物理电磁学是高考的重要组成部分,涵盖了多个核心概念和公式,以下是对高中物理电磁学考点的详细梳理:
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静电场
- 库仑定律:真空中两个静止点电荷之间的相互作用力,与它们的电荷量的乘积成正比,与它们的距离的二次方成反比,作用力的方向在它们的连线上,表达式为(F = k\frac{Q_1Q_2}{r^2}),k)是静电力常量,约为(9.0×10^9N·m²/C²)。
- 电场强度:定义式为(E=\frac{F}{q}),适用于任何电场,真空中的点电荷的场强为(E = k\frac{q}{r^2}),匀强电场的场强为(E=\frac{U}{d}),场强是矢量,方向规定为正电荷在该点受力的方向,电场线可形象描述电场,其密疏程度表示场强强弱,切线方向表示场强方向,且电场线起于正电荷,终止于负电荷,互不相交。
- 电势能与电势:电场力做功与路径无关,只与初末位置有关,电荷在电场中某点的电势能等于将该电荷从该点移到零势能位置时电场力所做的功,电势是电势能与电荷量的比值,即(\varphi=\frac{E_p}{q}),电势是标量,有正负之分,其大小与零势能位置的选取有关,等势面与电场线垂直,在同一等势面上移动电荷,电场力不做功。
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恒定电流
- 电流:电荷的定向移动形成电流,电流强度(I = \frac{Q}{t}),微观表达式(I = nqSv)((n)为单位体积内的自由电荷数,(q)为电荷量,(S)为导体横截面积,(v)为电荷定向移动速率)。
- 欧姆定律:通过导体的电流跟导体两端的电压成正比,跟导体的电阻成反比,即(I=\frac{U}{R}),适用于金属导体和电解质溶液,对于非线性元件(如二极管)不适用。
- 焦耳定律:电流通过导体产生的热量(Q = I²Rt),单位时间内产生的热量即功率(P = I²R)。
- 电阻定律:导体的电阻(R=\rho\frac{l}{S}),\rho)为电阻率,与材料和温度有关,(l)为导体长度,(S)为横截面积。
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磁场
- 磁场的基本概念:磁场的基本性质是对放入其中的磁极、电流有作用力,磁感线是闭合曲线,外部从(N)极到(S)极,内部从(S)极到(N)极。
- 安培力:通电导线在磁场中受的力(F = BIL\sin\theta)((\theta)为电流方向与磁场方向夹角),用左手定则判断方向。
- 洛伦兹力:运动电荷在磁场中受到的力(f = qvB\sin\theta),方向用左手定则判断,洛伦兹力始终与速度方向垂直,不做功,带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动时,向心力由洛伦兹力提供,即(qvB = m\frac{v^2}{r}),可得半径(r=\frac{mv}{qB}),周期(T=\frac{2\pi m}{qB})。
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电磁感应
- 电磁感应现象:闭合电路的磁通量发生变化,就会产生感应电流,产生条件是穿过闭合回路的磁通量发生变化,可通过切割磁感线或改变磁场强弱、面积等方式实现。
- 法拉第电磁感应定律:感应电动势大小与磁通量变化率成正比,即(E = n\frac{\Delta\Phi}{\Delta t})((n)为线圈匝数)。
- 楞次定律:感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化,可用来判断感应电流的方向。