物理电磁学是高考的重要板块,涵盖电场、电路、磁场、电磁感应与交变电流等核心知识,以下是对电磁学考点的详细梳理:
电场
- 库仑定律:真空中两个静止点电荷间的作用力与电荷量乘积成正比,与距离平方成反比,方向沿连线,公式为(F = k\frac{Q_1Q_2}{r^2}),k)为静电力常量((9.0×10^9 N·m²/C²)),适用条件为静止点电荷,且需注意电荷的正负对作用力方向的影响。
- 电场强度:定义式(E = \frac{F}{q}),是矢量,方向与正电荷受力方向相同,点电荷电场强度(E = k\frac{Q}{r^2}),匀强电场中(E = \frac{U}{d})((U)为电势差,(d)为沿电场方向的距离)。
- 电场线与等势面:电场线疏密表示场强大小,切线方向为场强方向;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,等量同种电荷连线中点场强为零,中垂线为等势线;等量异种电荷连线中点场强最大,中垂线为等势线。
- 电势差与电势能:电势差(U{AB} = \frac{W{AB}}{q}),电场力做功(W{AB} = qU{AB}),电势能变化(\Delta E{AB} = qU{AB}),电场力做正功,电势能减小;做负功,电势能增加。
- 带电粒子在电场中的运动:加速问题可用动能定理(qU = \frac{1}{2}mv^2 - \frac{1}{2}mv_0^2);偏转问题(如平行板电容器)遵循类平抛运动规律,侧移量(y = \frac{1}{2}at^2 = \frac{1}{2}\frac{qU}{md}t^2),偏转角(\tan\theta = \frac{vy}{vx} = \frac{qU}{md}\cdot\frac{L}{v_0})((L)为极板长度)。
电路
- 欧姆定律与电阻定律:部分电路欧姆定律(I = \frac{U}{R}),闭合电路欧姆定律(I = \frac{E}{R + r})((E)为电动势,(r)为内阻),电阻定律(R = \rho\frac{l}{S})((\rho)为电阻率,(l)为导体长度,(S)为横截面积)。
- 串并联电路特点:串联电路电流相等,总电压等于各元件电压之和,总电阻(R_{总} = R_1 + R2 + \cdots);并联电路电压相等,总电流等于各支路电流之和,总电阻倒数(\frac{1}{R{总}} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} + \cdots)。
- 电功率与焦耳定律:电功率(P = UI),热功率(P_{热} = I^2R),纯电阻电路中(P = I^2R = \frac{U^2}{R}),焦耳定律(Q = I^2Rt)适用于所有电路。
- 含容电路分析:电容器充电后断开电源,电荷量不变;始终与电源相连,电压不变,动态分析时,利用“串反并同”判断电容、电压、场强的变化。
磁场
- 磁感应强度与安培力:磁感应强度(B)描述磁场强弱,安培力公式(F = BIL\sin\theta)((\theta)为电流方向与磁场夹角),方向由左手定则判断,平行通电导线间同向相吸、异向相斥。
- 洛伦兹力与粒子运动:洛伦兹力(f = qvB\sin\theta),方向由左手定则判断,不做功,带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动,半径(r = \frac{mv}{qB}),周期(T = \frac{2\pi m}{qB}),质谱仪和回旋加速器利用此原理。
- 磁感线与安培定则:磁感线闭合,外部从N极到S极,内部相反,安培定则判断电流磁场方向:直线电流用右手螺旋定则,环形电流用右手掌心定则。
电磁感应与交变电流
- 电磁感应现象:产生条件是磁通量变化,楞次定律(“增反减同”“来拒去留”)和法拉第电磁感应定律(E = n\frac{\Delta\Phi}{\Delta t})共同判断感应电动势方向和大小。
- 交变电流:正弦交流电表达式(e = Em\sin(\omega t + \varphi)),有效值(E{有效} = \frac{E_m}{\sqrt{2}}),周期(T)与频率(f)互为倒数,理想变压器电压比(\frac{U_1}{U_2} = \frac{n_1}{n_2}),电流比(\frac{I_1}{I_2} = \frac{n_2}{n_1}),功率不变。
- 远距离输电:高压输电减少电能损耗,功率关系(P{输} = U{输}I{输}),损失功率(P{损} = I{线}^2R{线})。
综合应用与难点突破
- 带电粒子在复合场中的运动:需综合考虑电场力、洛伦兹力和重力,分析运动轨迹、能量变化,速度选择器中粒子匀速直线运动,磁流体发电机结合电磁感应和粒子平衡。
- 电磁感应中的动力学与能量问题:导体棒切割磁感线时,利用牛顿定律和电磁感应定律联立求解;能量转化问题关注电能、机械能、内能的分配,如单杆模型中克服安培力做功等于产生的热量。
- 图像问题:如电磁感应中的(B - t)图、(\Phi - t)图、(E - t)图,通过斜率、面积分析物理量变化,结合楞次定律