高中物理概念电磁学

第1页共9页高中物理学习辅导——物理概念物理电磁学高中物理概念物理电磁学静电和静电场一、库伦定律①电荷：①电荷量（简称电量）：用来度量带电体（静电）所含电量的多少。其符号是Q，单位是库伦（简称库），用符号C表示。通常正电荷量用正数表示，负电荷量用负数表示。②元电荷：也可叫做基本电荷。任意电荷量都等于该元电荷的整数倍，用e表示。e=1.6021892×10-19C，可取e=1.6×10-19C。它是一个电子或质子所带电荷量。③点电荷：忽略其体积的带电质点，其所带电荷可以用Q或q来表示。④净电荷：在导体中，未被电性抵消的电荷量叫做净电荷量，简称净电荷。⑤电荷平分原理：两个点电荷或体积相等的两个电荷相遇后，各自所带的电荷量为两个点电荷电量之和的一半。（正电荷用正值代入，负电荷用负值代入。）②库伦定律：①概念：在真空中的两个点电荷间的作用力的大小与它们的电量乘积成正比，与它们之间距离平方成反比，作用力的方向存在于它们的连线上。其中的这种作用力叫做静电力或库伦力。其方向遵循：同种电荷相斥，异种电荷相吸的原理。②公式：2rqQkF，其中k就是静电力恒量，在真空条件下其值为k=9.0×109N·m2/C2。二、电场、电场强度和电场线①电场：①电场：电荷间的互相作用是通过电场发生的，只要有电荷，其周围就有电场。静电力就是电场对其他电荷的作用力。②对电场的认识：电场对处于其中的电荷有力的作用，可对电荷做功，从而具有能量和动量，而没有静止质量，具体形状等。②电场强度和电场线：①电场强度：①概念：我们定义：电场力与检验电荷量的比值叫做其电场的电场强度。它是用来描述场源电荷发出电场的性质的物理量，与检验电荷无关。其符号是E，单位是N/C。电场强度是个矢量，其方向就是场源电荷的电场对电场内正电荷的静电力方向。②公式：2rQkqFE，其中k就是静电力恒量，Q是源电荷的电量。②电场线：①概念：电场线是这样一种曲线，它能表示电场强度，它每一点的切线方向与该处电场强度方向一致。电场强度方向就是电场线的方向。②电场线的性质：电场线的疏密可以表示电场强度的大小，电场线越密，电场强度越大。场源电荷为正电荷的电场线箭头指向背离源电荷方向，场源电荷第2页共9页高中物理学习辅导——物理概念物理电磁学为负电荷的电场线箭头指向靠近源电荷方向。三、电势能、电势和电势差①电势能：①概念：点电荷因处于某一源电荷所产生的电场中而具有的能。②公式：rqQkEq，其中k就是静电力恒量，Q是源电荷的电量，q是点电荷的电量。其单位是焦耳（J）。③常用能量定理：带点粒子的动能增量等于该粒子的电势能、重力势能以及其他阻力所做功之和，即：fPqKWEEE。④判断粒子做功及电势能大小口诀：同荷相合，功小能大；异荷相合，功大能小，相斥反之。②电势和电势差：①电势：①概念：点电荷在电场中某一点的电势能Eq与点电荷电量q的比值，叫做该点的电势U。②公式：rQkqEUq，其中k就是静电力恒量，Q是源电荷的电量。其符号是U，其单位是伏特，写作V。对于等量异种电荷，过其连线中点的垂线上，电势处处相等，且等于0。原因是，力与位移始终垂直，不做功，有无限远处电势等于零，所以电势处处相等，且等于0。②电势差：①概念：电场中两点之间的电势差值叫做电势差，也叫电压。其符号是U。②公式：0UUUt。③功的新单位：电子伏（写作eV），是在研究微观粒子时常用的能量单位。1eV=1.6×10-19J③等势面：①概念：电场中电势相等的点的集合构成的面叫做等势面。②特点：同一等势面上运动的电荷，电场力不做功。电场力做功，电荷的电势能一定改变。等势面与电场线一定垂直。③匀强电场：如果某一电场的某一区域里，其各处电场强度相等，那么该区域就叫做该电场的匀强电场。第3页共9页高中物理学习辅导——物理概念物理电磁学④匀强电场中的电势与场强的关系：由电场力所做的功等于电势能增量得到：cosdEqqU，所以cosdEU（其中E是电场强度，d是电荷的位移，θ是位移与场强的夹角）。四、静电感应①静电平衡状态：①静电感应：①概念：导体内自由电子由于受外电场的作用而重新分布的现象。②感应电荷：由于静电感应使得原来不显电的导体两端形成的电荷。感应电荷形成的新电场的场强方向始终与外电场场强方向相反。②静电平衡状态：①概念：放入电场的导体受到静电感应作用，最终使得导体内部合场强为零，那么我们把这种状态称为静电平衡状态。②特征：导体内部场强处处为零。导体中没有净电荷。整个导体是个等势体，导体表面是个等势面。②静电屏蔽：①概念：使得某一空间不受电场作用。五、电容①概念：①电容器：两个彼此绝缘而互相靠近的导体以及导体间的电介质构成的整体就是一个电容器，两导体就是该电容器的极板。它在电路图中符号是两根平行等长的竖线，通常两边标注正负极性。②电容：①概念：电容器每一个极板上的电荷量与两板间的电势差的比值，符号是C，单位是法拉，简称法，写作F。1F=106μF=1012pF②公式：UQC。③电容在电路中的一些性质：由于通电后，极板带电，形成电势差，但两板彼此绝缘，所以整个电容器是不导直流电的。当电容两端的电压加大到一定程度后，两板彼此不绝缘而导电（电容损坏），这时的电压叫击穿电压。在交流电路中，极板间形成变化的电场，电流就通过场的形式在电容器间通过的。所以电容器是“直阻交通”的。②平行板电容器：①公式：dSkC4，其中k是静电力恒量，ε是取决于两板之间电介质的介电常数，S是两板的重叠面积，d是两板间距。②电容器的连接：①耐压式连接法（串联）：由于串联电路的电流处处相等，第4页共9页高中物理学习辅导——物理概念物理电磁学因为电流大小与电荷量Q成正比，所以串联电路的电容器电荷量处处相等，因为CQU，又串联电路中总电压等于各分电压的代数和，所以2111CCQU总，得21111CCC总，所以串联电容器的总电容的倒数等于各个电容器电容的倒数之和。②增容式连接法（并联）：由于并联电路的电压处处相等，总电流等于各分电流的代数和，因为电流大小与电荷量Q成正比，所以串联电路的总电荷量等于各分电荷量的代数和，所以2121CCUQQQ，得21CCC，所以串联电路的总电容等于各分电容的代数和。恒定电流一、欧姆定律①电流：①概念：导体中的自由电荷在电场力的作用下做定向移动，它移动的量叫做电流强度，简称电流，符号是I，单位是安培，简称安。电流有方向，其方向是正电荷移动的方向。电流不是矢量。通过导体横截面的电量与这些电量通过导体横截面所用的时间的比值就是电流强度，即：tQI。②电流的微观公式：qSvnI（其中n是单位体积内自由电子的个数，v是其平均速度，S是横截面积，q是单位电荷量）。②电阻与内阻：①电阻：①描写导体对电流的阻碍作用大小的物理量，电阻的符号是R，其单位是欧姆，简称欧，写作Ω。②电阻定律：SLR，其中ρ是电阻率，L是电阻的长度，S是其横截面积。电阻率的单位是欧·米，写作Ω·m。电阻率与导体本身性质以及导体温度有关，温度越高，电阻越大。②内阻：由于供电电池（或在充电的可充电电池）处于电路中也会产生对电路的阻碍作用，则其阻碍作用称为电路的内电阻，简称内阻。③欧姆定律：①欧姆定律：电流跟导体两端的电压成正比，跟导体电阻成反比。其公式是：RUI，值得注意的是，欧姆定律只适用于金属和电解液导电。②电路中欧姆定律的应用：①串联：串联电路中U=U1+U2，I=I1=I2，R=R1+R2；P=I2·R。②并联：并联电路中U=U1=U2，I=I1+I2，2121RRRRR；P·R=U2。其中P是电功率。③等效电路：③电功、电功率和电的热功、热功率：①电功：电路中由于加在导体两端产生电场而有的电场力在推动自由电子定向移动所做的功。其公式是tIUqUW，单位是焦耳。②电功率：单位时间内电场力所做的功。其第5页共9页高中物理学习辅导——物理概念物理电磁学公式是IUP，单位是瓦特。③电的热功：电流通过导体所产生的热，与电流平方、导体电阻及通电时间成正比。其公式是tRIQ2，单位是焦耳。④电的热功率：单位时间内电流通过导体所产生的热，与电流平方、导体电阻成正比。其公式是RIPQ2，单位是瓦特。当电路中没有发生转化时（纯电阻），电热相等，当有需要电能转化成机械能等其他形式时（例如有电动机处于电路中），电热不等。④电压表、电流表与电阻测定电压、电流表都是由表头G（表头内部结构见磁场一章）改装而来的，表头指针偏转弧度θ与其通过的电流强度Ig成正比。①电流表：将一个电阻R与表头G并联，由该电阻帮表头分流，使得使用量程扩大。即：ggIRrRI，其中R是并联的电阻，rg是表头G的内阻，Ig是通过表头G的电流强度。所以I∝Ig∝θ。②电压表：将一个电阻R与表头G串联，由该电阻帮表头分压，由于电压表在电路里并联，然而，电阻R与表头G串联的系统内的电阻总和不变，所以电压表两端电压与通过的电流大小成正比，即：ggIrRU其中R是串联的电阻，rg是表头G的内阻，Ig是通过该系统的电流强度。所以U∝Ig∝θ。对于电路中的电表来讲，用伏安法测电阻是有误差的。由于电压表的内阻趋向于无穷大，所以会使得被测电压变小；由于电流表的内阻不为零，所以会使得被测电流变小。电流表接于电压表内侧与接于外侧有很大不同，内接R值偏大，外接R值偏小。③惠斯通电桥测电阻：二、闭合电路欧姆定律：在闭合电路中，由于电源有内阻，所以整个电路可以分为内外两部分。外电路就是除电源外的电路部分，内电路就是电源内部的电路部分。①电动势：①概念：内外电路电势之和。若不计电能损耗，闭合电路中的电动势基本不变。其符号是E，其单位是伏特，写作V。②公式：E=U内+U外。②闭合电路欧姆定律：①概念：闭合电路中的电流强度与电源电动势成正比，与内外电路的电阻和成反比。②公式：rREI。③路端电压：闭合电路中的外电路总电压就是路端电压，其大小与电流呈线性关系：IrEU外，其中r是电源内阻，E是电动势。④闭合电路的功率问题：总功率rREIEPE2；电源发热功率第6页共9页高中物理学习辅导——物理概念物理电磁学rrRErIPr22；外电路功率rrRErRErIIEPPrE222③闭合电路的各图像：④动态闭合电路分析：由上述公式可知，总电阻与路端电压正相关，与总电流负相关。对于只有滑动变阻器和电阻参与的电路，其电压或电流变化量总是最大。欧姆表：磁场与电磁感应一、磁场①磁场：①概念：磁体间的互相作用是通过磁场发生的，只要有磁体，其周围就有磁场。磁场的方向就是小磁针N极指向。通电导线周围也会产生磁场。②磁感线：①概念：磁感线是这样一种曲线，它上面的每一点的切线方向都与该点磁场方向相同。②安培定则：利用安培定则（右手螺旋定则）可以判断通电直导线的磁场方向。方法是右手握住通电直导线，让伸直的拇指的方向与电流的方向一致，那么，弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向。③对于安培定则的理解：①通电螺线管磁场方向：右手握住通电螺线管，四指的方向为环形电流方向，大拇指指向为N极指向。②磁体周围磁场方向：从N极流出S极流入。③磁感强度与磁通量：①磁感强度：①概念：当通电短直导线垂直于磁场方向时，磁场对通电短导线的作用力大小，与导线长度和导线中的电流强度的乘积的比值叫做该处的磁感强度。磁感强度是个矢量，其方向就是该磁场的方向。其符号是B，单位是特斯拉，简称特，写作T。②公式：lIFB，其中I是导线中的电流强度，l是导线长度。③匀强磁场：磁感强度大小和方向相同的某一磁场区域。②毕奥—萨伐尔定律：它是通电直导线周围磁感强度的定律。即：通电导体内某一电流元周围的磁感强度与电流元的大小成正比，与该点到电流元的距离的平方成反比。电流元就是很短一段通电导线中的电流I与导线长度l的乘积。公式是rIB，其中κ是其比例系数κ=2×10-7T·m/A。③磁通量：一个平面内通过的磁感强度就是磁通量。