一 电磁学的重要概念和规律

一电磁学的重要概念和规律

本内容包括静电场、稳恒电流、磁场、电磁感应、交流电、电磁振荡和电磁波。

(一)重要概念

1．两种电荷、电量(q)

自然界只存在两种电荷。用丝绸摩擦过的玻璃棒上带的电荷叫做正电荷，用毛皮摩擦过的硬橡胶棒上带的电荷叫做负电荷。注意：两种物质摩擦后所带的电荷种类是相对的。电荷的多少叫电量。在SI制中，电量的单位是C(库)。

2．元电荷、点电荷、检验电荷

元电荷是指一个电子所带的电量e=1.6×10-19C。点电荷是指不考虑形状和大小的带电体。检验电荷是指电量很小的点电荷，当它放入电场后不会影响该电场的性质。

3．电场、电场强度(E)、电场力(F)

电场是物质的一种特殊形态，它存在于电荷的周围空间，电荷间的相互作用通过电场发生。电场的基本特性是它对放入其中的电荷有电场力的作用。电场强度是反映电场的力的性质的物理量。

描述电场强度有几种方法。

其一，用公式法定量描述；定义式为E=F/q，适用于任何电场。真空中的点电荷的场强为E=kq/r2。匀强电场的场强为E=U/d。要注意理解：①场强是电场的一种特性，与检验电荷存在与否无关。②E是矢量。它的方向即电场的方向，规定场强的方向是正电荷在该点受力的方向。③注意区别三个公式的物理意义和适用范围。④几个电场叠加计算合场强时，要按平行四边形法则求其矢量和。

其二，用电场线形象描述：电场线的密(疏)程度表示场强的强(弱)。电场线上某点的切线方向表示该点的场强方向。匀强电场中的电场线是方向相同、距离相等的互相平行的直线。要注意：a.电场线是使电场形象化而假想的线．b.电场线起始于正电行而终止于负电荷。c.电场中任何两条电场线都不相交。电场力是电荷间通过电场相互作用的力。正(负)电荷受力方向与E的方向相同(反)。

4．电势能(B)、电势(U)、电势差(U AB)

电势能是电荷在电场中具有的势能。要注意理解：①物理意义；电荷在电场中某点的电势能在数值上等于把电荷从这点移到电势能为零处电场力所做的功。②电势能是相对的，通常取电荷在无限远处的电势能为零，这样，电势能就有正负。③电场力对电荷所做的正(负)功总等于电荷电势能的减少(增加)，即W AB=εA-εB。(A点电势高于B点)。④电场力移动电荷做功，只跟电荷的始、末位置有关，跟具体路径无关。

电势是反映电场的能的性质的物理量．描述电势有几种方法。其一，用公式法定量描述：电场中某点的电势定义为U=ε/q。要注意理解：①电势是电场的一种特性，与检验电荷存在与否无关。②电势是标量。③在SI制中的单位：1V=1J／C。④电势是相对的，通常取无限远处(或大地)的电势为零，这样，电势就有正负。⑤几个电场叠加计算合电势时，只需求各个电场在该点产生的电势的代数和。其二，用等势面形象描述：任意两个等势面不能相交。等势面与电力线垂直。不同等势面的电势沿电力线方向逐渐降低。任何相邻两等势面间的电势差相等，场强大(小)的地方等势面间的距离小(大)。在同一等势面上的任何两点间移动电荷时，电场力不做功。在匀强电场中的等势面是一族限电力线垂直的平面。

电势差指电场中两点间的电势的差值，有时又叫做电压。表示为U AB=U A-U B。注意：①电场中两点间的电势差值是绝对的。电场中某点的电势实际上是指该点与无穷远处间的电势差。②电势差有正负，U AB=-U BA。

5．电客(C)

电容器的电容定义为C=Q/U。注意理解：①电容是表征电容器特性的物理量。对于给定的电容器，C一定。②电容器所带电量指每个导体(或极板)所带电量的绝对值。③电容器的电容只眼它的结构(两个导体的大小、形状、相对位置)、介质性质有关，而与它所带的电量q和电势差U无关。④平行板电容器的电容C=εS/4πkd，表示C与介电常数ε成正比，跟正对面积S成正比，跟极板间的距离d成反比。⑤电容器的额定电压应低于击穿电压。6．电流强度(I)

电流强度是表示电流强弱的物理量。定义为I=q/t，要注意理解：①电流的形成：电荷的定向移动。②导体中存在持续电流的条件：一是要有可移动的电荷；二是保持导体两端的电势差(如电源)。③电流的方向：规定正电荷的移动方向为电流方向。在外(内)电路电流从电源的正(负)极流向负(正)极。④导体中自由电子定向移动速率并不快，电流的传导速率即电场的传播速率等于光速。

7．电阻(R)、电阻率(ρ)、超导体

电阻是表示导体对电流的阻碍作用的物理量，定义为R=U/I，其单位根据欧姆定律规定是欧姆，即1欧=1伏／安。电阻是导体的一种特性。电阻率是反映材料导电性好坏的物理量，根据电阻定律定义为ρ=RS/l，单位是欧姆“Ω·m”，各种材料的电阻率都随温度而变化，金属的电阻率随温度的升高(降低)而增大(减小)。当温度降低到绝对零度附近时某些金属、合金和化合物的电阻率会突然减小为零，此谓超导现象。处于这种状态的导体叫做超导体。超导体的电阻为零。

8．电功(W)电热(Q)、电功率(P)

电功是描述电路中电能转化为其它形式的能的物理量。可表示为W=UIt。在纯电阻电路中，W=UIt=I2Rt=U2t/R。电功的实用单位1干瓦小时(度)=3.6×106焦。电热指电流通过导体产生的热量。在纯电阻电路里，W=Q，即电能全部转化为内能。在非纯电阻(如含电动机、电解槽等用电器)电路里，w＞Q；电功率是描述电流做功快慢的物理量，可表示为P=W/t=UI。在纯电阻电路中，P＝UI=I2R=U2/R。

9．电源、电动势(ε)、路端电压(U)

电源是把其他形式的能转化为电能的装置。对于给定的电源，电动势、内电阻和允许通过的最大电流一定。电动势是表征电源特性的物g量之一。要注意理解：①S是由电源本身所决定的，跟外电路的情况无关。②ε的物理意义；电动势在数值上等于路中通过1库仑电量时电源所提供的电能。③注意区别电动势和电压的概念。电动势是描述其他形式的能转化成电能的物理量，是反映非静电力做功的特性。电压是描述电能转化为其他形式的能的物理量，是反映电场力做功的特性。路端电压是外电路两端的电压。可表示为：U=ε-U'(U'= Ir)。要明确：①U随I的变化规律。当I增大时，U减小；当I=0时，U=ε。②U随R的变化规律：当R增大(减小)时，U随着增大(减小)当R→∞(断路)时，U=ε(据此原理可用伏特计直接测ε)。当R→0(短路)时，U→0，此时有I＝ε/r，电流很大。

10．磁性、磁体、磁极、磁化