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静电场
电荷与库仑定律
- 电荷性质：同性相斥，异性相吸，元电荷 ( e = 1.6 \times 10^{-19} \, \text{C} )，电荷守恒定律是静电现象的基础。
- 库仑定律：真空中两点电荷作用力 ( F = k \frac{q_1 q_2}{r^2} )，适用于点电荷，场强定义式 ( E = \frac{F}{q} )，方向为正电荷受力方向。
电场强度与电场线
- 公式：
- 点电荷场强 ( E = k \frac{Q}{r^2} )（方向沿半径向外或向内）；
- 匀强电场 ( E = \frac{U}{d} )，( U ) 为电势差，( d ) 为沿电场方向的距离。
- 电场线特点：始于正电荷，终至负电荷；疏密表示场强大小，切线方向为场强方向，匀强电场中电场线平行等距。
电势能与电势
- 电势差：( U = \frac{W}{q} )，电场力做功与路径无关，仅与初末位置电势差有关。
- 等势面：垂直于电场线，同一等势面上移动电荷电场力不做功，沿电场线方向电势降低。
电容与电容器
- 平行板电容公式：( C = \frac{\epsilon S}{4\pi k d} )，( \epsilon ) 为介电常数，( S ) 为极板面积，( d ) 为极板间距。
- 电容定义：( C = \frac{Q}{U} )，电容器储能公式 ( W = \frac{1}{2} CU^2 )。
恒定电流
电流与电阻
- 电流微观表达式：( I = nqSv )，( n ) 为电荷密度，( v ) 为载流子速率。
- 电阻定律：( R = \rho \frac{L}{S} )，( \rho ) 为电阻率，与材料和温度有关。
欧姆定律与电功率
- 线性元件：( I = \frac{U}{R} )，适用金属导体、电解液。
- 电功率：( P = UI )，纯电阻电路中 ( P = I^2 R = \frac{U^2}{R} )。
电路分析
- 闭合电路欧姆定律：( I = \frac{E}{R + r} )，( E ) 为电源电动势，( r ) 为内阻。
- 动态分析：滑动变阻器分压或限流接法选择需结合实验要求，若要求电压从零开始调节，则必须采用分压式接法。
磁场
磁感线与安培力
- 磁感线方向：外部从 ( N ) 极到 ( S ) 极，内部反向，磁场强度 ( B ) 由 ( B = \frac{F}{IL} ) 定义（( L ) 为有效长度）。
- 安培力公式：( F = I L \times B )，方向由左手定则判断（掌心方向为 ( B )，四指为电流，拇指为力）。
洛伦兹力与粒子运动
- 洛伦兹力：( f = qvB )，方向同样由左手定则判断（四指为正电荷运动方向）。
- 带电粒子在磁场中的运动：
- 平行磁场：匀速直线运动；
- 垂直磁场：匀速圆周运动，半径 ( r = \frac{mv}{qB} )，周期 ( T = \frac{2\pi m}{qB} )。
电磁感应
法拉第电磁感应定律
- 感应电动势：( E = n \frac{\Delta \Phi}{\Delta t} )，方向由楞次定律判断（“增反减同”）。
- 磁通量：( \Phi = B S \cos\theta )，适用于计算穿过平面的磁感线条数。
动生与感生电动势
- 动生电动势：导体切割磁感线时产生，公式 ( E = Blv \sin\theta )（( \theta ) 为速度与磁场夹角）。
- 感生电动势：由磁场变化引起，如变压器副线圈中的感应电流。
互感与自感
- 自感现象：线圈自身电流变化阻碍磁通量变化，自感电动势 ( E = L \frac{\Delta I}{\Delta t} )，( L ) 为自感系数。
- 应用实例：日光灯启动时镇流器的瞬时高压。
实验要点
多用电表使用
- 测电阻：选择合适的倍率使指针偏转至中值附近，欧姆调零后测量，黑表笔接内部电源正极。
- 黑箱问题：通过多用电表判断内部电路连接方式，需结合断路、短路特征分析。
示波器与传感器
- 示波器：用于观察电信号波形，需调节扫描频率与输入信号同步，Y轴为电压，X轴为时间。
- 传感器应用：如光敏电阻测光照强度、霍尔元件测磁场强度，需掌握其工作原理。
综合解题策略
- 力电复合问题：如带电粒子在电场与磁场中的运动，需联立牛顿定律与电磁学公式，注意洛伦兹力不做功的特性。
- 能量转化分析：电磁感应中机械能、电能、热能的转换，结合焦耳定律与能量守恒解题。
- 图像问题：如 ( B-t ) 图、( \Phi-t ) 图与感应电流的关系，需明确斜率、面积等物理意义。
