与学霸交流高二物理上学期必考知识点助你提分

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### **一、电荷的产生与性质**

#### **1. 三种产生电荷的方式**
– **摩擦起电**：通过摩擦使电子转移，例如用绸子摩擦过的玻璃棒带正电，用毛皮摩擦过的橡胶棒带负电。其本质是电子在不同物体间转移。
– **接触起电**：当两个物体接触时，电荷会从高电势物体流向低电势物体，最终达到电荷平衡。若两个完全相同的物体接触，电荷将均分。
– **感应起电**：将带电体靠近不带电导体，可在导体两端产生异种电荷，靠近带电体的一端感应出异种电荷，远离的一端感应出同种电荷。

#### **2. 电荷的基本性质**
– 同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。
– 带电体能吸引轻小物体，如纸屑、泡沫等。

#### **3. 电荷守恒定律**
电荷既不能被创造，也不能被消灭，只能从一个物体转移到另一个物体，或从物体的一部分转移到另一部分，总量保持不变。

#### **4. 元电荷**
– 一个电子所带的电荷量称为元电荷，用符号 \( e \) 表示，数值为 \( 1.6 \times 10^{-19} \) 库仑。
– 质子所带电荷量也等于元电荷。
– 所有带电体的电荷量都是元电荷的整数倍。

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### **二、库仑定律与电场**

#### **1. 库仑定律**
真空中两个静止点电荷间的相互作用力，与它们电荷量的乘积成正比，与距离的平方成反比。作用力方向沿两电荷连线。
– 计算公式： \( F = \frac{kQ_1Q_2}{r^2} \)，其中 \( k = 9.0 \times 10^9 \, \text{N·m}^2/\text{C}^2 \)。
– 仅适用于点电荷（电荷体积可忽略）。
– 库仑力与万有引力性质不同，前者与电荷性质相关，后者与质量相关。

#### **2. 电场**
电场是传递电荷间相互作用力的物质，只要有电荷存在，其周围就存在电场。
– 电场的基本性质是对放入其中的电荷产生作用力（电场力）。

#### **3. 电场强度**
放入电场中某点的电荷所受电场力 \( F \) 与其电荷量 \( q \) 的比值，称为该点的电场强度。
– 定义式： \( E = \frac{F}{q} \)。
– 电场强度是矢量，方向与正电荷所受电场力方向一致。
– 适用于所有电场类型。
– 点电荷的电场强度公式： \( E = \frac{kQ}{r^2} \)。

#### **4. 电场的叠加原理**
当多个点电荷同时存在时，某点的电场强度等于各点电荷单独存在时在该点产生的电场强度的矢量和。
– 解题方法：用平行四边形定则合成各点电荷产生的场强。

#### **5. 电场线**
电场线是人为假设的曲线，用于形象描述电场特性。
– 电场线并非真实存在，而是对电场分布的抽象表示。
– 电场线起于正电荷，终于负电荷：
– 单个正电荷：电场线从电荷出发延伸至无穷远。
– 单个负电荷：电场线从无穷远汇聚至电荷。
– 正负电荷组合：电场线从正电荷指向负电荷。
– 电场线的性质：
– 不闭合，有起点和终点。
– 同一电场中电场线不相交。

#### **6. 匀强电场**
电场强度大小和方向处处相同的电场。
– 匀强电场的电场线是一簇平行且等间距的直线。
– 平行板电容器间的电场为匀强电场。

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### **三、电势与电势差**

#### **1. 电势差（电压）**
电荷在电场中从一点移到另一点时，电场力做的功 \( W_{AB} \) 与电荷量 \( q \) 的比值，称为电势差或电压。
– 定义式： \( U_{AB} = \frac{W_{AB}}{q} \)。
– 电场力做功与路径无关。
– 国际单位：伏特（V）。

#### **2. 电势**
电场中某点的电势等于单位正电荷从该点移到参考点（零势点）时电场力做的功。
– 电势具有相对性，取决于零势点的选择。
– 电势是标量，单位为伏特（V）。
– 电势差与电势关系： \( U_{AB} = \phi_A – \phi_B \)。
– 电势沿电场线方向降低。

#### **3. 等势面**
电场中电势相等的点构成的面。
– 等势面上的电荷电势能不变，因为电场力做功为零。
– 电场线总是从电势高处指向电势低处。
– 等势面分布特点：相邻等势面间距相等。

#### **4. 电场强度与电势差的关系**
在匀强电场中，沿电场线方向的两点间电势差等于电场强度与两点距离的乘积。
– 数学表达式： \( U = Ed \)。
– 仅适用于匀强电场。
– \( d \) 为两等势面间的垂直距离。

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### **四、电容器与带电粒子加速**

#### **1. 电容器**
储存电荷（电场能）的装置，由两个彼此绝缘的金属导体构成。
– 最常见的类型：平行板电容器。

#### **2. 电容**
电容器所带电荷量 \( Q \) 与两极板间电势差 \( U \) 的比值。
– 定义式： \( C = \frac{Q}{U} \)。
– 电容表示电容器储存电荷的本领。
– 国际单位：法拉（F）。
– 电容是电容器本身的属性，与 \( Q \) 和 \( U \) 无关。

#### **3. 平行板电容器决定式**
\( C = \frac{\varepsilon S}{4\pi kd} \)，其中：
– \( d \) 为两极板间垂直距离。
– \( k \) 为静电力常数， \( k = 9.0 \times 10^9 \, \text{N·m}^2/\text{C}^2 \)。
– \( \varepsilon \) 为电介质介电常数（空气最小）。
– \( S \) 为两极板正对面积。
– 若电容器与电源连接，两极板间电势差等于电源电压。
– 若电容器断开电路，两极板电荷量保持不变。

#### **4. 带电粒子加速**
– 条件：带电粒子运动方向与电场强度方向垂直，忽略重力。
– 原理：动能定理，电场力做功等于动能变化， \( W = Uq = \frac{1}{2}mv_t^2 – \frac{1}{2}mv_0^2 \)。
– 推论：若初速度为零， \( Uq = \frac{1}{2}mv_t^2 \)。
– 加速电场：使带电粒子速度增大的电场。

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### **五、高二物理上学期重点应用**

#### **1. 离子束电流及环形电流的求解**
– 电流并非仅限于导体内部电荷定向移动，如电子绕核运动、电场加速的粒子流等。
– 粒子流电流计算： \( I = nqv \)，其中 \( n \) 为单位长度自由电荷数， \( v \) 为电荷定向移动速度。
– 环形电流计算：截取任一截面，分析一段时间内通过该截面的电荷量 \( Q \)，则 \( I = \frac{Q}{T} \)。

#### **2. 导体形状变化后电阻计算**
– 导体形状改变时，总体积不变，电阻率不变，通过 \( V = Sl \) 关系确定长度 \( l \) 和横截面积 \( S \) 的变化。
– 折叠成 \( n \) 段：长度变为 \( \frac{l}{n} \)，横截面积变为 \( ns \)，电阻变为原电阻的 \( \frac{1}{n^2} \)。
– 截取：横截面积不变，长度减小，电阻减小。
– 拉伸：长度变为 \( nl \)，横截面积变为 \( \frac{s}{n} \)，电阻变为原电阻的 \( n^2 \) 倍。

#### **3. 逻辑电路题目解题方法**
– **由现象推断逻辑电路**：通过输入输出状态确定真值表，或分析输入输出的逻辑关系。
– **由逻辑电路分析现象**：先分析输入电压情况，结合门电路确定输出电压，进而推断控制部分现象。

#### **4. 焦耳定律**
– 定义：电流流过导体产生的热量与电流平方、电阻、通电时间成正比。
– 意义：电流通过导体时产生的电热。
– 适用条件：任何电路。

#### **5. 电阻定律**
– 定义：导体电阻与长度成正比，与横截面积成反比。
– 意义：提供电阻率测量方法。
– 适用条件：均匀金属导体和浓度均匀的电解液。

#### **6. 欧姆定律**
– 定义：导体电流 \( I \) 与两端电压 \( U \) 成正比，与电阻 \( R \) 成反比。
– 意义：提供电流测量方法。
– 适用条件：金属、电解液（气体不适用），适用于纯电阻电路。

#### **7. 电阻率**
– 意义：反映导体材料导电性能的物理量，电阻率越小导电性越好。
– 决定因素：材料种类和温度，与长度、横截面积无关。
– 温度关系：
– 金属：电阻率随温度升高而增大（可用于制造电阻温度计）。
– 半导体和电介质：电阻率随温度升高而减小（半导体电阻率变化显著，可用于热敏电阻）。

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### **拓展阅读**
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