高中物理电磁学所有概念-知识点-公式

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十、电场

1.两种电荷、电荷守恒定律、元电荷:(e=1.60×10-19C);带电体电荷量等于元电荷的整数倍

2.库仑定律:F=kQ1Q2/r2(在真空中){F:点电荷间的作用力(N),k:静电力常量k=9.0×109N•m2/C2,Q1、Q2:两点电荷的电量(C),r:两点电荷间的距离(m),方向在它们的连线上,作用力与反作用力,同种电荷互相排斥,异种电荷互相吸引}

3.电场强度:E=F/q(定义式、计算式){E:电场强度(N/C),是矢量(电场的叠加原理),q:检验电荷的电量(C)}

4.真空点(源)电荷形成的电场E=kQ/r2 {r:源电荷到该位置的距离(m),Q:源电荷的电量}

5.匀强电场的场强E=UAB/d {UAB:AB两点间的电压(V),d:AB两点在场强方向的距离(m)}

6.电场力:F=qE {F:电场力(N),q:受到电场力的电荷的电量(C),E:电场强度(N/C)}

7.电势与电势差:UAB=φA-φB,UAB=WAB/q=-ΔEAB/q

8.电场力做功:WAB=qUAB=Eqd{WAB:带电体由A到B时电场力所做的功(J),q:带电量(C),UAB:电场中A、B两点间的电势差(V)(电场力做功与路径无关),E:匀强电场强度,d:两点沿场强方向的距离(m)}

9.电势能:EA=qφA {EA:带电体在A点的电势能(J),q:电量(C),φA:A点的电势(V)}

10.电势能的变化ΔEAB=EB-EA {带电体在电场中从A位置到B位置时电势能的差值}

11.电场力做功与电势能变化ΔEAB=-WAB=-qUAB (电势能的增量等于电场力做功的负值)

12.电容C=Q/U(定义式,计算式) {C:电容(F),Q:电量(C),U:电压(两极板电势差)(V)}

13.平行板电容器的电容C=εS/4πkd(S:两极板正对面积,d:两极板间的垂直距离,ω:介电常数)

常见电容器〔见第二册P111〕

14.带电粒子在电场中的加速(Vo=0):W=ΔEK或qU=mVt2/2,Vt=(2qU/m)1/2

15.带电粒子沿垂直电场方向以速度Vo进入匀强电场时的偏转(不考虑重力作用的情况下)

类平垂直电场方向:匀速直线运动L=Vot(在带等量异种电荷的平行极板中:E =U/d)

抛运动平行电场方向:初速度为零的匀加速直线运动d=at2/2,a=F/m=qE/m 注:

(1)两个完全相同的带电金属小球接触时,电量分配规律:原带异种电荷的先中和

后平分,原带同种电荷的总量平分;

(2)电场线从正电荷出发终止于负电荷,电场线不相交,切线方向为场强方向,电场线密处场强大,顺着电场线电势越来越低,电场线与等势线垂直;

(3)常见电场的电场线分布要求熟记〔见图[第二册P98];

(4)电场强度(矢量)与电势(标量)均由电场本身决定,而电场力与电势能还与带电体带的电量多少和电荷正负有关;

(5)处于静电平衡导体是个等势体,表面是个等势面,导体外表面附近的电场线垂

直于导体表面,导体内部合场强为零,导体内部没有净电荷,净电荷只分布于导体外表面;

(6)电容单位换算:1F=106μF=1012PF;

(7)电子伏(eV)是能量的单位,1eV=1.60×10-19J;

(8)其它相关内容:静电屏蔽〔见第二册P101〕/示波管、示波器及其应用〔见第二册P114〕等势面〔见第二册P105〕。

十一、恒定电流

1.电流强度:I=q/t{I:电流强度(A),q:在时间t内通过导体横载面的电量(C),t:时间(s)}

2.欧姆定律:I=U/R {I:导体电流强度(A),U:导体两端电压(V),R:导体阻值(Ω)}

3.电阻、电阻定律:R=ρL/S{ρ:电阻率(Ω•m),L:导体的长度(m),S:导体横截面积(m2)}

4.闭合电路欧姆定律:I=E/(r+R)或E=Ir+IR也可以是E=U内+U外

{I:电路中的总电流(A),E:电源电动势(V),R:外电路电阻(Ω),r:电源内阻(Ω)}5.电功与电功率:W=UIt,P=UI{W:电功(J),U:电压(V),I:电流(A),t:时间(s),P:电功率(W)}

6.焦耳定律:Q=I2Rt{Q:电热(J),I:通过导体的电流(A),R:导体的电阻值(Ω),t:通电时间(s)}

7.纯电阻电路中:由于I=U/R,W=Q,因此W=Q=UIt=I2Rt=U2t/R

8.电源总动率、电源输出功率、电源效率:P总=IE,P出=IU,η=P出/P总{I:电路总电流(A),E:电源电动势(V),U:路端电压(V),η:电源效率}

9.电路的串/并联串联电路(P、U与R成正比) 并联电路(P、I与R成反比)

电阻关系(串同并反) R串=R1+R2+R3+ 1/R并=1/R1+1/R2+1/R3+

电流关系I总=I1=I2=I3 I并=I1+I2+I3+

电压关系U总=U1+U2+U3+ U总=U1=U2=U3

功率分配P总=P1+P2+P3+ P总=P1+P2+P3+

10.欧姆表测电阻

(1)电路组成(2)测量原理

两表笔短接后,调节Ro使电表指针满偏,得

Ig=E/(r+Rg+Ro)

接入被测电阻Rx后通过电表的电流为

Ix=E/(r+Rg+Ro+Rx)=E/(R中+Rx)

由于Ix与Rx对应,因此可指示被测电阻大小

(3)使用方法:机械调零、选择量程、欧姆调零、测量读数{注意挡位(倍率)}、拨off挡。

(4)注意:测量电阻时,要与原电路断开,选择量程使指针在中央附近,每次换挡要重新短接欧姆调零。

11.伏安法测电阻

电流表内接法:

电压表示数:U=UR+UA

电流表外接法:

电流表示数:I=IR+IV

Rx的测量值=U/I=(UA+UR)/IR=RA+Rx>R真

Rx的测量值=U/I=UR/(IR+IV)=RVRx/(RV+R)

选用电路条件Rx>>RA [或Rx>(RARV)1/2]

选用电路条件Rx<

12.滑动变阻器在电路中的限流接法与分压接法

限流接法

电压调节范围小,电路简单,功耗小

便于调节电压的选择条件Rp>Rx

电压调节范围大,电路复杂,功耗较大

便于调节电压的选择条件Rp

注1)单位换算:1A=103mA=106μA;1kV=103V=106mA;1MΩ=103kΩ=106Ω

(2)各种材料的电阻率都随温度的变化而变化,金属电阻率随温度升高而增大;

(3)串联总电阻大于任何一个分电阻,并联总电阻小于任何一个分电阻;

(4)当电源有内阻时,外电路电阻增大时,总电流减小,路端电压增大;

(5)当外电路电阻等于电源电阻时,电源输出功率最大,此时的输出功率为E2/(2r);

(6)其它相关内容:电阻率与温度的关系半导体及其应用超导及其应用〔见第二册P127〕。

十二、磁场

1.磁感应强度是用来表示磁场的强弱和方向的物理量,是矢量,单位T),1T=

1N/A•m

2.安培力F=BIL;(注:L⊥B) {B:磁感应强度(T),F:安培力(F),I:电流强度(A),L:导线长度(m)}

3.洛仑兹力f=qVB(注V⊥B);质谱仪〔见第二册P155〕{f:洛仑兹力(N),q:带电粒子电量(C),V:带电粒子速度(m/s)}

4.在重力忽略不计(不考虑重力)的情况下,带电粒子进入磁场的运动情况(掌握两种):

(1)带电粒子沿平行磁场方向进入磁场:不受洛仑兹力的作用,做匀速直线运动V =V0

(2)带电粒子沿垂直磁场方向进入磁场:做匀速圆周运动,规律如下a)F向=f洛=mV2/r=mω2r=mr(2π/T)2=qVB;r=mV/qB;T=2πm/qB;(b)运动周期与圆周运动的半径和线速度无关,洛仑兹力对带电粒子不做功(任何情况下);(c)解题关键:画轨迹、找圆心、定半径、圆心角(=二倍弦切角)。

注:

(1)安培力和洛仑兹力的方向均可由左手定则判定,只是洛仑兹力要注意带电粒子的正负;

(2)磁感线的特点及其常见磁场的磁感线分布要掌握〔见图及第二册P144〕;(3)其它相关内容:地磁场/磁电式电表原理〔见第二册P150〕/回旋加速器〔见第二册P156〕/磁性材料

十三、电磁感应

1.[感应电动势的大小计算公式]

1)E=nΔΦ/Δt(普适公式){法拉第电磁感应定律,E:感应电动势(V),n:感应线圈匝数,ΔΦ/Δt:磁通量的变化率}

2)E=BLV垂(切割磁感线运动) {L:有效长度(m)}

3)Em=nBSω(交流发电机最大的感应电动势){Em:感应电动势峰值}

4)E=BL2ω/2(导体一端固定以ω旋转切割){ω:角速度(rad/s),V:速度(m/s)}

2.磁通量Φ=BS {Φ:磁通量(Wb),B:匀强磁场的磁感应强度(T),S:正对面积(m2)}

3.感应电动势的正负极可利用感应电流方向判定{电源内部的电流方向:由负极流向正极}

*4.自感电动势E自=nΔΦ/Δt=LΔI/Δt{L:自感系数(H)(线圈L有铁芯比无铁芯时要大),ΔI:变化电流,∆t:所用时间,ΔI/Δt:自感电流变化率(变化的快慢)}

注:(1)感应电流的方向可用楞次定律或右手定则判定,楞次定律应用要点〔见第二册P173〕;(2)自感电流总是阻碍引起自感电动势的电流的变化;(3)单位换算:1H=103mH=106μH。(4)其它相关内容:自感〔见第二册P178〕/日光灯〔见第二册P180〕。

十四、交变电流(正弦式交变电流)

1.电压瞬时值e=Emsinωt 电流瞬时值i=Imsinωt;(ω=2πf)

2.电动势峰值Em=nBSω=2BLv 电流峰值(纯电阻电路中)Im=Em/R总

3.正(余)弦式交变电流有效值:E=Em/(2)1/2;U=Um/(2)1/2 ;I=Im/(2)1/2

4.理想变压器原副线圈中的电压与电流及功率关系

U1/U2=n1/n2;I1/I2=n2/n2;P入=P出

5.在远距离输电中,采用高压输送电能可以减少电能在输电线上的损失损´=

(P/U)2R;(P损´:输电线上损失的功率,P:输送电能的总功率,U:输送电压,R:输电线电阻)〔见第二册P198〕;

6.公式1、2、3、4中物理量及单位:ω:角频率(rad/s);t:时间(s);n:线圈匝数;B:磁感强度(T);

S:线圈的面积(m2);U输出)电压(V);I:电流强度(A);P:功率(W)。

高中物理公式、规律汇编表

一、力学公式

1、 胡克定律: F = kx (x 为伸长量或压缩量,K 为倔强系数,只与弹簧的

原长、粗细和材料有关)

2、 重力: G = mg (g 随高度、纬度、地质结构而变化)

3 、求F 、

的合力的公式: F=θCOS F F F F 2122212++

合力的方向与F 1成α角:

tg α= 注意:(1) 力的合成和分解都均遵从平行四边行法则。

(2) 两个力的合力范围: ⎥ F 1-F 2 ⎥ ≤ F ≤ F 1 +F 2

(3) 合力大小可以大于分力、也可以小于分力、也可以等于分力。

4、两个平衡条件:

(1) 共点力作用下物体的平衡条件:静止或匀速直线运动的物体,所受合外

为零。

∑F=0 或∑F x =0 ∑F y =0

推论:[1]非平行的三个力作用于物体而平衡,则这三个力一定共点。

[2]几个共点力作用于物体而平衡,其中任意几个力的合力与剩余几个

(一个力)的合力一定等值反向

( 2 ) 有固定转动轴物体的平衡条件: 力矩代数和为零.

力矩:M=FL (L 为力臂,是转动轴到力的作用线的垂直距离)

5、摩擦力的公式:

(1 ) 滑动摩擦力: f= μN

说明 : a 、N 为接触面间的弹力,可以大于G ;也可以等于G;也可以小于G

b 、 μ为滑动摩擦系数,只与接触面材料和粗糙程度有关,与接触面

积大小、接触面相对运动快慢以及正压力N 无关.

(2 ) 静摩擦力: 由物体的平衡条件或牛顿第二定律求解,与正压力无关.

大小范围: O ≤ f 静≤ f m (f m 为最大静摩擦力,与正压力有关)

说明:

a 、摩擦力可以与运动方向相同,也可以与运动方向相反,还可以与运动方

向成一 定 夹角。

b 、摩擦力可以作正功,也可以作负功,还可以不作功。

c 、摩擦力的方向与物体间相对运动的方向或相对运动趋势的方向相反。

1

d 、静止的物体可以受滑动摩擦力的作用,运动的物体可以受静摩擦力的作

用。

6、 浮力: F= ρVg (注意单位)

7、 万有引力: F=G

(1). 适用条件 (2) .G 为万有引力恒量

(3) .在天体上的应用:(M 一天体质量 R 一天体半径 g 一天体表面重力

加速度)

a 、万有引力=向心力

G

b 、在地球表面附近,重力=万有引力

mg = G g = G c 、 第一宇宙速度

mg = m

V=

8、库仑力:F=K (适用条件) 9、 电场力:F=qE (F 与电场强度的方向可以相同,也可以相反)

10、磁场力:

(1) 洛仑兹力:磁场对运动电荷的作用力。

公式:f=BqV (B ⊥V) 方向一左手定

(2) 安培力 : 磁场对电流的作用力。

公式:F= BIL (B ⊥I ) 方向一左手定则

11、 牛顿第二定律: F 合 = ma 或者 ∑F x = m a x ∑F y = m a y

理解:(1)矢量性 (2)瞬时性 (3)独立性

(4) 同体性 (5)同系性 (6)同单位制

12、匀变速直线运动:

基本规律: V t = V 0 + a t S = v o t + a t 2几个重要推论:

(1) V t 2 - V 02 = 2as (匀加速直线运动:a 为正值 匀减速直线运动:a 为

正值)

(2) A B 段中间时刻的即时速度:

V t/ 2 == (3) AB 段位移中点的即时速度: V s/2 =

匀速:V t/2 =V s/2; 匀加速或匀减速直线运动:V t/2

(4) 初速为零的匀加速直线运动,在1s 、2s、3s……ns内的位移之比为12:22:32……n2;在第1s 内、第2s内、第3s内……第ns内的位移之比为1:3:5……(2n-1); 在第1米内、第2米内、第3米内……第n米内的时间之比为1::

……(

(5) 初速无论是否为零,匀变速直线运动的质点,在连续相邻的相等的时间间隔

内的位移之差为一常数:∆s = aT2 (a一匀变速直线运动的加速度T一每个时间间隔的时间)

13、竖直上抛运动:上升过程是匀减速直线运动,下落过程是匀加速直线运动。

全过程是初速度为V O、加速度为-g的匀减速直线运动。

(1)上升最大高度:H =

(2) 上升的时间:t=

(3) 上升、下落经过同一位置时的加速度相同,而速度等值反向

(4) 上升、下落经过同一段位移的时间相等。

从抛出到落回原位置的时间:t =

(6)适用全过程的公式:S = V o t 一g t2V t = V o一g t

V t2一V o2 = 一2 gS (S、V t的正、负号的理解)

14、匀速圆周运动公式

线速度: V= ωR=2 f R=角速度:ω=

向心加速度:a = 2 f2 R

向心力:F= ma = m 2 R= m m42πn2 R

注意:(1)匀速圆周运动的物体的向心力就是物体所受的合外力,总是指向圆心。

(2)卫星绕地球、行星绕太阳作匀速圆周运动的向心力由万有引力提供。

(3) 氢原子核外电子绕原子核作匀速圆周运动的向心力由原子核对核

外电子的库仑力提供。

15 直线运动公式:匀速直线运动和初速度为零的匀加速直线运动的合运动

水平分运动: 水平位移: x= v o t 水平分速度:v x = v o

竖直分运动: 竖直位移: y =2

1g t 2 竖直分速度:v y = g t tg θ =

V y = V o tg θ V o =V y ctg θ V =

V o = Vcos θ V y 在V o 、V y 、V 、X 、y 、t 、θ七个物理量中,如果 ) θ v o

已知其中任意两个,可根据以上公式求出其它五个物理量。

v y v

16 动量和冲量: 动量: P = mV 冲量:I = F t

17 动量定理: 物体所受合外力的冲量等于它的动量的变化。

公式: F 合t = mv ’ 一mv (解题时受力分析和正方向的规定是关

键)

18 动量守恒定律:相互作用的物体系统,如果不受外力,或它们所受的外力

之和为零,它们的总动量保持不变。 (研究对象:相互作用的两个物体或多个

物体)

公式:m 1v 1 + m 2v 2 = m 1 v 1‘+ m 2v 2’或∆p 1 =一∆p 2 或∆p 1 +∆p 2=O

适用条件:

(1)系统不受外力作用。 (2)系统受外力作用,但合外力为零。

(3)系统受外力作用,合外力也不为零,但合外力远小于物体间的相互作用

力。

(4)系统在某一个方向的合外力为零,在这个方向的动量守恒。

18 功:W = Fs cosθ(适用于恒力的功的计算)

(1)理解正功、零功、负功

(2)功是能量转化的量度

重力的功------量度------重力势能的变化

电场力的功-----量度------电势能的变化

分子力的功-----量度------分子势能的变化

合外力的功------量度-------动能的变化

19 动能和势能:动能:E k =

重力势能:E p = mgh (与零势能面的选择有关)

20 动能定理:外力对物体所做的总功等于物体动能的变化(增量)。

公式:W合= ∆E k = E k2一E k1 =

21 机械能守恒定律:机械能= 动能+重力势能+弹性势能

条件:系统只有内部的重力或弹力做功.

公式:mgh1 +或者∆E p减= ∆E k增

22 功率:P = (在t时间内力对物体做功的平均功率)

P = FV (F为牵引力,不是合外力;V为即时速度时,P为即时功

率;V为平均速度时,P为平均功率;P一定时,F与V

成正比)

23 简谐振动:回复力: F = 一KX 加速度:a = 一

单摆周期公式:T= 2(与摆球质量、振幅无关)

*弹簧振子周期公式:T= 2(与振子质量有关、与振幅无关)

24、波长、波速、频率的关系:V=λ f =(适用于一切波)

二、热学:

1、热力学第一定律:W + Q = ∆E

符号法则:体积增大,气体对外做功,W为“一”;体积减小,外界对气体做功,W 为“+”。

气体从外界吸热,Q为“+”;气体对外界放热,Q为“-”。

温度升高,内能增量∆E是取“+”;温度降低,内能减少,∆E取“一”。三种特殊情况:(1) 等温变化∆E=0,即W+Q=0

(2) 绝热膨胀或压缩:Q=0即W=∆E

(3)等容变化:W=0 ,Q=∆E

2 理想气体状态方程:

(1)适用条件:一定质量的理想气体,三个状态参量同时发生变化。

(2)公式:恒量

(3)含密度式:

*3、克拉白龙方程:PV=n RT=(R为普适气体恒量,n为摩尔数)

4 、理想气体三个实验定律:

(1)玻马—定律:m一定,T不变

P1V1 = P2V2或PV = 恒量

(2)查里定律:m一定,V不变

或或P t = P0 (1+

(3) 盖·吕萨克定律:m一定,T不变

V0 (1+

注意:计算时公式两边T必须统一为热力学单位,其它两边单位相同即可。

三、电磁学

(一)、直流电路

1、电流强度的定义:I = (I=nesv)

2、电阻定律:(只与导体材料性质和温度有关,与导体横截面积和长度无关)

3、电阻串联、并联:

串联:R=R1+R2+R3 +……+R n

并联:两个电阻并联:R=

4、欧姆定律:(1)、部分电路欧姆定律:U=IR

(2)、闭合电路欧姆定律:I =εr

路端电压:U = -I r= IR R

输出功率:= Iε-I r =

电源热功率:

电源效率:==

R R+r

(5).电功和电功率:电功:W=IUt 电热:Q=

电功率:P=IU

对于纯电阻电路: W=IUt= P=IU =( ) 对于非纯电阻电路: W=IUt >

P=IU >

(6) 电池组的串联每节电池电动势为

`内阻为,n 节电池串联时

电动势:ε=n 内阻:r=n

(7)、伏安法测电阻:

(二)电场和磁场

1、库仑定律:2

2

1r Q Q k

F =,其中,Q 1、Q 2表示两个点电荷的电量,r 表示它们间的距离,k 叫做静电力常量,k=9.0×109Nm 2/C 2。

(适用条件:真空中两个静止点电荷) 2、电场强度: (1)定义是:q

F E =

F 为检验电荷在电场中某点所受电场力,q 为检验电荷。单位牛/库伦(N/C ),方向,与正电荷所受电场力方向相同。描述电场具有力的性质。

注意:E 与q 和F 均无关,只决定于电场本身的性质。 (适用条件:普遍适用) (2)点电荷场强公式:2

r Q

k

E = k 为静电力常量,k=9.0×109Nm 2/C 2,Q 为场源电荷(该电场就是由Q 激发的),r 为场点到Q 距离。

(适用条件:真空中静止点电荷)

(2) 匀强电场中场强和电势差的关系式:d

U

E =

(3) 其中,U 为匀强电场中两点间的电势差,d 为这两点在平行电场线

方向上的距离。

3、电势差:q

W U AB

AB =

AB W 为电荷q 在电场中从A 点移到B 点电场力所做的功。单位:伏特(V ),

标量。数值与电势零点的选取无关,与q 及AB W 均无关,描述电场具有能的性质。

4、电场力的功:AB AB qU W =

5、电势:q

W AO

A =

ϕ AO W 为电荷q 在电场中从A 点移到参考点电场力所做的功。数值与电势零

点的选取有关,但与q 及AO W 均无关,描述电场具有能的性质。

6、电容:(1)定义式:U

Q

C =

C 与Q 、U 无关,描述电容器容纳电荷的本领。单位,法拉(F ),1F=106μF=1012pF

(2)决定式:kd

S

C πε4=

7、磁感应强度:IL

F

B =

(L I ⊥) 描述磁场的强弱和方向,与F 、I 、L 无关。当I // L 时,F=0,但B ≠0,方向:垂直于I 、L 所在的平面。

8、带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动:r

mv qvB 2

=

轨迹半径:qB

mv r =

运动的周期:qB

m

v r T ππ22==

(三)电磁感应和交变电流

1、磁通量:BS =Φ(条件,B ⊥S )单位:韦伯(Wb )

2、法拉第电磁感应定律:t

n

E ∆∆Φ

= 导线切割磁感线产生的感应电动势:BLv E = (条件,B 、L 、v 两两垂直) 3、正弦交流电:(从中性面开始计时)

(1)电动势瞬时值:t E e m ωsin =,其中,最大值ωnBS E m =

(2)电流瞬时值:t I i m ωsin =,其中,最大值R

E I m

m = (条件,纯电阻电路)

(3)电压瞬时值:t U u m ωsin =,其中,最大值R I U m m '=,R '是该段电路的电阻。

(4)有效值和最大值的关系:2

m I I =

2

m U U =

(只适用于正弦交流电)

4、理想变压器:

2

1

21n n U U =(注意:U 1、U 2为线圈两端电压) 1

2

21n n I I =(条件,原、副线圈各一个) 5、电磁振荡:周期 LC T π2=,LC

f π21=

四、光学 1、折射率:r

i

n sin sin =

(i ,真空中的入射角;r ,介质中的折射角)

v

c

n =

(c ,真空中光速。v ,介质中光速) 2、全反射临界角:n

C 1

arcsin =

(条件,光线从光密介质射向光疏介质;入射角大于临界角) 3、波长、频率、和波速的关系:λυ=c

4、光子能量:υh E =(h ,普朗克常量,h =6.63×1034JS ,υ,光的频率)

5、爱因斯坦光电方程:W h mv -=υ2

2

极限频率:h

W =

0υ 五、原子物理学

1、玻尔的原子理论:12E E h -=υ

2、氢原子能级公式:121E n

E n =

氢原子轨道半径公式:12r n r n = (n=1,2,3,……) 3、核反应方程:

衰变:He Th U 4

22349023892+→(α衰变)

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