高中物理电磁学总复习

高三物理总复习电磁学复习内容：高二物理（第十三章电场、第十四章恒定电流、第十五章磁场、第十六章电磁感应、第十七章变交电流、第十八章电磁场与电磁波）复习范围：第十三章～第十八章电磁学§.1第十三章电场1.（1）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给另一个物体或者从物体的一部分转移到另一部分.（2）应用起电的三种方式：摩擦起电（前提是两种不同的物质发生摩擦）、感应起电（把电荷移近不带电的导体（不接触导体），使导体带电）、接触带电.注意：①电荷量e称为元电荷电荷量C1060.119e；②电子的电荷量e和电子的质量m的比叫做电子的比荷C/kg1076.111eme.③两个完全相同的带电金属小球接触时．．．．．．．．．．．．．．．．电荷量分配规律：原带异种电荷的先中和后平分；原带同种电荷的总电荷量平分.2.库仑定律.⑴适用对象：点电荷.注意：①带电球壳可等效点电荷.当带电球壳均匀带电时，我们可等效在球心处有一个点电荷；球壳不均匀带电荷时，则等效点电荷就靠近电荷多的一侧.②库仑力也是电场力，它只是电场力的一种.⑵公式：221rQQkF（k为静电力常量等于229/cmN109.9）.3.（1）电场：只要有电荷存在，电荷周围就存在电场（电场是描述自身的物理量．．．．．．．．．．．），电场的基本性质是它对放入其中的电荷有力的作用，这种力叫做电场力.（2）ⅰ.电场强度（描述自身的物理量．．．．．．．．）：E=F/q这个公式适用于一切电场，电场强度E是矢量，物理学中规定电场中某点的场强方向跟正电荷在该点的电场力的方向相同，即正电荷受的电场力方向，即E的方向为负电荷受的电场力的方向的反向.此外F=Eq与221rQQkF不同就在于前者适用任何电场，后者只适用于点电荷.注意：①对检验电荷（可正可负）的要求：一是电荷量应当充分小；二是体积也要小.②E=F/q中F是检验电荷所受电场力，q为检验电荷的电量③凡是“描述自身的物理量”统统不能说××正此，××反比（下同）.ⅱ.点电荷的电场场强2rkQE对象就必须是以点电荷Q为场源电荷的电量，因此它只适用于点电荷形成的电场.注意：若两个点电荷相距为r，将两个点电荷移近至r趋近于零，由2rkQE知，这时的E为无穷大.（×）（这时的两个点电荷不能看作质点了，不符和2rkQE的适用条件）4.电场线：电场线上每一点的切线方向与该点的场强方向一致（与电场线的走向方向相同的那一个方向）.①电场线的疏密程度表示场强的大小，电场线越密（疏）场强越大（小）.②电场线的分布情况可用实验来摸拟，而电场线都是假想的线.③在任何一点场强大小和方向都相同，则此电场为匀强电场，匀强电强是最简单的电场.匀强电场的电场线是距离相等的平行直线.附：若电场线平行，但间距不等，则这样的电场不存在.[简证：假设存在，WAB=qES=UABq，因为E不同（由于间距不同造成）且S相同，所以SEUSEqqUABAB，上式只有在匀强电场中才适用，这与非匀强电场矛盾，故不存在]④点电荷的电场线分布是直线型（如图）.+AabAa为场强方向ABSE⑤电场线不可能相交，也不可能闭合.（不同于磁感线）⑥电场线不是带电粒子的在电场中的运动轨迹，但可能重合.（例如：匀强电场中粒子沿电场线运动）.⑦电场线从正电荷出来终止于负电荷（包括从正电荷出发终止于无穷远处或来自无穷远终止于负电荷）.⑧等势体永远不会有电场线（如果有电场线，必定有电势降低，这与等势体矛盾）.5.静电屏敞：导体内的自由电子在外电场的作用下重新分布的现象，叫做静电感应.当导体内的自由电子不再做定向移动时，此时导体处于静电平衡.注意：处于静电平衡的导体内部场强处处为零，但导体表面的场强不为零，场强方向垂直于外表面（等势面）.6.电势差、电势、电势能、等势面.（一）电势差（电势差是标量）.①UqW（电场力做功与路径无关，只和初未位置的电势差有关，q的“十，一”一同代入计算）②电势差跟带电量q无关，只跟电场中的两点之间的位置有关.这表示电势差是反映电场自身的物理量．．．．．．．．．．．．．．.③电势差单位：V，1V=1J/c，电势差的绝对值表示的就是电压.④EdU（只适用于匀强电场，d为等势面间的距离），E的方向是电势降低最快的方向.（二）电势（特殊的电势差，同样是标量“+，—”之分表示的是大小，BAABU初电势减去未电势）.①零电势的选取：大地或大地相连的物体或无穷远处.注：大地不能看作电源，大地可当作导体处理.例如：→RAVRAV，得A、V表读数相同.②电势与零电势选取有关，电势差与零电势选取无关.③电势的高低仍然由电场自身来决定→反映电场自身的物理量．．．．．．．．．．.④沿着电场线的方向，电势越来越低.⑤电势为零是人为选取的.例如电场强度为零的区域电势一定为零（×）（电场强度为零是客观的，它一般是在等势体内）注意：①电荷只在电场力作用下就一定由高电势向低电势运动.（×）（若初速度不为零，就由低电势向高电势运动）②带电粒子是在电场力作用下，可以做匀速圆周运动.③初速度为零的正、负电荷一定朝着电势能低的地方运动.（因为初速度为零，所以电荷的运动是电场力的方向，如图.若不知初速度是否为零，则正、负电荷不一定朝着电势能低的地方运动，可能向电势能高的地方运动）④在正点电荷形成的电场中任意一点，电势总是大于零的（选了无穷远为零电势）同理在负点电荷形成的电场中任意一点，电势总是小于零的→往往就使负电荷在这个电场中的电势能大于正电荷的电势能.⑤一带电粒子在电场中只受电场力作用时，可能出现的运动状态是匀速圆周运动或是匀变速曲线运动或匀加或匀减速直线运动.（三）电势能.①qqU（q的“+，—”一同代入计算，它表大小）注：qε，J10εA和J10εB，则Aε＞Bε，这与重力势能类似.②电势能由电荷性质与电势差共同决定．．．．．．．．．．．．．．．．.③电场力做正功，电势能减小；电场力做负功，电势能增大.④电势能与机械能守恒的形式是：未未末初初初qmghmvqmghmv222121（条件是：只受电场力和重力）注意：放在电场中某一定点的正电荷，其电量越多，只有电势能不一定越多.例如：把电荷放在零电势上.（四）等势面.①电场线与等势面垂直（由900cossfw得）并且电场线由高电势的等势面指向低电势的等势面.②任意两个等势面不可能相交.③初未位置在同一等势面的电荷所受的电场力对电荷不做功.④孤立点电荷周围的等势面的分布在平面上是以点电荷为圆心的同心圆，空间上则是一个球.⑤发生静电平衡的导体是等势体，等势体无电场线.⑥等差等势面间的距离越小的地方，场强越大（如图）.100eV80eV60eV40eV20eVabcc'E常用判断方法：赋值法若a和b的位置如图所示，并赋上值，且其的中点为c，则c点的电势小于60eV.等差等势面的分布E+F，sEF，s[附]：常见的等势面分布.Ⅰ.等量的异种电荷的等势面.l线是等势线，且选无穷远处为零电势，则l的电势为零.电场强度E是向两边递减.电场线分布（越稀疏），放在O点E合为最大（与L线上的E合相比较，若与L线上E相比较，0点的电势是最小的）Ⅱ.等量的同种电荷的等势面.l线是电场线，l线上的电势自O向两极是逐渐减小（同为负电荷，则相反）.在O点E合=0.电场强度是自O点向两边是先增后减，当33arccos时，E合为最大.（同为负电荷，则亦一样）注：在L线上放上负电荷，则负电荷是往负运动的；在L线上放上正电荷，则正电荷是往负运动的.简证：令33cos(cos1cos2)32(212)cos1)(cos1(cos2sincos22322222当yy时取等）Ⅲ.匀强电场的等势面.7.电容：描述电容器容纳电荷本领的物理量.①i.使电容器的两个极板带上等量的异种电荷的过程叫做充电，这可以用灵敏电流计观察到短暂电流充电稳定后，电路中就无电流了，但两极板的电势差就等于电源的电动势.其它形势的能转化为电场能.ii.把充电后的极板接通电荷互相中和（电荷没有消失，只是失去了电量而已），电容器就不再带电，这个过程是放电，这可形成短暂的放电电流，电场能转化为其它形式的能.共同判断方法可简记为充电时，电流从电源正极流向电容器正极板（负极同理）.放电时，则电流从电源正极流向电容器负极板（负极同理）.②kdSCUQUQC4,（k为静电力常量，为介电常数空气的介电常数最小，S为正对面积）电容是电容器本身．．．．．．．．的性质．．．，这与电势差、场强是相同道理.例如：C-U图像应为图1，而不是UQC得图2注：在一个电容器充电稳定后，若突然使极板间距离减小，则极板电势大于电动势（C↓U不变→Q↓→电荷返回电源→必有电势差→极板＞电动势）.③电容是标量，单位是法拉简称法符号F.pF10μF101F126④静电计是检验电势差的，电势差越大，静电计的偏角越大，那么电容就越小（假设Q不变）.验电器是检验物体是否带电，原理是库仑定律.⑤ⅰ.容器保持与电源连接，则U不变.UkdSCUQ4→d增加，Q减小（减小的Q返回电源）；d减小，Q增加（继续充电）.注：插入原为L且与极板同面积的金属板A（如图）.由于静电平衡A极内场强为零→相当于平行板电容器两极板缩短L距离，故C是增加（是空气为最小，故也是增加的）同时dUE同样E是增加的.ⅱ.电容器充电后与电源断开，则Q不变dUE→d增加，E减小；d减小，E增大.SkdQdUE4→无论d怎样变化，E恒定不变.注：仅插入原为L且与两极板面积相同的金属板A，则同样是d减小c增大，U减小,E同样不变.⑥电容器的击穿电压和工作电压：击穿电压是电容器的极限电压.额定电压是电容器最大工作电压.+l+lEE合E++ddE合COSsinkQd2=2E等势面CUCU8.带电粒子在电场中的运动.（一）加速电场（设q的初速为零）.mqUUqUmv2212注：不考虑重力的有电子，质子H11，粒子，粒子（He42）；考虑重力的有宏观带电粒子（如带电小球，带电液滴）.（二）偏转电场（既使粒子发生偏转同时也被加速）.偏转量dmvqULy2022偏转角LymdvqUL2tan20推论：①荷质比相同的粒子以相同的初速度，以相同的方式进入同一电场，则偏转量和偏转角相同②动能相同的带电粒子，电量相同时，以相同方式进入同一电场，偏转量偏转角相同（荷质比相同）③动量相同的粒子，电量与质量乘积相同时，以相同方式进入同一电场偏转量偏转角相同（荷质比相同）（三）加速电场与偏转电场综合.①dULUy1224(由dmqUmEqamqULtaty212,2,21得)，则dULUy1224叫示波器的灵敏度.②带同种电荷，但电荷量不同的n个带电粒子由静止先经过加速电场，然后经过偏转电场，则这n个粒子的轨迹是一样的（简证：dULUqUmLmdqUymqUv122122114221,2与电荷量无关）.§.2第十四章恒定电流1.（一）电源、电流、电阻.电荷的定向移动形成电流，正电荷定向移动的方向为电流方向（电流强度是标量）电源的正极电势高，负极的电势低.因此电源的电压叫做电动势.电动势E（标量）是由电源本身性质决定．．．．．．．．的，表示电源把其它形式的能转化电能本领大小的物理量.若是理想电源即内阻为零E=U内+U路.①在外电路中电流是从高电势流向低电势.②在内电路中，电流是从低电势（负极）流向高电势（正极）③tqI（与通过导体横截面积的大小无关），I=nqSv(S横截面积，v定向移动速率，n单位体积的自由电荷个数)注：1自由电子定向移动的速率＜自由电子热运动的平均速率＜电流速率.2如果正、负两种电荷往相反方向定向通过横截面积而形成电流，这时对应q为两种电荷的电荷量之和（负电荷等效反方向过来的正电荷）若是同种电荷，则是电荷量之差④欧姆定律：RUI适用对象：金属，电解质溶液（对气态