨论有关问题．
4．知道静电的危害，能正确利用静电知识．
一、识别电容器及电容器的充放电
1．基本结构：由两个彼此_______又相互______的导体组成了一个电容器．
2．电容器的充放电
(1)充电：把电容器的两个极板分别和电源的两极相连使两极板分别带上________电荷的过程．
(2)放电：把电容器的两个极板相连，使电容器两极板上的电荷发生_______的过程．
绝缘
靠近
等量异种
中和
3．电场能：当电容器两极板上带上等量异种电荷时，极板间存在__________，因而极板间具有电场能，因此电容器也具有储存电场能的作用．
思考感悟
1．平行板电容器充电后两极板带电情况怎样？两极间的电场是什么电场？电场强度与板间电势差U及板间距离d是什么关系？
电场
比值
电荷
法拉
微法
皮法
106
1012
思考感悟
2．电容器的带电荷量是两个极板所带电荷量的绝对值之和吗？
提示：电容器的带电荷量是指电容器一个极板所带电荷量的绝对值，而不是指两个极板所带电荷量的绝对值之和．
三、决定电容的因素
1．实验探究：由于平行板电容器的电容与多种因素有关，故可以采取____________探究．
2．平行板电容器的电容
(1)平行板电容器的电容与两极板的正对面积成________，与两极板间的距离成_______，并跟板间插入的_________有关．
控制变量法
正比
反比
电介质
静电力常量
相对介电常数
思考感悟
3．静电计指针偏角大小的意义？
提示：静电计指针的偏角反映静电计金属球与外壳之间的电势差．偏角越大，表明电势差越大；偏角越小，电势差越小．将待测电容器的两极分别与静电计的金属球和外壳相接，则静电计的指针偏角就间接地反映电容器两板间的电势差．另外，在调节时，我们可认为电容器极板上带电荷量基本不改变．
四、静电与新技术
1．锁住黑烟
静电在技术上有很多的应用，如激光打印、喷墨打印、静电除尘、静电复印等．利用静电进行除尘的最大特点是，先使空气中的尘埃带上_________，并在电场力的作用下被吸附到____________上，当尘埃累计到一定程度时，可以在_______的作用下落入漏斗中，实现了除尘的作用．
静电
金属圆筒
重力
2．防止静电危害
静电产生危害的必要条件是积累_________的静电荷，因此，防止静电危害的基本原则是：__________________和___________________以避免静电的积累．常用方法有__________、____________、非导电材料的抗静电处理等．
足够多
控制静电的产生
把产生的静电迅速引走
静电接地
增加湿度
核心要点突破
图1－7－1
即时应用?(即时突破，小试牛刀)
1．(单选)电容器是一种常用的电子元件．对电容器认识正确的是( )
A．电容器的电容表示其储存电荷能力
B．电容器的电容与它所带的电量成正比
C．电容器的电容与它两极板间的电压成正比
D．电容的常用单位有μF和pF,1 μF＝103 pF
解析：选A.电容是表示电容器容纳电荷本领的物理量，A正确．电容是电容器本身的性质，只与正对面积、极板间的距离和电介质的性质有关，与电容器的带电量和两极板间的电压无关，B、C不正确．电容器的常用单位的换算关系是1 μF＝106 pF，D不正确．
课堂互动讲练
例1
电容器的充放电过程
(双选)如图1－7－2所示，是一个由电池、电阻R与平行板电容器组成的串联电路，在增大电容器两极板间距离的过程中( )
A．电阻R中没有电流
B．电容器的电容变小
C．电阻R中有从a流向b的电流
D．电阻R中有从b流向a的电流
图1－7－2
【答案】 BC
【方法总结】 当电容变化时，可根据电压不变求电量．如果电量增加，则对电容器充电，若减少则放电．
(单选)(2011年汕头模拟)当一个电容器所带电荷量为Q时，两极板间的电势差为U，如果所带电荷量增大为2Q，则( )
A．电容器的电容增大为原来的2倍，两极板间电势差保持不变
例2
【答案】 C
【方法总结】 对某一电容器而言，其电容的大小，取决于它的结构，与它所带的电荷量及两极板间的电势差无关．
平行板电容器的电容C，两极板间电压U，两板间场强E和带电荷量Q，在下列情况下怎样变化？
(1)保持两板与电源相连，只增大两板间距离，则C________，U________，Q________，E________.
(2)给电容器充电稳定后与电源断开，再减小电容器板间距离，则C________，U________，Q________，E________.
例3
电容器两类问题的讨论
【答案】 (1)减小 不变 减小 减小 (2)增大 减小 不变 不变
【方法总结】 (1)平行板电容器充电后，若保持电容器的两极板与电池的两极相连，电容器的d、S、εr变化将引起电容器的C、Q、U、E的相应变化．
由于电容器始终连在电池上，因此两极板的电压U不变，而C、Q、E的变化较复杂，具体情况如下：
如图1－7－3所示，水平放置的两平行金属板A、B相距为d，电容为C，开始时两极板均不带电，A板接地且中央有一小孔，现将带电液滴一滴一滴地从小孔正上方h高处无初速地滴下，设每滴液滴的质量为m，电荷量为q，落到B板后把电荷全部传给B板．则：
(1)第几滴液滴将在A、B间做匀速直线运动？
(2)能够达到B板的液滴不会超过多少滴？
例4
与电容有关的力学问题
图1－7－3
【思路点拨】 (1)第n滴在A、B板间做匀速直线运动时，滴到B板上的液滴共(n－1)滴．
(2)当液滴恰好达到B板时，液滴的速度应减速至零，然后反向加速返回．
变式训练2
(双选)如图1－7－4所示，两板间距为d的平行板电容器与一电源连接，开关闭合，电容器两板间有一质量为m、电荷量为q的粒子静止不动．下列叙述正确的是( )
图1－7－4
A．粒子带正电
B．断开开关，粒子将向下加速运动
C．保持开关闭合，将电容器两极板间的距离拉大，粒子将向下加速运动
D．保持开关闭合，将电容器两极板错开，使正对面积减小，粒子仍静止
解析：选CD.粒子处于静止状态，说明粒子所受到的电场力与重力方向相反，而电容器内部场强方向向下，故该粒子带负电；若断开开关而不调节电容器，则电容器内部场强不变，故此时粒子仍静止；若保持开关闭合，则电容器极板间电压不变；当将电容器极板间距拉大时，极板间场强大小减小，故此时粒子将向下加速运动；当保持开关闭合，仅减小两极板的正对面积时，则板间场强不变，此时粒子仍静止．(共55张PPT)
第三节 电场强度
课标定位
3．知道点电荷电场和匀强电场，能推导点电荷电场表达式并能在计算中运用它．
4．知道电场线以及如何用电场线描述电场的大小和方向，会用电场线描述各种典型电场．
重点难点：1.电场强度的理解．
2．电场线的理解及应用．
一、电场
1．电荷的周围存在________．带电体间的相互作用是通过周围的_______发生的．电场的基本性质是对放入其中的_________有力的作用．
2．静电场：相对观察者静止的电荷周围存在的电场，称为静电场．
电场
电场
电荷
比值
N/C
(4)方向：电场强度是矢量，规定某点电场强度的方向跟__________在该点所受的电场力的方向相同．负电荷在电场中某点所受的电场力的方向跟该点电场强度的方向________．
2．匀强电场
电场中各点的场强_______和_______都相同，这种电场叫做匀强电场．
正电荷
相反
大小
方向
矢量和
思考感悟
1．有人认为，在点电荷Q形成的电场中，在以Q为球心的同一个球面上各点的电场强度都相同，你是怎样认为的？
三、怎样“看见”电场
1．电场线
在电场中画出一系列曲线，使曲线上每一点的切线方向都和该处的______________一致，这样的曲线叫做电场线．
2．电场线的特点
(1)电场线的疏密程度反映了电场的 _______，电场越_____的地方，电场线越密．
(2)电场线从正电荷或无限远出发，到_______终止或延伸到无限远．
(3)匀强电场的电场线是________________的平行直线．
场强方向
强弱
强
负电荷
间隔距离相等
思考感悟
2．电场中的电场线有可能相交吗？
提示：不可能．电场中某点的电场强度的大小和方向，根据其客观性是唯一确定的，若电场线能相交，由于交点的切线不唯一，根据画电场线的规定，交点处的电场强度失去了上述的唯一性，所以电场中的电场线在空间是不能相交的．
核心要点突破
一、电场、电场强度、电场力的关系
1．电场与电场强度
(1)电场：①电场是存在于电荷周围的一种特殊物质，并非由分子、原子组成，但客观存在．②电荷间的相互作用是通过电场发生的．③电场虽然看不见、摸不着，但它总能通过一些性质而表现其存在，如在电场中放入电荷，电场就对电荷有力的作用．
2．电场力与电场强度的区别与联系
三、电场线与带电粒子的运动轨迹
1．对电场线的理解
(1)电场中任何两条电场线都不能相交，电场线也不闭合．因为电场中任一点的场强的大小和方向都是唯一确定的．如果两条电场线相交，就不能唯一地确定出场强的方向．同时在相交点处电场线密不可分，因而也不可能反映出场强的大小．
(2)电场线的疏密
电场线的疏密程度表示电场强度的大小，电场线越密的地方，场强越大；电场线越稀疏的地方，场强越小．
(3)电场线是为描述电场而引入的一种假想曲线，实际上电场中并不存在电场线．
(4)不可能在电场中每个地方都画出电场线，两条电场线间虽是空白，但那些位置仍存在电场．
2．电场线与带电粒子在电场中的运动轨迹的比较
电场线 运动轨迹
(1)电场中并不存在，是为研究电场方便而人为引入的
(2)曲线上各点的切线方向即为该点的场强方向，同时也是正电荷在该点的受力方向，即正电荷在该点的加速度的方向 (1)粒子在电场中的运动轨迹是客观存在的(2)轨迹上每一点的切线方向即为粒子在该点的速度方向，但加速度的方向与速度的方向不一定相同
3.电场线与带电粒子运动轨迹重合的条件
(1)电场线是直线．
(2)带电粒子只受电场力作用，或受其他力，但其他力的方向沿电场线所在直线．
(3)带电粒子初速度为零或初速度方向沿电场线所在的直线．
以上三个条件必须同时满足．
特别提醒：(1)带电粒子在电场中的运动轨迹由带电粒子所受合外力与初速度共同决定．
(2)运动轨迹上各点的切线方向是粒子的速度方向．
(3)电场线上各点的切线方向是场强方向，决定着粒子所受电场力的方向．
即时应用?(即时突破，小试牛刀)
3．(双选)如图1－3－1是某静电场的一部分电场线分布情况，下列说法中正确的是( )
图1－3－1
A．这个电场可能是负点电荷的电场
B．A点的场强大于B点的场强
C．A、B两点的场强方向不相同
D．负电荷在B点处受到的电场力的方向沿B点切线方向
解析：选BC.负点电荷的电场线是自四周无穷远处从不同方向指向负点电荷的直线．故A错．电场线越密的地方场强越大，由图知EA>EB，故B正确．电场强度的方向沿切线方向，故C正确．B点的切线方向即B点场强方向，而负电荷所受电场力方向与其相反，故D错．
四、等量异种与等量同种点电荷连线和中垂线上场强的变
化规律
1．等量异种点电荷连线上的各点中中点场强最小，而中垂线上与连线交点的场强最大；等量同种点电荷连线上中点场强最小，等于零．因无限远处场强为零，则沿中垂线从连线中点到无限远处，电场强度先增大后减小，中间某位置必有最大值．
2．等量异种点电荷连线和中垂线上关于中点对称处的场强相同；等量同种电荷连线和中垂线上关于中点对称处的场强大小相等、方向相反．
特别提醒：对于等量同种电荷在连线的中垂面上的场强的分布，切记中点场强为零，无穷远处场强也为零．由中点到无穷远处的场强必有先增大后减小的规律，假如题目中涉及的点的位置的场强并不清楚在哪一变化区域，要设想各种可能．
即时应用?(即时突破，小试牛刀)
4．(单选)如图1－3－2所示，一电子沿等量异种电荷的中垂线由A→O→B匀速飞过，电子重力不计，则电子除受电场力外，所受的另一个力的大小和方向变化情况是( )
图1－3－2
A．先变大后变小，方向水平向左
B．先变大后变小，方向水平向右
C．先变小后变大，方向水平向左
D．先变小后变大，方向水平向右
解析：选B.等量异种电荷电场线分布如图甲所示，由图中电场线的分布可以看出，从A点到O点，电场线由疏到密；从O点到B点，电场线由密到疏，所以沿点A、O、B，电场强度应由小变大，再由大变小，方向为水平向右，如图乙所示．由于电子做匀速直线运动，所受合外力必为零，故另一个力应与电子所受电场力大小相等、方向相反，电子受到电场力方向水平向左，且沿点A、O、B运动的过程中，电场力由小变大，再由大变小，故另一个力的方向应水平向右，其大小应先变大后变小，所以选项B正确．
课堂互动讲练
例1
场源电荷Q＝2×10－4 C，是正点电荷．检验电荷q＝－2×10－5 C，是负电荷，它们相距r＝2 m而静止，且都在真空中，如图1－3－3所示．求：
(1)q受的电场力．
(2)q所在的B点的场强EB.
(3)只将q换为q′＝4×10－5 C的正点电荷，再求q′受力及B点的场强．
(4)将检验电荷拿去后再求B点场强．
电场强度的定义
图1－3－3
【答案】 见精讲精析
(单选)如图1－3－4所示，直线是一簇未标明方向的由点电荷产生的电场线，曲线是某一带电粒子通过电场区域时的运动轨迹，a、b是轨迹上两点．若带电粒子运动中只受电场力作用，根据此图可以做出的判断不正确的是( )
例2
电场线的理解与应用
图1－3－4
A．带电粒子所带电荷的符号
B．带电粒子在a、b两点的受力方向
C．带电粒子在a、b两点的加速度何处大
D．带电粒子在a、b两点的加速度方向
图1－3－5
【答案】 A
【方法总结】 电场线的疏密表示场强大小．电荷的受力方向为其运动曲线弯曲方向．电荷的受力方向为其运动的加速度方向．电荷受力大小与场强大小有关，场强越大，受力越大．
变式训练1
(双选)(2011年苏州高二检测)一带电粒子从电场中的A点运动到B点，轨迹如图1－3－6中虚线所示．不计粒子所受重力，则( )
图1－3－6
A．粒子带正电
B．粒子加速度逐渐增大
C．A点的速度大于B点的速度
D．粒子的初速度不为零
解析：选CD.由轨迹弯曲的方向可知粒子带负电．由电场线的疏密程度可知A点的场强大，故粒子的加速度逐渐减小．因粒子从A点运动到B点时，电场力对其做负功，故A点的速度大于B点的速度．若粒子的初速度为零，其运动轨迹将是直线．
如图1－3－7所示，真空中带电荷量分别为＋Q和－Q的点电荷A、B相距为r，则：
(1)两点电荷连线的中点O的场强多大？
(2)在两点电荷连线的中垂线上，距A、B两点都为r的O′的场强如何？
例3
关于场强的叠加
图1－3－7
【思路点拨】 先计算两点电荷各自在O点和O′点产生的场强，然后根据场强叠加原理求合场强．电场强度的叠加与力的合成类似，同样遵循平行四边形定则，力的合成的一些方法(如矢量三角形法)对电场强度的叠加也同样适用．
图1－3－8
【答案】 见自主解答
变式训练2 (单选)如图1－3－9所示，a、b是两个点电荷，它们的电荷量分别为Q1、Q2，MN是ab连线的中垂线，P是中垂线上的一点，下列哪种情况能使P点的场强方向指向MN的右侧( )
图1－3－9
A．Q1、Q2都是正电荷，且Q1＜Q2
B．Q1是正电荷，Q2是负电荷，且|Q1|＞|Q2|
C．Q1是负电荷，Q2是正电荷，且|Q1|＜|Q2|
D．Q1、Q2都是负电荷，且|Q1|＞|Q2|
解析：选B.设Q1、Q2在P点产生的场强分别为E1、E2，P点合场强为E，因场强是矢量，由平行四边形定则得矢量图如下图所示，由图不难看出选项B正确．(共46张PPT)
第二节 对电阻的进一步研究
课标定位
学习目标：1.知道导体的伏安特性曲线反映导体的导电性能上的差异，其形状是一条过原点的直线．
2．正确理解电阻串联时的特征，会计算串联电路的电阻、电压和电流之间的关系．
3．正确理解电阻并联时的特征，会计算并联电路的电阻、电压和电流之间的关系．
4．了解分压器的作用．
重点难点：1.导体的伏安特性曲线．
2．电路的串联和并联的基本规律．
一、导体的伏安特性曲线
用横轴表示电压U，纵轴表示电
流I，画出的I－U的关系图象叫
做导体的伏安特性曲线．如图
2－2－1所示，伏安特性曲线直观地反映出导体中的_____与_____的关系．
图2－2－1
电流
电压
金属导体的伏安特性曲线是一条过原点的直线，直线的斜率为金属导体的___________．具有这种特性的电学元件叫做_________，通常也叫纯电阻元件，欧姆定律适用于该类型电学元件．对欧姆定律不适用的导体和器件，伏安特性曲线不是直线，这种元件叫做非线性元件，通常也叫做非纯电阻元件．
电阻的倒数
线性元件
思考感悟
1．对电阻一定的导体，U－I图和I－U图两种图线都是过原点的倾斜直线，图象的斜率表示的物理量相同吗？
提示：不相同，U－I图线的斜率表示导体的电阻，而I－U图线的斜率表示导体的电阻的倒数.
二、电阻的串联
1．串联电路的基本特点
(1)串联电路中的电流处处_____，即I＝I1＝I2＝I3＝…＝In.
(2)串联电路的总电压等于各部分电路两端电压_____ ，即U＝____________________.
2．串联电路的重要性质
(1)串联电路的等效总电阻为各电阻阻值之和，即R＝____________________.
R1＋R2＋R3＋…＋Rn
相同
之和
U1＋U2＋U3＋…＋Un
思考感悟
2．n个电阻值为R的相同电阻串联，总电阻为多少？
提示：nR
正比
I
三、电阻的并联
1．并联电路的基本特点
(1)并联电路中各支路两端电压_____，即：U1＝U2＝U3＝…＝Un.
(2)并联电路中的总电流等于各支路电流_____,
I＝_________________.
2．并联电路的重要性质
(1)并联电路的等效总电阻的倒数等于各支路电阻的倒数之和，即：
相等
之和
I1＋I2＋I3＋…＋In
反比
思考感悟
3．n个电阻值为R的相同电阻并联，总电阻为多少？
一、对几个公式的理解
答案：B
二、对导体的伏安特性曲线的理解
1．导体的伏安特性曲线：用纵坐标表示电流I、横坐标表示电压U、画出的I－U图象如图2－2－2.
图2－2－2
2．作用：直观地反映出导体中的电流与电压的关系．
3．特点：通过坐标原点的直线．
4．图线斜率的意义：在I－U图象中，斜率的倒数表示电阻，在U－I图象中斜率表示电阻.
5．线性元件：伏安特性曲线为直线的电学元件；非线性元件：伏安特性曲线不是直线的电学元件．
半导体是非线性元件，其伏安特性曲线如图2－2－3所示．
图2－2－3
即时应用?(即时突破，小试牛刀)
2．(单选)某同学做三种导电元件的导电性质实验，根据所测数据分别绘制了三种元件的I－U图象如图2－2－4所示，则下列判断正确的是( )
图2－2－4
A．只有乙正确
B．甲、丙图曲线肯定是误差太大
C．甲、丙不遵从欧姆定律，肯定是不可能的
D．甲、乙、丙三图象都可能正确，并不一定有较大的误差
解析：选D.本题的伏安特性曲线是I－U图象，图象中某点切线的斜率倒数表示导体在该状态下的电阻，图甲反映元件的电阻随电压的升高而减小，是非线性元件；图乙反映元件的电阻不随电压的变化而变化，是线性元件；图丙反映元件的电阻随电压的升高而增大，说明元件类似于小灯泡，综上所述，三种图象都有可能，故D对．
三、对测绘小灯泡伏安特性曲线的理解
1．实验电路的确定
(1)电流表的内、外接：由于小灯泡的电阻较小，为减小误差，采用电流表外接法．
(2)滑动变阻器的接法：描绘小灯
泡的伏安特性曲线，需要从坐标
原点开始的连续变化的电压，因
此滑动变阻器要采用分压式连接，实验电路图如图2－2－5.
图2－2－5
2．实验电路的连接方法
(1)接线顺序为“先串后并”，即先将电源、开关、滑动变阻器的全部电阻组成串联电路，再将电流表和小灯泡串联后两端接滑动变阻器的滑动触点和另一固定接线柱，最后把电压表并联到小灯泡两端．
(2)电表量程选择的原则是：在保证测量值不超过量程的情况下，指针偏转角度越大，测量值的精确度通常越高．
(3)滑动变阻器滑动触头的初始位置：电路接好后合上开关前要检查滑动变阻器滑动触点的位置，通常在开始实验时，应通过调整滑动变阻器的滑动触头位置，使小灯泡两端的电压或流经小灯泡的电流最小．
特别提醒：(1)调节电压时不要超过小灯泡的额定电压．
(2)坐标系标度要合理选取，尽量使描出的图象占据坐标纸的大部分．
(3)小灯泡电压、电流变大时，电阻变大，伏安特性曲线是曲线．连线时要用平滑的曲线，不能连成折线．
即时应用?(即时突破，小试牛刀)
3．现要测定一个额定电压为4 V、电阻约为10 Ω(设电阻不变)的小灯泡的伏安特性曲线．要求所测电压范围为0.1 V～4 V.
现有器材：直流电源E(电动势4.5 V，内阻不计),电压表V(量程4.5 V，内阻约为4×102 Ω)，电流表A1(量程250 mA，内阻约为2 Ω)，电流表A2(量程500 mA，内阻约为1 Ω)，滑动变阻器R(最大阻值约为30 Ω)，开关S，导线若干．
如果既要满足测量要求，又要测量误差较小,应该选用的电流表是________，图2－2－6所示的甲、乙两个电路应该选用的是________.
图2－2－6
答案：A2 甲
(双选)某导体中的电流随其两端电压的变化如图2－2－7所示，则下列说法中正确的是( )
课堂互动讲练
例1
伏安特性曲线的理解与应用
图2－2－7
A．该元件是非线性元件，所以不能用欧姆定律计算导体在某状态的电阻
B．加5 V电压时，导体的电阻约是5 Ω
C．由图可知，随着电压的增大，导体的电阻不断减小
D．由图可知，随着电压的减小，导体的电阻不断减小
【答案】 BD
【方法总结】 (1)由伏安特性曲线可知，导体是非线性元件．
(2)某状态下电阻适用于欧姆定律．
(3)根据各点与坐标原点连线的斜率变化判断导体电阻变化．
如图2－2－8所示，滑动变阻器的总电阻R＝1000 Ω，A、B两端电压U＝100 V，调节滑片P使其下部电阻R1＝400 Ω.
(1)空载时，C、D两端电压多大？
(2)在C、D间接入一个Rs＝400 Ω
的电阻，C、D两端的电压多大？
例2
关于滑动变阻器在电路中的连接
图2－2－8
【答案】 (1)40 V (2)25 V
【方法总结】 滑动变阻器的两种接法及其作用
说明：限流式接法电路简单，耗能低，但电压调节范围小；分压式接法的优点是电压调节范围大，并且可从零开始变化．
如图2－2－9所示的两个串联电阻R1＝12 kΩ，R2＝36 kΩ，A、B两端的电压保持15 V不变，那么
(1)R1、R2两端的电压分别是多少？
(2)如果电压表V的内阻是12 kΩ，
当S分别与C、D接触时电压表的
读数分别是多少？
例3
串并联电路基本特点和性质的应用
图2－2－9
【思路点拨】 根据串联电路的电压特点求解R1、R2两端的电压，S接C时，R1与电压表并联后跟R2串联，电压表的读数是并联电路两端的电压，S接D后，R2与电压表并联后与R1串联，电压表的读数为该并联电路的电压.
变式训练 (双选)一个T型电路如图2－2－10所示，电路中的电阻R1＝10 Ω，R2＝120 Ω，R3＝40 Ω.另有一测试电源，电动势为100 V，内阻忽略不计，则( )
图2－2－10
A．当c、d端短路时，a、b之间的等效电阻是40 Ω
B．当a、b端短路时，c、d之间的等效电阻是40 Ω
C．当a、b两端接通测试电源时，c、d两端的电压为80 V
D．当c、d两端接通测试电源时，a、b两端的电压为80 V(共45张PPT)
第三节 探究安培力
课标定位
学习目标：
1.掌握安培力方向的判断方法——左手定则．
2．掌握安培力大小的计算方法．
重点难点：安培力的大小计算和方向判定．
1．磁场对电流的作用力称为_______
2．左手定则：伸开左手，使大拇指跟其余四指垂直，并且都跟手掌在同一平面内，把手放入磁场中让磁感线垂直穿入手心，并使伸开的四指指向__________，那么，_______所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向．
安培力．
电流的方向
大拇指
二、安培力的大小
1．实验表明：把一段通电直导线放在磁场里，当导线方向与磁场方向____时，导线所受到的安培力最大；当导线方向与磁场方向____时，导线所受到的安培力等于零；当导线方向与磁场方向斜交时，所受到的安培力介于_______和__之间．
2．磁感应强度
(1)定义：当通电导线与磁场方向____时，通电导线所受的安培力F跟_____和_________的乘积IL的____叫做磁感应强度．
垂直
一致
最大值
零
垂直
电流I
导线长度L
比值
特
磁场方向．
磁感线
大小
切线方向
3．匀强磁场：如果磁场的某一区域里，磁感应强度的____和____处处相同，这个区域的磁场叫做匀强磁场．在匀强磁场中，在通电直导线与磁场方向垂直的情况下，导线所受的安培力F＝ ____.
大小
方向
BIL
思考感悟
当导线和磁感线不垂直时是否可以用左手定则来判断安培力的方向？
提示：可以，只要把磁感应强度分解为平行导线的分量和垂直导线的分量，让垂直分量穿过手心即可利用左手定则．
三、磁通量
1．在磁感应强度为B的匀强磁场中，有一个与磁场方向____的平面S，B和S的乘积，叫做穿过这个面积的磁通量．
2．公式：Φ＝BS.
3．单位：1 Wb＝1 T·m2.
4．当平面和磁场方向不垂直时(如图3－3－1所示)，穿过它的磁通量就比垂直时小；此时：Φ＝BSsinθ.
垂直
图3－3－1 图3－3－2
磁通密度．
一、安培力方向的判断
1．安培力的方向总是垂直于磁场方向和电流方向所决定的平面，在判断安培力方向时首先确定磁场和电流所确定的平面，从而判断出安培力的方向在哪一条直线上，然后再根据左手定则判断出安培力的具体方向．
2．已知I、B的方向，可唯一确定F的方向；已知F、B的方向，且导线的位置确定时，可唯一确定I的方向；已知F、I的方向时，磁感应强度B的方向不能唯一确定．
3．由于B、I、F的方向关系在三维立体空间中，所以解决该类问题时，应具有较好的空间想像力．如果是在立体图中，还要善于把立体图转换成平面图．
即时应用?(即时突破，小试牛刀)
1．如图3－3－3所示，其中A、B图已知电流方向及其所受磁场力的方向，试判断并在图中标出磁场方向．C、D图已知磁场方向及其对电流作用力的方向，试判断电流方向并在图中标出．
图3－3－3
解析：磁场的方向、电流的方向、安培力的方向三者遵守左手定则，电流的方向跟磁场的方向可以不垂直，但安培力的方向一定垂直于磁场和电流所决定的平面．
答案：A图磁场方向垂直纸面向外 B图磁场方向在纸面内垂直F向下 C、D图电流方向均垂直于纸面向里
3．磁感应强度的定义式也适用于非匀强磁场，这时L应很短，IL称作“电流元”，相当于静电场中的试探电荷．
4．通电导线受力的方向不是磁场磁感应强度的方向．
5．磁感应强度与电场强度的区别
磁感应强度B是描述磁场的性质的物理量，电场强度E是描述电场的性质的物理量，它们都是矢量，现把它们的区别列表如下：
特别提醒：磁感应强度是矢量，遵循平行四边形定则．如果空间同时存在两个或两个以上的磁场时，某点的磁感应强度B是各磁感应强度的矢量和．
即时应用?(即时突破，小试牛刀)
2．(单选)关于磁感应强度的说法中正确的是( )
A．一小段通电导体在磁场中某处不受磁场力，则该处的磁感应强度一定为零
B．一小段通电导体在磁场中某处受到的磁场力越小，说明该处的磁感应强度越小
C．磁场中某点的磁感应强度方向，就是放在该点的一小段通电导体的受力方向
D．磁场中某点的磁感应强度的大小和方向与放在该点的导体受力情况无关
解析：选D.磁场的强弱是由磁场本身决定的，与磁场中是否放入通电导线、导线放置的位置无关．我们在磁场中放入通电导线是为了让磁场的基本特性——对其中的电流有磁场力作用表现出来，以便定量研究．磁感应强度的方向与放在该点的一小段通电导体的受力方向是两回事，故正确选项为D.
三、安培力的大小
1．公式F＝BIL中L指的是“有效长度”．当B与I垂直时，F最大，F＝BIL；当B与I平行时，F＝0.
2．弯曲导线的有效长度L，等于连接两端点直线的长度，如图3－3－4；相应的电流沿L由始端流向末端．
图3－3－4
3.若磁场和电流成θ角时，如图3－3－5所示．
可以将磁感应强度B正交分解成B⊥＝Bsinθ和B∥＝Bcosθ，而B∥对电流是没有作用的．
F＝ILB⊥＝ILBsinθ，即F＝ILBsinθ.
图3－3－5
特别提醒：(1)由公式F＝ILBsinθ中θ是B和I方向的夹角，不能盲目应用题目中所给的夹角，要根据具体情况进行分析．
(2)公式F＝IBLsinθ中的Lsinθ也可以理解为垂直于磁场方向的“有效长度”．
(3)用公式计算安培力适用于电流处于匀强磁场中．
即时应用?(即时突破，小试牛刀)
3．如图3－3－6所示，在匀强磁场中放有下列各种形状的通电导线，通入导线的电流为I，磁感应强度为B，求各导线所受到的安培力．
图3－3－6
四、对磁通量的理解
1．磁通量表示穿过某一面积磁感线条数(这是在人为规定画磁感线时要使穿过单位面积的磁感线条数等于该处的磁感应强度之后的一种形象说明)．对于匀强磁场Φ＝BS，其中S是垂直于磁场方向上的面积．若平面与磁场不垂直，则要求出它在垂直于磁场方向上的投影面积，才能用上式计算．
2．磁通量是标量，其正负不表示大小，只表示与规定的正方向相同或相反．若磁感线沿相反方向通过同一平面，且正向磁感线条数为Φ1，反向磁感线条数为Φ2，则磁通量等于穿过该平面的磁感线的净条数(磁通量的代数和)即Φ＝Φ1－Φ2.
3．磁通量的变化量ΔΦ＝Φ2－Φ1.
(1)当B不变，有效面积S变化时，ΔΦ＝B·ΔS.
(2)当B变化，S不变时，ΔΦ＝ΔB·S.
(3)B和S同时变化，则ΔΦ＝Φ2－Φ1.但此时ΔΦ≠ΔB·ΔS.
特别提醒：计算穿过某面的磁通量变化量时，要注意前、后磁通量的正、负值，如原磁通量Φ1＝BS，当平面转过180°后，磁通量Φ2＝－BS，磁通量的变化量ΔΦ＝|Φ2－Φ1|＝2BS.
即时应用?(即时突破，小试牛刀)
4. (单选)如图3－3－7所示，在条形磁铁中部垂直套有A、B两个圆环，设通过线圈A、B的磁通量为ΦA、ΦB，则( )
A．ΦA＝ΦB B．ΦA＜ΦB
C．ΦA＞ΦB D．无法判断
图3－3－7
解析：选B.在条形磁铁的周围，磁感线是从N极出发，经外空间磁场由S极进入磁铁内部．在磁铁内部的磁感线从S极指向N极，又因磁感线是闭合的平滑曲线，所以条形磁铁内外磁感线条数一样多，从下向上穿过A、B环的磁感线条数一样多，而从上向下穿过A环的磁感线多于B环，则从下向上穿过A环的净磁感线条数少于B环，所以B环的磁通量大于A环的磁通量．
(单选)如图3－3－8所示，把轻质导电线圈用绝缘细线悬挂在磁铁N极附近，磁铁的轴线穿过线圈的圆心且垂直于线圈平面，当线圈内通入如图方向的电流后，则线圈( )
A．向左运动 B．向右运动
C．静止不动 D．无法确定
课堂互动讲练
例1
通电导体在安培力作用下运动方向的判定
【精讲精析】 法一：等效法．把通电线圈等效成小磁针．由安培定则，线圈等效成小磁针后，左端是S极，右端是N极，异名磁极相吸引，线圈向左运动．
法二：电流元法．如图3－3－9所示，取其中的上、下两小段分析，根据其中心对称性线圈所受安培力的合力水平向左，故线圈向左运动．
图3－3－9
【答案】 A
【方法总结】 不管是电流还是磁体，对通电导线的作用都是通过磁场来实现的，因此必须要清楚导线所在位置的磁场分布情况，然后结合左手定则准确判断导线的受力情况或将要发生的运动，在实际操作过程中，往往采用以下几种方法：
电流元法 把整段导线分为多段直电流元，先用左手定则判断每段电流元受力的方向，然后判断整段导线所受合力的方向，从而确定导线运动方向
等效法 环形电流可等效成小磁针，通电螺线管可以等效成条形磁铁或多个环形电流，反过来等效也成立
特殊位置法 通过转动通电导线到某个便于分析的特殊位置，然后判断其所受安培力的方向，从而确定其运动方向
结论法 两平行直线电流在相互作用过程中，无转动趋势，同向电流互相吸引，反向电流互相排斥；两不平行的直线电流相互作用时，有转到平行且电流方向相同的趋势
转换研究对象法 定性分析磁体在电流磁场作用下如何运动的问题，可先分析电流在磁体磁场中所受的安培力，然后由牛顿第三定律，确定磁体所受电流磁场的反作用力，从而确定磁体所受合力及运动方向
变式训练1如图3－3－10所示，把一通电直导线放在蹄形磁铁磁极的正上方，导线可以自由移动，当导线中通过如图所示方向的电流I时，试判断导线的运动情况．
图3－3－10
解析：根据图示的导线所处的特殊位置
判断其转动情况．将导线AB从N、S极的中
间O分成两段，AO、BO段所处的磁场方向如甲图所示，由左手定则可得AO段受安培力方向垂直于纸面向外，BO段受安培力的方向垂直纸面向里，可见从上向下看，导线AB将绕O点逆时针转动．再根据导线转过90°时的特殊位置判断其上下运动情况．
甲
如图乙所示，导线AB此时受安培力方向竖直向下，导线将向下运动．
由上述两个特殊位置的判断可知，当导线在题中所给状态时，所受安培力使AB逆时针转动的同时还要向下运动．
乙
答案：逆时针转动的同时向下运动
地球是个大磁体，在赤道上，地磁场可以看成是沿南北方向的匀强磁场．如果赤道某处的磁感应强度大小为0.5×10－4T，在赤道上有一根东西方向的直导线，长为20 m，载有从东往西的电流30 A，则地磁场对这根导线的作用力有多大？方向如何？
安培力大小的计算
例2
【精讲精析】 如图3－3－11所示，地磁场的磁感应强度为0.5×10－4T，方向由南向北；导线垂直于地磁场放置，长度为20 m，载有电流30 A，则其所受安培力F＝BIL＝0.5×10－4×30×20 N＝3.0×10－2N
根据左手定则可以判断导线所受安培力的方向垂直指向地面．
图3－3－11
【答案】 3.0×10－2N 方向垂直指向地面
【方法总结】 本题是关于公式F＝BIL和左手定则的简单应用，只要建立好地磁场的空间模型，是很容易解答的．
磁通量大小的计算
例3
有一个100匝，边长为L＝0.20 m的正方形线圈，放在磁感应强度B＝0.50 T的匀强磁场中，线圈平面与磁场垂直．求穿过线圈的磁通量．
【精讲精析】 正方形线圈的面积S1＝L2＝(0.20)2 m2＝4.0×10－2 m2，穿过线圈的磁通量Φ1＝BS1＝0.50×4.0×10－2Wb＝2.0×10－2 Wb.
【答案】 2.0×10－2 Wb
【方法总结】 穿过某一面积的磁通量是由穿过该面的磁感线条数的多少决定的，与匝数无关．只要n匝线圈的面积相同，放置情况也相同，n匝线圈与单匝线圈的磁通量相同．也就是磁通量大小不受线圈匝数的影响．同理，磁通量的变化是ΔΦ＝Φ2－Φ1也不受线圈匝数的影响．所以，分析、计算Φ、ΔΦ时，不必考虑线圈匝数n.
在倾角为α的光滑斜面上，置一通有电流I，长为L，质量为m的导体棒，如图3－3－12所示，试问：
安培力作用下物体的平衡问题
例4
图3－3－12
【思路点拨】 对导线受力分析，根据平衡条件确定安培力的大小和方向，进而确定磁感应强度的大小和方向．
(1)欲使棒静止在斜面上，外加匀强磁场的磁感应强度B的最小值和方向．
(2)欲使棒静止在斜面上且对斜面无压力，外加匀强磁场的磁感应强度B的大小和方向．
变式训练2 (双选)(2011年天津检测)如图3－3－13所示，直导体棒放在倾斜的导轨上，当导体棒通以垂直于纸面向里的电流时，恰能在导轨上静止．下列情况中，棒与导轨间的摩擦力可能为零的是( )
图3－3－13
解析：选AC.对导体棒受力分析，由平衡条件可知A、C正确．(共48张PPT)
第六节 洛伦兹力与现代技术
课标定位
学习目标：
1.掌握带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的规律和分析方法．
2．知道质谱仪和回旋加速器的构造和原理．
重点难点：带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的规律及分析方法．
一、带电粒子在磁场中的运动
1．演示实验
如图3－6－1中甲、乙所示
(1)不加磁场时，观察到电子束的径迹是
_________
(2)加上磁场时，电子束的径迹是________
图3－6－1
一条直线．
一个圆．
2．当带电粒子在磁场中仅受洛伦兹力作用时，由于洛伦兹力始终与运动方向垂直，故带电粒子做匀速圆周运动，已知电荷量为q的带电粒子，以速度大小为v垂直于磁场方向进入磁感应强度为B的匀强磁场中，其运动轨道半径为：r＝mv/qB；周期为T＝__________.
2πm/qB
思考感悟
在仅受洛伦兹力作用的情况下，带电粒子在匀强磁场中有可能做变速直线运动吗？
提示：在匀强磁场中，带电粒子可以做匀速直线运动，也可以做变速曲线运动，但不可能做变速直线运动．
二、质谱仪
同位素是____________、 ____________的原子．由于同位素的化学性质相同，不能用化学方法加以区分，可以采用物理方法．质谱仪常用来研究物质的同位素．
1．用途：测定带电粒子的______和______
原子序数相同
原子质量不同
荷质比
质量．
2．构造：质谱仪的结构如图3－6－2所示，带电粒子经过S1和S2之间的电场加速后，进入P1、P2之间的区域．P1、P2之间存在着互相正交的磁感应强度为B1的匀强磁场和电场强度为E的匀强电场，只有在这一区域内不改变运动方向的粒子才能顺利通过S0上的狭缝，进入磁感应强度为B2的匀强磁场区域．在该区域内带电粒子做________运动，打在照相底片上，留下印迹A1、A2.
匀速圆周
图3－6－2
3．原理：带电粒子在加速电场中加速获得速度，且以此速度进入P1、P2之间的区域，因P1、P2之间存在着互相正交的磁感应强度为B1的匀强磁场和电场强度为E的匀强电场，是速度选择器，所以只有
满足______的粒子才能做匀速直线运动通过S0上的狭缝．
带电粒子以速度v进入磁感应强度为B2的匀强磁场区域，只受洛伦兹力作用，做匀速圆周运动，运动
半径r＝ ，由以上两式消去v，得＝__________.
在这些量中v、B、r可直接测量，故可利用该装置__________，若测出q则可求出质量m.
质谱仪是汤姆生的学生______发明的，他因发明质谱仪和发现非放射性元素的同位素等贡献而获得1922年诺贝尔化学奖．
测量荷质比
阿斯顿
三、回旋加速器
1．加速器是使带电粒子获得高能量的装置.____年美国加利福尼亚州伯克利加州大学的______制成了世界上第一台回旋加速器，其真空室的直径只有10.2 cm，此后不断改进又制成了实用的回旋加速器．他因为发明和发展了回旋加速器获得了____年度____________奖．
1930
劳伦斯
1939
诺贝尔物理学
2．构造和原理
(1)构造图：如图3－6－3
图3－6－3
(2)如果交流电源的周期正好与离子运动的周期____，离子在每次通过间隙时都会被加速，随着速度的增加，离子做圆周运动的半径也将逐步加大，当达到预期的速率时，用静电偏转板将高能离子引出D形盒，用于科学研究．
相同
核心要点突破
一、带电粒子在匀强磁场中的运动
1．当v平行于B时：f＝0，匀速直线运动．
2．当v垂直于B时：洛伦兹力f起向心力的作用，粒子将做匀速圆周运动(如图3－6－4所示．)
粒子运动的轨道半径r和周期T：
由f＝F向得：
qvB＝mv2/r
得粒子运动的轨道半径：
r＝mv/qB
由T＝2πr/v得：T＝2πm/Bq.
图3－6－4
即时应用?(即时突破，小试牛刀)
1．已知氢核与氦核的质量之比m1∶m2＝1∶4，电荷量之比q1∶q2＝1∶2，当氢核与氦核以v1∶v2＝4∶1的速度，垂直于磁场方向射入磁场后，分别做匀速圆周运动，则氢核与氦核半径之比r1∶r2＝________，周期之比T1∶T2＝________.
答案：2∶1 1∶2
二、带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的分析
带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的问题，要求我们能正确地分析、解决．特别是带电粒子在有界磁场中的运动，更为重要．这类问题，重要的是画轨迹，找圆心和求半径，然后再利用圆的知识、牛顿第二定律等进一步求解．
1．找圆心、求半径
(1)圆心的确定
带电粒子进入一个有界磁场后的轨迹是一段圆弧，如何确定圆心是解决此类问题的前提，也是解题的关键．一个最基本的思路是：圆心一定在与速度方向垂直的直线上，举例如下：
①已知入射方向和出射方向时，可通过入射点和出射点作垂直于入射方向和出射方向的直线，两条直线的交点就是圆弧轨道的圆心(如图3－6－5所示，图中P为入射点，M为出射点)．
图3－6－5
②已知入射方向和出射点的位置时，可以通过入射点作入射方向的垂线，连接入射点和出射点，作其中垂线，这两条垂线的交点就是圆弧轨道的圆心(如图3－6－6所示，P为入射点，M为出射点)．
图3－6－6
(2)几个有关的角及其关系
如图3－6－7所示，粒子做匀速圆周运动时，φ为粒子速度的偏向角，粒子与圆心的连线转过的角度α为回旋角(或圆心角)，AB弦与切线的夹角θ为弦切角，它们的关系为：φ＝α＝2θ.
图3－6－7
特别提醒：在不同边界的磁场中运动的几种轨迹如图3－6－8所示．
图3－6－8
即时应用?(即时突破，小试牛刀)
如图3－6－9所示，一束电子(电荷量为e)以速度v垂直射入磁感应强度为B，宽度为d的匀强磁场中，穿透磁场时速度方向与电子原来入射方向的夹角是30°，则电子的质量是________，穿透磁场的时间是________．
图3－6－9
三、回旋加速器的原理
图3－6－10
1.回旋加速器的工作原理如图3－6－10所示，设离子源中放出的是带正电的粒子，带正电的粒子以一定的初速度v0进入下方D形盒中的匀强磁场做匀速圆周运动，运行半周后回到窄缝的边缘．这时在A1、A1′间加一向上的电场，粒子将在电场作用下被加速，速率
由v0变为v1，然后粒子在上方D形盒的匀强磁场中做圆周运动，经过半个周期后到达窄缝的边缘A2′，这时在A2、A2′间加一向下的电场，使粒子又一次得到加速，速率变为v2，这样使带电粒子每通过窄缝时被加速，又通过盒内磁场的作用使粒子回旋到窄缝，通过反复加速使粒子达到很高的能量．
即时应用?(即时突破，小试牛刀)
3．(双选)在回旋加速器中，下列说法正确的是( )
A．电场用来加速带电粒子，磁场则使带电粒子旋转
B．电场和磁场同时用来加速带电粒子
C．在确定的交流电压下，回旋加速器的半径越大，同一带电粒子获得的动能越大
D．同一带电粒子获得的最大动能只与交流电源的电压有关，而与交流电源的频率无关
解析：选AC.在回旋加速器中磁场是用来偏转的，电场是用来加速的，所以选项A正确，B错误．在确定的交流电压下，回旋加速器的半径越大，同一带电粒子获得的动能越大，与交流电源的电压无关，选项C正确，D错误．
如图3－6－11所示，虚线圆所围区域内有方向垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B.一束电子沿圆形区域的直径方向以速度v射入磁场，电子束经过磁场区域后，其运动方向与原入射方向成θ角．设电子的质量为m，电荷量为e，不计电子之间的相互作用力及电子所受的重力．求：
(1)电子在磁场中运动轨迹的半径R；
(2)电子在磁场中运动的时间t；
(3)圆形磁场区域的半径r.
课堂互动讲练
例1
带电粒子在有界匀强磁场中的运动
图3－6－11
【思路点拨】 对带电粒子在有界磁场中匀速圆周运动的求解，关键是画出匀速圆周运动的轨迹，利用几何知识找出圆心及相应的半径，从而找出圆弧所对应的圆心角．由圆心和轨迹用几何知识确定半径是研究带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的重要方法．
图3－6－12
变式训练1如图3－6－13所示，一带电量为q＝＋2×10－9C、质量为m＝1.8×10－16kg的粒子，在直线上一点O处沿与直线成30°角的方向垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中，经历t＝1.5×10－6s后到达直线上另一点P.求：
(1)粒子做圆周运动的周期T；
(2)磁感应强度B的大小；
(3)若OP的距离为0.1 m，则粒子的运动速度v多大？
图3－6－13
解析：粒子进入磁场后，受洛伦兹力的作用，重力很小可忽略．粒子做匀速圆周运动的轨迹如图所示．
答案：(1)1.8×10－6s (2)0.314 T
(3)3.49×105 m/s
(双选)如图3－6－14所示，有a、b、c、d四个离子，它们带等量的同种电荷，质量不等，ma＝mbA．射到A1的是a离子
B．射到A1的是b离子
C．射到A2的是c离子
D．射到A2的是d离子
质谱仪
例2
图3－6－14
【答案】 BC
【方法总结】 在解决质谱仪的相关问题时，应理解其工作原理，结合洛伦兹力的作用和特点进行综合分析．要做好受力情况分析、运动过程分析及动能关系分析，要善于把实际问题抽象成简单的物理模型，搞清它的基本原理．
变式训练2 (双选)质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具，它的构造原理如3－6－15图所示，离子源S产生的各种不同正离子束(速度可看作为零)，经加速电场加速后垂直进入有界匀强磁场，到达记录它的照相底片P上，设离子在P上的位置到入口处S1的距离为x，可以判断( )
图3－6－15
A．若离子束是同位素，则x越大，离子质量越大
B．若离子束是同位素，则x越大，离子质量越小
C．只要x相同，则离子质量一定相同
D．只要x相同，则离子的荷质比一定相同
回旋加速器
例3
回旋加速器是用于加速带电粒子流，使之获得很大动能的仪器，其核心部分是两个D形金属扁盒，两盒分别和一高频交流电源两极相接，以便在盒间狭缝中形成匀强电场，使粒子每穿过狭缝都得到加速；两盒放在匀强磁场中，磁场方向垂直于盒底面．粒子源置于盒的圆心附近，若粒子源射出的粒子电量为q，质量为m，粒子最大回旋半径为Rm，其运动轨迹如图3－6－16所示，问
(1)粒子在盒内做何种运动？
(2)粒子在两盒间狭缝内做何种运动？
(3)所加交变电压频率为多大？
(4)粒子离开加速器时速度多大？
(5)设两D形盒间电场的电势差为U，盒间距离为d，求加速到上述能量所需时间．
图3－6－16
【方法总结】回旋加速器是带电粒子在电场、磁场中运动的一种具体应用．电场起加速作用，磁场起偏转作用，使得带电粒子在有限的空间范围内可以获得很大的速度，从而获得相应的动能．与圆周运动相比，加速运动的加速时间极短，也可以忽略．
变式训练3 一回旋加速器，在外加磁场一定时，可把质子(11H)加速到v，使它获得的动能为Ek，则
(1)能把α粒子(He)加速到的速度为________；
(2)能使α粒子获得的动能为________；
(3)加速α粒子的交流电压频率与加速质子的交流电压频率比为________．
