典型图例与拓展 8.静电场-9.电路及其应用-【优化探究】2026高考物理一轮复习高考总复习配套课件（广东专版）

典型图例 拓展应用   把带正电荷的物体C移近导体A,金属箔张开,这时把A和B分开,然后移开C,金属箔张开。再让A和B接触,又看到金属箔闭合。   该装置为库仑做实验用的库仑扭秤。 转换法:通过悬丝扭转的角度可以比较力的大小; 电荷测量:利用均分原理。 8.静电场 静电感应 扭秤实验装置 典型图例 拓展应用   (1)以电荷量为Q的点电荷为中心作一个半径为r的球面,球面上各点的电场强度大小相等,E=。 (2)当Q为正电荷时,电场强度E的方向沿半径向外;当Q为负电荷时,电场强度E的方向沿半径向内。   电场中某点的电场强度为各个点电荷在该点产生的电场强度的矢量和。这说明电场的作用是可以相互叠加的。 电场强度的叠加 典型图例 拓展应用   电场线上各点的切线方向与该点的电场强度方向一致。   (1)电场线从正电荷或无限远出发,终止于无限远或负电荷。 (2)电场线在电场中不相交,这是因为在电场中任意一点的电场强度不可能有两个方向。 点电荷的电场线呈辐射状 典型图例 拓展应用   同一幅图中,电场强度较大的地方电场线较密,电场强度较小的地方电场线较疏。   用一条绝缘轻绳悬挂一个带正电小球,小球质量为m,所带电荷量为q。现加水平方向的匀强电场,平衡时绝缘绳与竖直方向夹角为30°,则匀强电场的电场强度大小E=。 等量异种点电荷的电场线和等量同种 点电荷的电场线 典型图例 拓展应用 真空中有两个点电荷,Q1为4.0×10-8 C、Q2为-1.0×10-8 C,分别固定在x轴的坐标为0和6 cm的位置上。 (1)x轴上哪个位置电场强度为0? (2)x轴上哪些位置的电场强度的方向是沿x轴的正方向的? (1)设电场强度为0的点与x=0点的距离为x,则k-k=0 解得x1=4 cm(不合题意,舍去),x2=12 cm。 (2)在x轴上0<x<6 cm和x>12 cm的地方,电场强度的方向是沿x轴正方向的。 说明:在距离坐标原点+∞和-∞的位置,电场强度也为零。 典型图例 拓展应用   金属导体的微观结构如何?存在大量自由移动的电子。 自由电子怎样移动?逆着电场线移动。 自由电子会在什么地方积聚?导体表面。 电子的积聚会出现怎样的结果?处于静电平衡状态的导体,其内部的电场强度处处为0。 静电场中的导体 典型图例 拓展应用 　 (1)处于静电平衡状态的导体内部没有电荷,电荷只分布在导体的外表面。 (2)壳内电场强度处处为0,外电场对壳内的仪器不会产生影响。金属壳的这种作用叫作静电屏蔽。 (3)使带电的金属球靠近验电器,但不接触,箔片张开;用金属网把验电器罩起来,再使带电的金属球靠近验电器,箔片不张开。 导体腔内的电场为0 静电屏蔽 典型图例 拓展应用   点火器的放电电极做成钉尖形利用的是尖端放电现象,使其在电压不高的情况下也容易点火。 　 把试探电荷q沿三条不同的路径从A点移动到B点。 静电力做的功W=qE|AM|,静电力所做的功与电荷的起始位置和终止位置有关,与电荷经过的路径无关。 典型图例 拓展应用   (1)电场线跟等势面垂直,并且由电势高的等势面指向电势低的等势面。 (2)两个相邻的等势面间的电势差是相等的。 (3)电场线密的地方等势线也密,电场线稀疏的地方等势线也稀疏。 　 匀强电场中两点间的电势差等于电场强度与这两点沿电场方向的距离的乘积。 典型图例 拓展应用   三个同心圆是点电荷Q周围的三个等势面,A、B、C分别是这三个等势面上的点。已知这三个圆的半径关系为rC-rB=rB-rA,且这三点在同一条电场线上,则UAB>UBC。 典型图例 拓展应用 已知匀强电场的方向与△ABC所在的平面平行,UAB=4 V,UBC=-2 V。在图中画出过B点的电场线方向。     取AB中点D,则DC是等势线,过点B作DC的垂线就是电场线,电场线方向指向电势降低的方向,如图所示。 典型图例 拓展应用   C=   用如图所示描述某电容器充电时,其电荷量Q、电压U、电容C之间的相互关系,请判断它们的正误,并说明理由。 电容器的电容只跟电容器有关,跟是否带电及两端电压无关,故B、D正确。对于同一个电容器,其电荷量与电压成正比,故C正确。 研究影响平板电容器电容大小的因素 典型图例 拓展应用   为使电子运动到圆筒与圆筒之间各个间隙中都能恰好使静电力的方向跟运动方向相同而不断加速,圆筒长度的设计必须遵照一定的规律。若已知电子的质量为m、电子电荷量为e、电压的绝对值为u、周期为T,电子通过圆筒间隙的时间可以忽略不计。则金属圆筒的长度和它的序号之间有什么定量关系?第n个金属圆筒的长度应该是多少? 设电子进入第n个圆筒后的速度为v,根据动能定理有 neu=mv2 得v= 第n个圆筒的长度为 l=vt== 圆筒长度跟圆筒序号的平方根成正比,第n个圆筒的长度是 。 典型图例 拓展应用 两相同极板A与B的长度为l,相距为d,极板间的电压为U。一个电子沿平行于板面的方向射入电场中,射入时的速度为v0。把两板间的电场看作匀强电场,求电子射出电场时沿垂直于板面方向偏移的距离y和偏转的角度θ。   y= tan θ== 典型图例 拓展应用     XX'偏转电极通常接入仪器自身产生的锯齿形电压,叫作扫描电压,如果示波管的YY'偏转电极上加的信号电压是周期性的,且与扫描电压周期相同,那么,就可以在荧光屏上得到待测信号在一个周期内随时间变化的稳定图像了。 示波管原理图 扫描电压 典型图例 拓展应用 单刀双掷开关S原来跟2相接,从t=0开始,开关改接1,得到流过电路中P点的电流随时间变化的I-t图像,电容器两极板的电势差UAB随时间变化的图像。t=2 s时,把开关改接2,请在I-t图像和UAB-t图像中画出之后2 s内图像的大致形状。   典型图例 拓展应用   设导体的横截面积为S,自由电子数密度(单位体积内的自由电子数)为n,自由电子定向移动的平均速率为v,则时间t内通过某一横截面的自由电子数为nSvt。由于电子电荷量为e,因此,时间t内通过横截面的电荷量q=neSvt。根据电流的公式I=,就可以得到电流和自由电子定向移动平均速率的关系I=neSv。 9.电路及其应用 典型图例 拓展应用   线性元件的I-U图像的斜率表示电阻倒数,RA>RB。 导体A、B的伏安特性曲线 典型图例 拓展应用   二极管的电流和电压不成正比,二极管是非线性元件;二极管加正向电压时,电压越高,电流随电压的变化越快,加反向电压时,一般电压下电流为0表示不导通,当电压达到一定值时,电流迅速增大,这是反向击穿现象。 某晶体二极管的伏安特性曲线 典型图例 拓展应用 一块均匀的长方体样品,长为a,宽为b,厚为c。电流沿AB方向时测得样品的电阻为R,则样品的电阻率是多少?电流沿CD方向时样品的电阻是多少? 电流沿AB方向时,由R=ρ=ρ,得ρ=;电流沿CD方向时,样品的电阻R'=ρ=ρ=·=R。 典型图例 拓展应用 　 R串=R1+R2,n个相同电阻串联, 总电阻R总=nR R并=,n个相同电阻并联,R总=R 说明:多个电阻无论串联还是并联,其中任一电阻增大,总电阻也增大。 电阻的串联 电阻的并联 典型图例 拓展应用   已知电流表内阻Rg,满偏电流Ig,要改装成量程为U的电压表,应串联一个分压电阻R,改装后电压表的内阻为,R=-Rg。   已知电流表内阻Rg,满偏电流Ig,要改装成量程为I的电流表,应并联一个分流电阻R,改装后电流表的内阻为, R=。 把表头改装成电压表 把表头改装成大量程电流表 典型图例 拓展应用 如图,R0为定值电阻,R1为滑动变阻器。闭合电路使L发光后,若将滑动片向右滑动,灯泡的亮度会如何变化?   设电源两端电压为U,滑动变阻器的滑动片向右滑动时,滑动变阻器接入电路的阻值变小,并联部分的电阻变小,并联部分的分压变小,灯泡亮度变暗。 典型图例 拓展应用 如图,电阻R1为10 Ω,R2为120 Ω,R3为40 Ω。另有一个电压恒为100 V的电源。 (1)当C、D端短路时,A、B之间的等效电阻是多少? (2)当A、B两端接通测试电源时,C、D两端的电压是多少? (1)当C、D端短路时, R=+R1=40 Ω。 (2)当A、B两端接通测试电源时,C、D两端的电压等于电阻R3两端的电压,则有UCD=U=80 V。 典型图例 拓展应用 某同学按如图所示的电路进行实验。连接电路元件后,闭合开关S,发现两个灯都不亮。该同学用多用电表的直流电压挡来检测电路哪个位置发生了故障。他在闭合开关S的情况下把多用电表的一个表笔始终接在电路的A点上,用另一个表笔依次接触电路中的B、C、D、E、F等点,很快就找到了故障所在位置。   用红表笔始终接触A点,用黑表笔依次接触电路中的B、C、D、E、F点,如果某次多用电表示数为0,则是黑表笔所接点右侧的元件有断路。 典型图例 拓展应用   已知电路两端的电势差为U,电流为I,电荷从左向右做定向移动所用时间为t,电流做功的表达式W=Uq=UIt。   开关S接通时电饭锅处于加热状态,断开时处于保温状态。要使R2在保温状态下的功率是加热状态的一半,则R1∶R2=(-1)∶1。 电路中电荷定向移动的示意图 电饭锅电路图 典型图例 拓展应用   (1)从能量转化的角度看,电源是通过非静电力做功把其他形式的能转化为电势能的装置。 (2)非静电力所做的功与所移动的电荷量之比叫作电动势,E=。   (1)在外电路中,沿电流方向电势降低。 (2)电源内部也存在电阻,内电路中的电阻叫内电阻,简称内阻。我们可以将电源看作一个没有电阻的理想电源与电阻的串联,这个电阻的电势也会沿电流方向降低。 电源的示意图 电源与内阻 典型图例 拓展应用   时间t内电源输出的电能为W=Eq=EIt 时间t内,外电路、内电路转化为的内能分别为 Q外=I2Rt,Q内=I2rt 根据能量守恒定律,非静电力做的功应该等于内、外电路中电能转化为其他形式能的总和,即 W=Q外+Q内 可得EIt=I2Rt+I2rt,E=IR+Ir 即I=。 典型图例 拓展应用   U=-rI+E,U-I图像是一条直线, 纵轴截距表示电源的电动势E,斜率的绝对值表示电源的内阻r。 说明:根据U-I图像,当外电路断开时,路端电压U=E,当电源两端短路时,电流I=。 路端电压与干路电流的关系 典型图例 拓展应用   (1)当红、黑表笔直接接触时(相当于被测电阻为0),电流表指针指在最大值Ig处,由闭合电路的欧姆定律可得Ig==,若已知E和Ig的值,就可以求得RΩ。 (2)当红、黑表笔之间接有待测电阻Rx时,电流表指针指在Ix处,由闭合电路的欧姆定律可得Ix=,得Rx=-RΩ,由上式可知,电阻与电流存在一一对应的关系。 说明:Rx与Ix之间不是线性关系,所以刻度盘上电阻值的刻度不均匀。 欧姆表电路 典型图例 拓展应用 在图甲电路中,R1是可调电阻,R2是定值电阻,电源内阻不计。实验时调节R1的阻值,得到各组电压表和电流表数据,用这些数据在坐标纸上描点、拟合,作出的U-I图像如图乙中AB所示。 结合图甲,说明a、b、AB的斜率各表示什么物理量。 a的斜率和b的斜率表示可调电阻R1接入电路的不同电阻值。AB的斜率的绝对值表示R2的电阻值。 典型图例 拓展应用 小明坐在汽车的副驾驶位上看到一个现象:当汽车的电动机启动时,汽车的车灯会瞬时变暗。汽车的电源、电流表、车灯、电动机连接的简化电路如图所示,已知汽车电源电动势为12.5 V,内阻为0.05 Ω。车灯接通电动机未启动时,电流表示数为10 A;电动机启动的瞬间,电流表示数达到60 A。 问:电动机启动时,车灯的功率减少了多少? 电动机未启动时,车灯的功率 P1=(E-Ir)·I=(12.5-10×0.05) ×10 W=120 W 车灯的电阻R== Ω =1.2 Ω 电动机启动时,并联部分的电压 U=E-I'r=(12.5-60×0.05)V=9.5 V 车灯的功率P2== W≈75.2 W 车灯的功率减少了P1-P2=44.8 W。 典型图例 拓展应用   电源的电动势不变,内阻r为2 Ω,定值电阻R1为0.5 Ω,滑动变阻器R2的最大阻值为5 Ω。 (1)当滑动变阻器的阻值为0时,电阻R1消耗的功率最大。 (2)当R2=R1+r=2.5 Ω时,滑动变阻器R2消耗的功率最大。 (3)当R1+R2=r,即R2=1.5 Ω时,电源的输出功率最大。 $$