物理拓展型课程Ⅰ

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1、目录第九章电场2A真空中的库仑定律2B匀强电场 电场的叠加2C电势能电势和电势差3D电场力做功与电势差的关系4E静电感应现象5第十章电路5A 电动势5B闭合电路的欧姆定律6C 电源电动势和内阻的测量7D简单串联、并联组合电路的应用8E 电阻定律8第十一章磁场9A安培力9B 磁力矩*9第十二章电磁感应10A楞次定律10B导体切割磁感线时感应电动势的大小10第十三章光的波粒二象性10A光的干涉和衍射10B 光的电磁波说 光的偏振*11C光电效应光子说11D光的波粒二象性物质波*12第十四章原子核12A放射性元素的衰变12B原子核的人工转变13C 结合能和质能方程13D核聚变*14第十五章宇宙14A

2、万有引力和第一宇宙速度14B宇宙大爆炸学说*15第九章电场A 真空中的库仑定律一、电荷的相互作用电荷间的作用力随着电荷量的增大而增大，随着距离的增大而减小。二、库仑定律当带电体的开关、大小、电荷分布对电荷间相互作用力的影响可以忽略时，带电 体可以看成带有电荷的点，这样的带电体叫点电荷。真空中两个静止点电荷之间的相互作用力的大小，跟它们的电荷量的乘积成正 比，跟它们之间的距离的平方成反比；力的方向在它们的连线上，这条规律就叫 做真空中的库仑定律。F = k12 r 2式中k叫做静电力常量，在国际单位制中k = 9.0X109N m2 /C2通常把电荷间的这种电相互作用力（静电力）也叫做库仑力。万

3、有引力公式：F = Gm1m 式中 G=6.67X10-ii）Nm2/kg2 r 2B匀强电场电场的叠加一、电场与电场叠加电荷周围空间存在的一种物质叫做电场。电场的基本性质就是对放入其中的电荷有作用力。电荷在电场中所受电场力F 与电量q的比值，叫做该点的电场强度E，用公式表示为：E = Fq在点电荷Q周围的电场强度可以库仑定律求得：kqQE - F -云-kQ-L/ q qr 2如果有几个点电荷同时存在，这时某点的场强等于各个点电荷单独存在时在该点 产生的场强的矢量和。这叫做电场的叠加原理。二、匀强电场在电场的某个区域里，如果各点电场强度的大小和方向都相同，这个区域的电场 就叫做匀强电场。匀强

4、电场的电场线彼此平行，分布均匀。C电势能电势和电势差一、电势能在电场中的带电物体受电场力作用也具有做功本领，因此也具有能量，这种能量 就叫做电势能。如果电场中的电荷从一个位置移动到另一个位置，当电场力做功时，电势能减少;当克服电场力做功时，电势能增加。在讨论电势能的时候，要先规定电荷在某一位置的电势能为零，然后才能确定在 其他位置的电势能。电荷q在电场中某点的电势能在数值上等于把电荷从这点移动到电势能为零处 电场力所做的功。在理论中研究中，通常取电荷q在无穷远处的电势能为零。电势能用符号Ep表示；它的单位就是功的单位焦耳（J）。二、电势用电场中某点的电荷的电势能跟它的电量的比值反映电场的能的性

5、质，叫做电势。若电势用符号中表示，贝UEpq电势只有大小，没有方向，是标量。在国际单位制中电势的单位是伏特，简称伏，用符号V表示，1V=1JC-1。物理意义：电荷量为1C的电荷在该点的电势能是1J，则该点的电势能是IV。电场中电势为零的位置也就是电荷在该点的电势能为零的位置。电场中某点的电势在数值上等于单位正电荷从该点移到零电势能点的过程中电 场力所做的功。在理论研究中，通常到无穷远处的电势为零。在实际应用中，通常取大地的电势 为零。三、电势差把电场中两点间的电势的差值叫做电势差。设电场中A点的电势为中/ B点的电势为甲B , A、B两点间的电势差用符号UAB 表示，则U =中一中AB A B

6、电势差只有大小，没有方向，是标量。在国际单位制中电势差的单位是伏特，简称伏，用符号V表示，1V = 1JC-1D电场力做功与电势差的关系 一、电场力做功与电势差的关系电场中的电荷从一个位置移动到另一个位置，电场力所做的功跟电荷移动的路径 无关，只跟电荷的起始位置和终点位置有关。这个结论与重力场中重力做功的规 律相似。这个规律对非匀强电场也适用。在电场中A、B两点间移动电荷时，电场力做的功等于电量q和这两点间电势差 UAB的乘积，即AB式中电量q用库（C）作单位，电势差Uab用伏（V）作单位，电场力做的功W 用焦（J）作单位。二、等势面电荷在电场中沿垂直于电场线方向移动时，电场力不做功，电荷的电

7、势能不发生 变化，说明电场中这些点的电势相等，电场中电势相同的各点构成的面叫做等势 面。在等势面上移动电荷时，电场力不做功。在电场中常用等势面表示电势的高低，沿着电场线方向移动正电荷，电场力做正 功，正电荷的电势能减少，电荷从电势高的地方移动向电势低的地方。所以，沿 着电场线的方向，电势越来越低，可见，电场线不但跟等势面垂直，而且总是由 电势较高的等势面指向电势较低的等势面。E静电感应现象一、静电感应把带电体移近不带电的导体时，带电体产生的电场对导体内的自由电荷产生力的 作用，导体内的自由电荷在电场力的作用下重新分布，从而使导体表面的不同部 分出现正、负电荷，这种现象叫做静电感应现象。利用静电

8、感应使物体带电的过 程，叫做感应起电。感应起电是使物体中的正负电荷分开，使电荷从物体的一部 分转移到另一部分。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 的某一部分转移到另一部分，在转移的过程中，电荷的总量不变，这个结论叫做 电荷守恒定律。是物理学中的重要基本定律之一。二、静电平衡导体中的电荷分布及电场都不随时间改变的状态叫做静电平衡状态。此时导体中 的电荷不再发生定向移动。处于静电平衡状态的导体有以下特点：（1）电荷只分布在导体的外表面上；（2）导体内部的场强处处为零；（3）导体是个等势体，它的表面是等势面，导体表面附近任何一点电场强度的 方向都跟该点处的表面垂直

9、。三、静电屏蔽当导体壳处于静电平衡状态时，壳内的场强处处为零。这样导体壳就可以保护它 所包围的区域，使这个区域不受外部电场的影响，这种现象叫做静电屏蔽。第十章电路A电动势一、电荷定向移动的原因 电场产生的电场力，使自由电荷做定向移动，从而形成电流。在静电力的作用下，原来静止的正电荷总是从高电势处向低电势处运动，负电荷 则相反。在“非静电力”的作用下，正电荷可以从低电势处运动到高电势处，负 电荷也可以从高电势处运动到低电势处。在静电力和“非静电力”的作用下，电荷从电路的任一点出发，经过电路的不同 部分，又回到出发点，开始新一轮的流动，把这种包含电源、用电器和导线等的 完整回路叫做闭合电路或全电路

10、。二、电动势电源是把其他形式的能转化为电能的装置，这种转化是通过非静电力做功来实现 的。为了表示电源的这种特性，电学中引入电动势的概念。电源的电动势高，表明该电源把其他能转化为电能的本领强，反之表明该电源把 其他能转化为电能的本领弱。因此，电源电动势是由电源本身的性质决定的，与 电源是否接入电路，与电路的工作状态无关。电源电动势用符号E表示，它的大小等于电源没有接入电路时正负两极间的电 压，单位也是V，与电压的单位相同。一段电路两端的电压表示1C电荷通过该段电路时，有多少焦耳的电能转化为其 他形式的能；电源的电动势则表示1C电荷通过该电源时，有多少焦耳其他形式 的能转化为电能。三、内电路和外电

11、路闭合电路可以分成两个部分，一部分是电源外部的电路叫做外电路；另一部分是 电源内部的电路叫做内电路。外电路对电流的阻碍作用叫做外电阻，内电路对电流也有阻碍作用，叫做 内电 阻，简称内阻。四、闭合电路中的能量转化闭合电路中电流流动的过程就是不同形式的能量不断转化的过程。B闭合电路的欧姆定律一、DIS实验（略）二、闭合电路的欧姆定律 闭合电路的电流跟电源电动势成正比，跟内、外电路的电阻之和成反比，这个结 论叫做闭合电路的欧姆定律。I = E式中E为电源电动势，R为外阻，r为内阻R + r三、端电压与外电阻的关系闭合电路中端电压U外随着外电阻R的增大而增大，随着外电阻R的减小而减小。 两种特殊情形：

12、（1）当外电路断开，即发生断路时，闭合电路的端电压等于电源的电动势。因 此，当电源没有接入电路时，可以用电压表直接测量端电压，作为电源电动势的 近似值。（2）当外电路短接，即发生短路时，外电路短路时的电流取决于电源的电动势 和内阻，电源的内阻一般都很小，一旦发生短路，则电路中的电流将很大，极易 损坏电源。C 电源电动势和内阻的测量一、测量电源电动势和内阻的方法测量电源电动势和内阻的基本思路是通过改变外电阻来改变电路的工作状态，测 出不同工作状态的端电压、电阻和外电阻等量，再运用欧姆定律建立方程级，从 而求出电动势和内阻。二、DIS实验（略）三、电池组1、串联电池组把第一个电池的负极和第二个电源

13、的正极相连接，再把第二个电池的负极和第 三个电池的正极相连接，像这样依次连接越来，就组成了串联电池组。串联电池 组的电动势等于各个电池电动势之和，串联电池组的内阻等于各个电池内阻之 和。即E串=nE，r串=nr。当用电器的额定电压比单个电池的电动势高时，可用 串联电池组作为电源，但用电器的最大工作电流必须小于每个电池允许通过的最 大电流。2、并联电池组* 把所有电池的正极连接在一起，成为电池组的正极，把所有电池的负极连接在一 起，成为电池组的负极，就组成并联电池组。并联电池组的电动势等于一个电池 有电动势，它的内阻等于一个电池内阻的n分之一。D简单串联、并联组合电路的应用一、电路故障分析二、电

14、阻的限流、分流与分压作用电阻串联在电路中，可使总电阻增加，减小总电流，它有限制电流的作用。在总电流恒定的情况下，电路旁并联一个电阻R，可以使一部分电流从并联电阻 上渡过，这个并联电阻R叫做分流电阻。电阻接在电路中不仅能影响电流还能影响电压，如果电阻串联在电路中就能改变 串联电路各部分的电压分配，把这种作用叫做分压作用。三、控制电路(略)E电阻定律一、DIS实验(略)二、电阻率电阻率是导体材料的性质。根据公式R = p 1，得到电阻率SRSp - T式中R的单位是。，1的单位是m，S的单位是m2,则电阻率的单位是。m。在0度附近、温度变化不大的情况下，金属导体的电阻率跟温度的关系是p = P0(

15、1 + at)式中P0是金属在0度时的电阻率，P是t度时的电阻率，a叫做电阻温度系数， 单位是。CT。如果忽略导体的长度和横截面积随温度的变化，则电阻跟温度的关 系为：R = R0(1+at)式中R0是0度时的电阻三、超导现象* 当温度降到接近绝对零度时，某些金属材料的电阻会突然减小到零，这种现象叫 做超导现象。处于这种状态的材料叫做超导材料，使电阻突然变为零的温度叫做 超导材料的临界温度，也叫转变温度。第一章磁场A安培力一、安培力的大小把安培力公式运用于匀强磁场和通电直导线相互垂直的简单情况就可以得出以 下表达式F = B I l式中B表示磁感应强度，I表示通过直导线的电流强度，l表示磁场中

16、直导线的 长度。 一 、 . . F 一 、一、 根据磁感应强度公式B=F经过变形也可得出安培力公式。Il二、分子电流假说*在原子、分子等物质微粒内部，存在着一种环形电流一一分子电流，分子电流使 每个物质微粒都成为微小的磁体，它的两侧相当于两个磁极。B磁力矩*一、匀强磁场作用于通电矩形线圈的磁力矩通电矩形线圈在交织磁场中所受的磁力矩可表示为M = Bt s i Gb式中0角的大小也等于线圈平面法线与磁感应强度之间的夹角。如果线圈由n 匝导线绕制而成，对磁场而言相当于导体通过的电流扩大为ni，则通电线圈所 受的磁力矩为M = nB t s i Gn可知，当线圈平面与磁场平行时磁力矩最大。二、指针

17、式电表的原理（略）第十二章电磁感应A楞次定律一、学生实验（略）二、楞次定律感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化，这就是楞次定律。三、DIS实验验证楞次定律（略）四、楞次定律的应用应用楞次定律判断感应电流的方向，首先要明确原来磁场的方向；其次要明确穿 过闭合电路的磁通量是增加还是减小；然后根据楞次定律碇感应电流的磁场方 向；最后利用安培定则确定感应电流的方向。B导体切割磁感线时感应电动势的大小一、感应电动势在电磁感应现象中，穿过闭合电路的磁通量发生变化时，闭合回路中有电流，因 而必定有电动势产生，这样产生的电动势叫做感应电动势。二、导体切割磁感线时感应电动势的大小导体切割磁感线产生的

18、感应电动势大小与磁感应强度的大小、导体长度及导体切 割速度有关。E B l v第十三章光的波粒二象性A光的干涉和衍射一、光的干涉现象由两束振动情况完全相同的光在空间相互叠加，在一些地方相互加强，在另一些 地方相互削弱的现象叫做光的干涉。两个振动情况总是相同的光源（波源）叫做 相十光源。波长越长，频率越低，波长越短，频率越高，即红光的频率最低，紫光的频率最 高。二、光的薄膜干涉光照射到薄膜上时，从膜的前表面和后表面分别反射出来，形成两列相十光，产 生干涉现象叫做薄膜干涉。三、光的衍射光离开直线路径绕到障碍物阴影里去的现象叫做光的衍射。衍射时产生的明暗条 纹或光环，叫做衍射图样。B光的电磁波说光的

19、偏振*一、光的电磁波说光在本质上是一种 电磁波，光所所有电磁波一样，在真空 中的速度都为c = 3.00x 108m/s，这就是光的电磁波说。可见光的频率范围是3.9X 10147.5X 1014Hz。二、光的偏振光的偏振现象表明 光是 -种横波。C光电效应光子说一、光电效应在光的照射下，物体表面发射出电子的现象叫做光电效应，在光的作用下发射出 来的电子叫做光电子。光在空间传播并不像电磁波理论所认为的那样连续分布的，而是一份一份地集中 在一些叫做光子的粒子上，光是由大量光子组成的按光束运动的光子流，每个光 子所具有的能量跟它的频率成正比，即E = hv式中v是光的频率，比例常数h=6.63X

20、10-34j . s，叫做普朗克常量。D光的波粒二象性物质波*一、早期的微粒说与波动说二、光的波粒二象性光的波粒二象性应理解为光子在空间各点出现的可能性的大小，可以用波动规律 来描述。三、物质波电子、原子、分子及原子核等具有质量和速度的一切微观粒子都具有波动性，它 们的波长与粒子的质量m和速度v的乘积mv成反比。这种波叫做物质波或德布 罗意波。第十四章原子核A放射性元素的衰变一、电荷数和质量数原子核是由质子和中子组成的。原子核的符号*X。左上角A表示原子核的质量数。规定以原子量为12的碳原子质量的1/12作为1 个原子质量单位，用符号u表示，1u=1.660565X10-27kg左下角Z表示原

21、子核的电荷数（即质子数或原子序数）。二、衰变a射线是氦原子核组成的高速粒子流，P射线是高速电子流，Y射线是光子流。 原子核放出射线后变成了新的原子核，把原子核的变种变化叫做原子核的衰变。 原子核自发出a粒子的衰变叫做a衰变。由于放射性原子核ax发生一次a衰变Z后，少了一个粒子（4He ），因此质量数减少4，电荷数减少2，变成了新核a-4Y。2Z-2写出衰变方程如下aXt a-4X+4HeZZ-2 2原子核自发放出6粒子的衰变叫做6衰变。P衰变后，核的质量数不变，电荷数为一1。 放射性元素的原子核在发生a衰变和6衰变生成新原子核时，常常使原子核处在 高能量状态，当它从高能量状态转化为低能状态时就

22、会辐射Y光子。因此，a衰 变和6衰变往往同时伴随Y辐射。三、半衰期放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间，叫做这种元素的半衰期。B原子核的人工转变一、原子核的人工转变用人工的方法使原子核发生转变的过程叫做原子核的人工转变。二、中子的发现三、放射性同位素*有栅的核电荷数和不同中子数的元素叫做同位素。具有放射性的同位素叫做放射 性同位素。C结合能和质能方程一、核力在原子核里，除了质子的库仑力之外还有另一种力，这种力叫做核力。核力与核 子是否带电无关。当核子距离在0.8X10-i52.0X10-i5m时，核力是很强的吸引力。二、结合能核子结合成原子核时放出的能量，或原子核分解成核子时吸收的能量叫

23、做原子核 的结合能。三、质量亏损当核子组成原子核时，核子质量跟原子核质量的差叫做质量亏损。四、质能方程物体的能量跟它的质量成正比，或者说能量E等于质量m与光速c的2次方的 乘积，即E mc 2这个方程叫做爱因斯坦质能方程。上述方程写成质量亏损与能量释放的关系式为:AE = Am c 2D核聚变*一、聚变轻核结合成质量较大的原子核叫做聚变。二、热核反应三、可控热核反应的研究E人类对物质结构的探索*第十五章宇宙A万有引力和第一宇宙速度一、牛顿对天体运动的分析F = Gm1m2R 2其中G为引力常数，ml和m2分别为两物体的质量，对于相距很远可以看作质 点的物体，R就是指两个质点间的距离。对于均匀的

24、球体，就是两个球心间的距 离。二、第一宇宙速度GMv =R将地球质量M = 5.98X 1024kg，地球半径R=6.4X106m，万有引力恒量G=6.67X 10-11N - m2 - kg-2代入上式，得出v = 7.9 x 103 m / s这就是物体环绕地球运动不掉到地面上所要达到的最低速度，这个速度叫做第一 宇宙速度，也叫做环绕速度。三、第二和第三宇宙速度*当速度大于11.2X103m/s时，人造卫星就可以挣脱地球引力的束缚，成为绕太阳 运动的物体，所以把这个速度叫做第二宇宙速度，也叫做脱离速度。当速度大于 16.7X103m/s时，物体可挣脱太阳的束缚，飞到太阳系以外的空间去，把这个速 度叫做第三宇宙速度，也叫逃逸速度。B宇宙大爆炸学说*C人类对宇宙结构的探索*