高中物理概念電磁學(xué)

1、高中物理概念物理電磁學(xué)靜電和靜電場(chǎng)一、庫(kù)倫定律電荷：電荷量（簡(jiǎn)稱電量）：用來(lái)度量帶電體（靜電）所含電量的多少。其符號(hào)是Q，單位是庫(kù)倫（簡(jiǎn)稱庫(kù)），用符號(hào)C表示。通常正電荷量用正數(shù)表示，負(fù)電荷量用負(fù)數(shù)表示。元電荷：也可叫做基本電荷。任意電荷量都等于該元電荷的整數(shù)倍，用e表示。e= 1.6021892×10-19C，可取e=1.6×10-19C。它是一個(gè)電子或質(zhì)子所帶電荷量。點(diǎn)電荷：忽略其體積的帶電質(zhì)點(diǎn)，其所帶電荷可以用Q或q來(lái)表示。凈電荷：在導(dǎo)體中，未被電性抵消的電荷量叫做凈電荷量，簡(jiǎn)稱凈電荷。電荷平分原理：兩個(gè)點(diǎn)電荷或體積相等的兩個(gè)電荷相遇后，各自所帶的電荷量為兩個(gè)點(diǎn)電荷電量

2、之和的一半。（正電荷用正值代入，負(fù)電荷用負(fù)值代入。）庫(kù)倫定律：概念：在真空中的兩個(gè)點(diǎn)電荷間的作用力的大小與它們的電量乘積成正比，與它們之間距離平方成反比，作用力的方向存在于它們的連線上。其中的這種作用力叫做靜電力或庫(kù)倫力。其方向遵循：同種電荷相斥，異種電荷相吸的原理。公式：，其中k就是靜電力恒量，在真空條件下其值為k=9.0×109N·m2/C2。二、電場(chǎng)、電場(chǎng)強(qiáng)度和電場(chǎng)線電場(chǎng)： 電場(chǎng)：電荷間的互相作用是通過(guò)電場(chǎng)發(fā)生的，只要有電荷，其周圍就有電場(chǎng)。靜電力就是電場(chǎng)對(duì)其他電荷的作用力。 對(duì)電場(chǎng)的認(rèn)識(shí)：電場(chǎng)對(duì)處于其中的電荷有力的作用，可對(duì)電荷做功，從而具有能量和動(dòng)量，而沒(méi)有靜止質(zhì)

3、量，具體形狀等。電場(chǎng)強(qiáng)度和電場(chǎng)線： 電場(chǎng)強(qiáng)度：概念：我們定義：電場(chǎng)力與檢驗(yàn)電荷量的比值叫做其電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度。它是用來(lái)描述場(chǎng)源電荷發(fā)出電場(chǎng)的性質(zhì)的物理量，與檢驗(yàn)電荷無(wú)關(guān)。其符號(hào)是E，單位是N/C。電場(chǎng)強(qiáng)度是個(gè)矢量，其方向就是場(chǎng)源電荷的電場(chǎng)對(duì)電場(chǎng)內(nèi)正電荷的靜電力方向。公式：，其中k就是靜電力恒量，Q是源電荷的電量。 電場(chǎng)線：概念：電場(chǎng)線是這樣一種曲線，它能表示電場(chǎng)強(qiáng)度，它每一點(diǎn)的切線方向與該處電場(chǎng)強(qiáng)度方向一致。電場(chǎng)強(qiáng)度方向就是電場(chǎng)線的方向。電場(chǎng)線的性質(zhì)：電場(chǎng)線的疏密可以表示電場(chǎng)強(qiáng)度的大小，電場(chǎng)線越密，電場(chǎng)強(qiáng)度越大。場(chǎng)源電荷為正電荷的電場(chǎng)線箭頭指向背離源電荷方向，場(chǎng)源電荷為負(fù)電荷的電場(chǎng)線箭頭指向靠近

4、源電荷方向。三、電勢(shì)能、電勢(shì)和電勢(shì)差電勢(shì)能：概念：點(diǎn)電荷因處于某一源電荷所產(chǎn)生的電場(chǎng)中而具有的能。公式：，其中k就是靜電力恒量，Q是源電荷的電量，q是點(diǎn)電荷的電量。其單位是焦耳（J）。常用能量定理：帶點(diǎn)粒子的動(dòng)能增量等于該粒子的電勢(shì)能、重力勢(shì)能以及其他阻力所做功之和，即：。判斷粒子做功及電勢(shì)能大小口訣：同荷相合，功小能大；異荷相合，功大能小，相斥反之。電勢(shì)和電勢(shì)差： 電勢(shì)：概念：點(diǎn)電荷在電場(chǎng)中某一點(diǎn)的電勢(shì)能Eq與點(diǎn)電荷電量q的比值，叫做該點(diǎn)的電勢(shì)U。公式：，其中k就是靜電力恒量，Q是源電荷的電量。其符號(hào)是U，其單位是伏特，寫作V。對(duì)于等量異種電荷，過(guò)其連線中點(diǎn)的垂線上，電勢(shì)處處相等，且等于0。

5、原因是，力與位移始終垂直，不做功，有無(wú)限遠(yuǎn)處電勢(shì)等于零，所以電勢(shì)處處相等，且等于0。 電勢(shì)差：概念：電場(chǎng)中兩點(diǎn)之間的電勢(shì)差值叫做電勢(shì)差，也叫電壓。其符號(hào)是U。公式：。功的新單位：電子伏（寫作eV），是在研究微觀粒子時(shí)常用的能量單位。1eV=1.6×10-19J等勢(shì)面：概念：電場(chǎng)中電勢(shì)相等的點(diǎn)的集合構(gòu)成的面叫做等勢(shì)面。特點(diǎn)：同一等勢(shì)面上運(yùn)動(dòng)的電荷，電場(chǎng)力不做功。電場(chǎng)力做功，電荷的電勢(shì)能一定改變。等勢(shì)面與電場(chǎng)線一定垂直。勻強(qiáng)電場(chǎng)：如果某一電場(chǎng)的某一區(qū)域里，其各處電場(chǎng)強(qiáng)度相等，那么該區(qū)域就叫做該電場(chǎng)的勻強(qiáng)電場(chǎng)。勻強(qiáng)電場(chǎng)中的電勢(shì)與場(chǎng)強(qiáng)的關(guān)系：由電場(chǎng)力所做的功等于電勢(shì)能增量得到：，所以（其中E

6、是電場(chǎng)強(qiáng)度，d是電荷的位移，是位移與場(chǎng)強(qiáng)的夾角）。四、靜電感應(yīng)靜電平衡狀態(tài)：靜電感應(yīng)：概念：導(dǎo)體內(nèi)自由電子由于受外電場(chǎng)的作用而重新分布的現(xiàn)象。感應(yīng)電荷：由于靜電感應(yīng)使得原來(lái)不顯電的導(dǎo)體兩端形成的電荷。感應(yīng)電荷形成的新電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)方向始終與外電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)方向相反。靜電平衡狀態(tài)：概念：放入電場(chǎng)的導(dǎo)體受到靜電感應(yīng)作用，最終使得導(dǎo)體內(nèi)部合場(chǎng)強(qiáng)為零，那么我們把這種狀態(tài)稱為靜電平衡狀態(tài)。特征：導(dǎo)體內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)處處為零。導(dǎo)體中沒(méi)有凈電荷。整個(gè)導(dǎo)體是個(gè)等勢(shì)體，導(dǎo)體表面是個(gè)等勢(shì)面。靜電屏蔽： 概念：使得某一空間不受電場(chǎng)作用。五、電容概念：電容器：兩個(gè)彼此絕緣而互相靠近的導(dǎo)體以及導(dǎo)體間的電介質(zhì)構(gòu)成的整體就是一個(gè)電容器，兩導(dǎo)

7、體就是該電容器的極板。它在電路圖中符號(hào)是兩根平行等長(zhǎng)的豎線，通常兩邊標(biāo)注正負(fù)極性。電容：概念：電容器每一個(gè)極板上的電荷量與兩板間的電勢(shì)差的比值，符號(hào)是C，單位是法拉，簡(jiǎn)稱法，寫作F。1F=106F=1012pF公式：。電容在電路中的一些性質(zhì)：由于通電后，極板帶電，形成電勢(shì)差，但兩板彼此絕緣，所以整個(gè)電容器是不導(dǎo)直流電的。當(dāng)電容兩端的電壓加大到一定程度后，兩板彼此不絕緣而導(dǎo)電（電容損壞），這時(shí)的電壓叫擊穿電壓。在交流電路中，極板間形成變化的電場(chǎng)，電流就通過(guò)場(chǎng)的形式在電容器間通過(guò)的。所以電容器是“直阻交通”的。平行板電容器： 公式：，其中k是靜電力恒量，是取決于兩板之間電介質(zhì)的介電常數(shù)，S是兩板的

8、重疊面積，d是兩板間距。 電容器的連接：耐壓式連接法（串聯(lián)）：由于串聯(lián)電路的電流處處相等，因?yàn)殡娏鞔笮∨c電荷量Q成正比，所以串聯(lián)電路的電容器電荷量處處相等，因?yàn)椋执?lián)電路中總電壓等于各分電壓的代數(shù)和，所以，得，所以串聯(lián)電容器的總電容的倒數(shù)等于各個(gè)電容器電容的倒數(shù)之和。增容式連接法（并聯(lián)）：由于并聯(lián)電路的電壓處處相等，總電流等于各分電流的代數(shù)和，因?yàn)殡娏鞔笮∨c電荷量Q成正比，所以串聯(lián)電路的總電荷量等于各分電荷量的代數(shù)和，所以，得，所以串聯(lián)電路的總電容等于各分電容的代數(shù)和。恒定電流一、歐姆定律電流：概念：導(dǎo)體中的自由電荷在電場(chǎng)力的作用下做定向移動(dòng)，它移動(dòng)的量叫做電流強(qiáng)度，簡(jiǎn)稱電流，符號(hào)是I，單位

9、是安培，簡(jiǎn)稱安。電流有方向，其方向是正電荷移動(dòng)的方向。電流不是矢量。通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電量與這些電量通過(guò)導(dǎo)體橫截面所用的時(shí)間的比值就是電流強(qiáng)度，即：。電流的微觀公式：（其中n是單位體積內(nèi)自由電子的個(gè)數(shù)，v是其平均速度，S是橫截面積，q是單位電荷量）。電阻與內(nèi)阻：電阻：描寫導(dǎo)體對(duì)電流的阻礙作用大小的物理量，電阻的符號(hào)是R，其單位是歐姆，簡(jiǎn)稱歐，寫作。電阻定律：，其中是電阻率，L是電阻的長(zhǎng)度，S是其橫截面積。電阻率的單位是歐·米，寫作·m。電阻率與導(dǎo)體本身性質(zhì)以及導(dǎo)體溫度有關(guān)，溫度越高，電阻越大。內(nèi)阻：由于供電電池（或在充電的可充電電池）處于電路中也會(huì)產(chǎn)生對(duì)電路的阻礙作用，則其阻

10、礙作用稱為電路的內(nèi)電阻，簡(jiǎn)稱內(nèi)阻。歐姆定律： 歐姆定律：電流跟導(dǎo)體兩端的電壓成正比，跟導(dǎo)體電阻成反比。其公式是：，值得注意的是，歐姆定律只適用于金屬和電解液導(dǎo)電。 電路中歐姆定律的應(yīng)用：串聯(lián)：串聯(lián)電路中U=U1+U2，I=I1=I2，R=R1+R2；P=I2·R。并聯(lián)：并聯(lián)電路中U=U1=U2，I=I1+I2，；P·R =U2。其中P是電功率。等效電路： 電功、電功率和電的熱功、熱功率：電功：電路中由于加在導(dǎo)體兩端產(chǎn)生電場(chǎng)而有的電場(chǎng)力在推動(dòng)自由電子定向移動(dòng)所做的功。其公式是，單位是焦耳。電功率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)電場(chǎng)力所做的功。其公式是，單位是瓦特。電的熱功：電流通過(guò)導(dǎo)體所產(chǎn)生的熱

11、，與電流平方、導(dǎo)體電阻及通電時(shí)間成正比。其公式是，單位是焦耳。電的熱功率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)電流通過(guò)導(dǎo)體所產(chǎn)生的熱，與電流平方、導(dǎo)體電阻成正比。其公式是，單位是瓦特。當(dāng)電路中沒(méi)有發(fā)生轉(zhuǎn)化時(shí)（純電阻），電熱相等，當(dāng)有需要電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能等其他形式時(shí)（例如有電動(dòng)機(jī)處于電路中），電熱不等。電壓表、電流表與電阻測(cè)定電壓、電流表都是由表頭G（表頭內(nèi)部結(jié)構(gòu)見(jiàn)磁場(chǎng)一章）改裝而來(lái)的，表頭指針偏轉(zhuǎn)弧度與其通過(guò)的電流強(qiáng)度Ig成正比。電流表：將一個(gè)電阻R與表頭G并聯(lián)，由該電阻幫表頭分流，使得使用量程擴(kuò)大。即：，其中R是并聯(lián)的電阻，rg是表頭G的內(nèi)阻，Ig是通過(guò)表頭G的電流強(qiáng)度。所以IIg。電壓表：將一個(gè)電阻R與表頭G串聯(lián)，

12、由該電阻幫表頭分壓，由于電壓表在電路里并聯(lián)，然而，電阻R與表頭G串聯(lián)的系統(tǒng)內(nèi)的電阻總和不變，所以電壓表兩端電壓與通過(guò)的電流大小成正比，即：其中R是串聯(lián)的電阻，rg是表頭G的內(nèi)阻，Ig是通過(guò)該系統(tǒng)的電流強(qiáng)度。所以UIg。對(duì)于電路中的電表來(lái)講，用伏安法測(cè)電阻是有誤差的。由于電壓表的內(nèi)阻趨向于無(wú)窮大，所以會(huì)使得被測(cè)電壓變?。挥捎陔娏鞅淼膬?nèi)阻不為零，所以會(huì)使得被測(cè)電流變小。電流表接于電壓表內(nèi)側(cè)與接于外側(cè)有很大不同，內(nèi)接R值偏大，外接R值偏小?；菟雇姌驕y(cè)電阻：二、閉合電路歐姆定律：在閉合電路中，由于電源有內(nèi)阻，所以整個(gè)電路可以分為內(nèi)外兩部分。外電路就是除電源外的電路部分，內(nèi)電路就是電源內(nèi)部的電路部分。

13、電動(dòng)勢(shì)：概念：內(nèi)外電路電勢(shì)之和。若不計(jì)電能損耗，閉合電路中的電動(dòng)勢(shì)基本不變。其符號(hào)是E，其單位是伏特，寫作V。公式：E=U內(nèi)+U外。閉合電路歐姆定律： 概念：閉合電路中的電流強(qiáng)度與電源電動(dòng)勢(shì)成正比，與內(nèi)外電路的電阻和成反比。 公式：。 路端電壓：閉合電路中的外電路總電壓就是路端電壓，其大小與電流呈線性關(guān)系：，其中r是電源內(nèi)阻，E是電動(dòng)勢(shì)。 閉合電路的功率問(wèn)題：總功率；電源發(fā)熱功率；外電路功率閉合電路的各圖像：動(dòng)態(tài)閉合電路分析：由上述公式可知，總電阻與路端電壓正相關(guān)，與總電流負(fù)相關(guān)。對(duì)于只有滑動(dòng)變阻器和電阻參與的電路，其電壓或電流變化量總是最大。歐姆表：磁場(chǎng)與電磁感應(yīng)一、磁場(chǎng)磁場(chǎng)：概念：磁體間的

14、互相作用是通過(guò)磁場(chǎng)發(fā)生的，只要有磁體，其周圍就有磁場(chǎng)。磁場(chǎng)的方向就是小磁針N極指向。通電導(dǎo)線周圍也會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)。磁感線：概念：磁感線是這樣一種曲線，它上面的每一點(diǎn)的切線方向都與該點(diǎn)磁場(chǎng)方向相同。安培定則：利用安培定則（右手螺旋定則）可以判斷通電直導(dǎo)線的磁場(chǎng)方向。方法是右手握住通電直導(dǎo)線，讓伸直的拇指的方向與電流的方向一致，那么，彎曲的四指所指的方向就是磁感線的環(huán)繞方向。對(duì)于安培定則的理解：通電螺線管磁場(chǎng)方向：右手握住通電螺線管，四指的方向?yàn)榄h(huán)形電流方向，大拇指指向?yàn)镹極指向。磁體周圍磁場(chǎng)方向：從N極流出S極流入。磁感強(qiáng)度與磁通量： 磁感強(qiáng)度：概念：當(dāng)通電短直導(dǎo)線垂直于磁場(chǎng)方向時(shí)，磁場(chǎng)對(duì)通電短導(dǎo)線

15、的作用力大小，與導(dǎo)線長(zhǎng)度和導(dǎo)線中的電流強(qiáng)度的乘積的比值叫做該處的磁感強(qiáng)度。磁感強(qiáng)度是個(gè)矢量，其方向就是該磁場(chǎng)的方向。其符號(hào)是B，單位是特斯拉，簡(jiǎn)稱特，寫作T。公式：，其中I是導(dǎo)線中的電流強(qiáng)度，l是導(dǎo)線長(zhǎng)度。勻強(qiáng)磁場(chǎng)：磁感強(qiáng)度大小和方向相同的某一磁場(chǎng)區(qū)域。 畢奧薩伐爾定律：它是通電直導(dǎo)線周圍磁感強(qiáng)度的定律。即：通電導(dǎo)體內(nèi)某一電流元周圍的磁感強(qiáng)度與電流元的大小成正比，與該點(diǎn)到電流元的距離的平方成反比。電流元就是很短一段通電導(dǎo)線中的電流I與導(dǎo)線長(zhǎng)度l的乘積。公式是，其中是其比例系數(shù)=2×10-7T·m/A。 磁通量：一個(gè)平面內(nèi)通過(guò)的磁感強(qiáng)度就是磁通量。其符號(hào)是，單位是韋伯，簡(jiǎn)稱韋

16、，寫作Wb。磁通量是一個(gè)標(biāo)量，但有方向。其公式為：，其中就是磁感強(qiáng)度與該平面的夾角。磁通變化量。安培力：概念：磁場(chǎng)對(duì)通電短導(dǎo)線的作用力就是安培力，其大小等于垂直于電流的磁感強(qiáng)度、導(dǎo)線長(zhǎng)度與導(dǎo)線中的電流強(qiáng)度三者的乘積。若磁感強(qiáng)度不與電流垂直，則可進(jìn)行正交分解。平行的磁感強(qiáng)度不產(chǎn)生安培力。所以對(duì)于與電流成夾角的磁感強(qiáng)度來(lái)講，其產(chǎn)生的安培力的公式是：F=B·I·l·sin，其中就是磁感強(qiáng)度與電流的夾角；導(dǎo)線長(zhǎng)度應(yīng)是其等效直導(dǎo)線長(zhǎng)度。根據(jù)畢奧薩伐爾定律，安培力公式也可寫成，此處的安培力是指通電直導(dǎo)線周圍磁場(chǎng)的安培力。安培力的方向：安培力的方向可以用左手定則來(lái)確定：伸開(kāi)左手

17、，使拇指跟其余四指垂直，并且都跟手掌在同一個(gè)平面內(nèi)，讓磁感線穿入手心，并使四指指向電流的方向，大拇指所指的方向就是通電導(dǎo)線所受安培力的方向（如右圖）。由此可知，同向平行導(dǎo)線互相吸引，異向平行導(dǎo)線互相排斥。洛倫茲力：概念：磁場(chǎng)對(duì)帶電粒子的作用力就是洛倫茲力，其大小等于磁感強(qiáng)度垂直于帶電粒子速度方向的分量、帶電粒子速度與帶電粒子的電荷量三者的乘積。平行的磁感強(qiáng)度不產(chǎn)生洛倫茲力。其公式是：f=q·v·B·sin，其中就是磁感強(qiáng)度與帶電粒子速度方向的夾角。洛倫茲力的方向：洛倫茲力的方向可以用左手定則來(lái)確定：伸開(kāi)左手，使拇指跟其余四指垂直，并且都跟手掌在同一個(gè)平面內(nèi)，讓磁感

18、線穿入手心，并使四指指向正電荷運(yùn)動(dòng)方向或負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)反方向，大拇指所指的方向就是帶電粒子所受洛倫茲力的方向。（如右圖）帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)：帶電粒子平行于磁場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)：由于帶電粒子平行于磁場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)，所以該粒子不受洛倫茲力（或者說(shuō)是安培力）影響，繼續(xù)勻速直線運(yùn)動(dòng)。帶電粒子垂直于磁場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)：由于垂直于磁場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)會(huì)受到一個(gè)垂直于帶電粒子速度方向的洛倫茲力，此時(shí)帶電粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡是一個(gè)圓，洛倫茲力提供向心力（如下圖），所以有，所以帶電粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑，其周期等于該帶電粒子的質(zhì)荷比與其所處磁感強(qiáng)度倒數(shù)的2倍的乘積，且與速度無(wú)關(guān)是。洛倫茲力公式的推導(dǎo)：洛倫茲力相當(dāng)于安培力對(duì)微觀狀態(tài)的電流的作用，然而微觀狀態(tài)的電流就是n個(gè)單位體積內(nèi)電荷量為q的自由電子以v為平均速度通過(guò)橫截面積為S，單個(gè)自由電子所受到的安培力就等于洛倫茲力。所以，其中N是一段導(dǎo)體自由電子的個(gè)數(shù)。因?yàn)?，所以代入化?jiǎn)得：。洛倫茲力公式的應(yīng)用：霍耳效應(yīng)：將金屬管道放置與一個(gè)勻強(qiáng)磁場(chǎng)內(nèi)，管道內(nèi)通過(guò)導(dǎo)電液體，由于受到磁場(chǎng)對(duì)導(dǎo)電液體中陰陽(yáng)離子的洛倫茲力的作用，使得管道兩側(cè)帶上正負(fù)電荷，從而形成垂直于磁場(chǎng)方向的電場(chǎng)，這種電場(chǎng)叫霍耳電場(chǎng)，這種效應(yīng)叫霍耳效應(yīng)（如下圖）。質(zhì)譜儀：回旋加速器：二、電磁感應(yīng)電磁感應(yīng)：當(dāng)穿過(guò)閉合電路的磁通量發(fā)生變化時(shí)，閉合電路中就會(huì)產(chǎn)生電流，這種現(xiàn)象就是電磁感應(yīng)