物理电磁学是高考物理的重要组成部分,涵盖了多个关键知识点和考点,以下是对高中物理电磁学考点的详细梳理:
静电场
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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,公式为(F = k\frac{Q_1Q_2}{r^2}),k)为静电力常量,(Q_1)、(Q_2)为电荷量,(r)为两点电荷间的距离。
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电场强度:定义式为(E = \frac{F}{q}),单位是牛/库((N/C))或伏/米((V/m)),点电荷的电场强度公式为(E = k\frac{Q}{r^2}),匀强电场的场强公式为(E = \frac{U}{d})(U)为电势差,(d)为沿电场方向两点间的距离)。
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电场线:用来形象描述电场,电场线的疏密表示电场强度的大小,电场线上某点的切线方向表示该点的场强方向,电场线始于正电荷,终止于负电荷,且任何两条电场线都不相交。
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电势能和电势: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电荷从该点移到零电势能位置时电场力所做的功,电势的定义式为(\varphi = \frac{E_p}{q}),电势是标量,有正负之分,其正负表示大小。
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电势差:电势差(U_{AB}=\varphi_A-\varphiB=\frac{W{AB}}{q}),匀强电场中电势差与电场强度的关系为(U = Ed)(d)为两点沿电场方向的距离)。
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电容:电容(C = \frac{Q}{U}),平行板电容器的电容(C = \frac{\varepsilon S}{4\pi kd})(\varepsilon)为介电常数,(S)为极板正对面积,(d)为极板间距)。
恒定电流
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电流:电荷的定向移动形成电流,定义式(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)为导线横截面积,(v)为电荷定向移动速率)。
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欧姆定律:部分电路欧姆定律(I = \frac{U}{R}),适用于纯电阻电路;闭合电路欧姆定律(I = \frac{E}{R + r})(E)为电源电动势,(R)为外电阻,(r)为内电阻),路端电压(U = E - Ir)。
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电阻定律:(R = \rho\frac{l}{S})(\rho)为电阻率,(l)为导体长度,(S)为导体横截面积)。
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电功和电功率:电功(W = UIt),电功率(P = UI);焦耳热(Q = I^2Rt),热功率(P = I^2R)。
磁场
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磁场的描述:磁感应强度(B)是描述磁场强弱和方向的物理量,定义式(B = \frac{F}{IL})(F)为通电导线在磁场中受到的安培力,(I)为电流,(L)为导线长度),单位是特斯拉((T)),磁感线用来形象描述磁场,外部从(N)极到(S)极,内部从(S)极到(N)极。
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安培力:通电导线在磁场中受到的力(F = BIL\sin\theta)(\theta)为磁场方向与电流方向的夹角),方向用左手定则判断。
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洛伦兹力:运动电荷在磁场中受到的力(f = qvB\sin\theta)(\theta)为电荷运动方向与磁场方向的夹角),方向也由左手定则判断,带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动时,洛伦兹力提供向心力,有(qvB = m\frac{v^2}{r}),可得半径(r = \frac{mv}{qB}),周期(T = \frac{2\pi m}{qB})。
电磁感应
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磁通量:(\varPhi = BS\sin\theta)(B)为磁感应强度,(S)为线圈面积,(\theta)为磁场方向与线圈平面的夹角),单位是韦伯((Wb))。
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法拉第电磁感应定律:感应电动势(E = n\frac{\Delta\varPhi}{\Delta t}),方向用楞次定律判断,楞次定律可表述为“增反减同”“来拒去留”“阻碍变化”等。
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右手定则:用于判断导体切割磁感线时产生的感应电流方向,伸开右手,使拇指与其余四指垂直,并且都跟手掌在一个平面内,让磁感线垂直进入手心,拇指指向导体运动方向,四指指向感应电流方向。
电磁波
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麦克斯韦电磁场理论:变化的磁场产生电场,变化的电场产生磁场;均匀变化的电场产生稳定的磁场,均匀变化的磁场产生稳定的电场;振荡的电场产生同频率的振荡磁场,振荡的磁场产生同频率的振荡电场。
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电磁波的特点:电磁波是横波,在真空中的传播速度等于光速(c = 3×10^8m/s),