高中物理概念电磁学

一、库伦定律

①电荷：

①电荷量（简称电量）：用来度量带电体（静电）所含电量的多少。其符号是Q，单位是库伦（简称库），用符号C表示。通常正电荷量用正数表示，负电荷量用负数表示。

②元电荷：也可叫做基本电荷。任意电荷量都等于该元电荷的整数倍，用e 表示。e= 1.6021892×10-19C，可取e=1.6×10-19C。它是一个电子或质子所带电荷量。

③点电荷：忽略其体积的带电质点，其所带电荷可以用Q或q来表示。

④净电荷：在导体中，未被电性抵消的电荷量叫做净电荷量，简称净电荷。

⑤电荷平分原理：两个点电荷或体积相等的两个电荷相遇后，各自所带的电荷量为两个点电荷电量之和的一半。（正电荷用正值代入，负电荷用负值代入。）

②库伦定律：

①概念：在真空中的两个点电荷间的作用力的大小与它们的电量乘积成正比，与它们之间距离平方成反比，作用力的方向存在于它们的连线上。其中的这种作用力叫做静电力或库伦力。其方向遵循：同种电荷相斥，异种电荷相吸

②公式其中k就是静电力恒量，在真空条件下其值为

k=9.0×109

二、电场、电场强度和电场线

①电场：

①电场：电荷间的互相作用是通过电场发生的，只要有电荷，其周围就有电场。静电力就是电场对其他电荷的作用力。

②对电场的认识：电场对处于其中的电荷有力的作用，可对电荷做功，从而具有能量和动量，而没有静止质量，具体形状等。

②电场强度和电场线：

①电场强度：①概念：我们定义：电场力与检验电荷量的比值叫做其电场的电场强度。它是用来描述场源电荷发出电场的性质的物理量，与检验电荷无关。其符号是E，单位是N/C就是场源电荷的电场对

电场内正电荷的静电力方向。②k就是静电力恒量，Q是源电荷的电量。

②电场线：①概念：电场线是这样一种曲线，它能表示电场强度，它每一点的切线方向与该处电场强度方向一致。电场强度方向就是电场线的方向。

②电场线的性质：电场线的疏密可以表示电场强度的大小，电场线越密，电场强度越大。场源电荷为正电荷的电场线箭头指向背离源电荷方向，场源电荷

为负电荷的电场线箭头指向靠近源电荷方向。

三、电势能、电势和电势差

①电势能：

①

②k 就是静电力恒量，Q 是源电荷的电量，q 是点J ）。

③常用能量定理：带点粒子的动能增量等于该粒子的电势能、重力势能以及其他阻力所做功之和，即：f P q K W E E E ++=?。

④判断粒子做功及电势能大小口诀：同荷相合，功小能大；异荷相合，功大能小，相斥反之。

②电势和电势差：

①电势：①概念：E q 与点电荷电量q 的比值，

叫做该点的电势U 。②k 就是静电力恒量，Q 是源电荷的电量。其符号是U ，其单位是伏特，写作V 。对于等量异种电荷，过其连线中点的垂线上，电势处处相等，且等于0。原因是，力与位移始终垂直，不做功，有无限远处电势等于零，所以电势处处相等，且等于0。

②电势差：①概念：电场中两点之间的电势差值叫做电势差，也叫电压。其符号是U 。②公式：0U U U t -=?。③功的新单位：电子伏（写作eV ），是在研究微观粒子时常用的能量单位。1eV=1.6×10-19J

③等势面：①概念：电场中电势相等的点的集合构成的面叫做等势面。②特点：同一等势面上运动的电荷，电场力不做功。电场力做功，电荷的电势能一定改变。等势面与电场线一定垂直。③匀强电场：如果某一电场的某一区域里，其各处电场强度相等，那么该区域就叫做该电场的匀强电场。

④匀强电场中的电势与场强的关系：由电场力所做的功等于电势能增量得到：θcos ???=??d E q q U ，所以θcos ??=?d E U （其中E 是电场强度，d 是电荷的位移，θ是位移与场强的夹角）。

四、静电感应

①静电平衡状态：

①静电感应：①概念：导体内自由电子由于受外电场的作用而重新分布的现象。②感应电荷：由于静电感应使得原来不显电的导体两端形成的电荷。感应电荷形成的新电场的场强方向始终与外电场场强方向相反。

②静电平衡状态：①概念：放入电场的导体受到静电感应作用，最终使得导体内部合场强为零，那么我们把这种状态称为静电平衡状态。②特征：导体内部场强处处为零。导体中没有净电荷。整个导体是个等势体，导体表面是个等势面。

②静电屏蔽：

①概念：使得某一空间不受电场作用。

五、电容

①概念：

①电容器：两个彼此绝缘而互相靠近的导体以及导体间的电介质构成的整体就是一个电容器，两导体就是该电容器的极板。它在电路图中符号是两根平行等长的竖线，通常两边标注正负极性。

①k 是静电力恒量，ε是取决于两板之间电介质的介电常数，S d 是两板间距。

②电容器的连接：①耐压式连接法（串联）：由于串联电路的电流处处相等，

因为电流大小与电荷量Q 成正比，所以串联电路的电容器电荷量处处相等，因为C Q U =，又串联电路中总电压等于各分电压的代数和，所以???? ??+=2111C C Q U 总，

所以串联电容器的总电容的倒数等于各个电容器电容的倒数之和。②增容式连接法（并联）：由于并联电路的电压处处相等，总电流等于各分电流的代数和，因为电流大小与电荷量Q 成正比，所以串联电路的总电荷量等于各分电荷量的代数和，所以()2121C C U Q Q Q +=+=，得21C C C +=，所以串联电路的总电容等于各分电容的代数和。

一、欧姆定律

①电流：

①概念：导体中的自由电荷在电场力的作用下做定向移动，它移动的量叫做电流强度，简称电流，符号是I ，单位是安培，简称安。电流有方向，其 ②电流的微观公式：q S v n I ???=（其中n 是单位体积内自由电子的个数，v 是其平均速度，S 是横截面积，q 是单位电荷量）。

②电阻与内阻：

①电阻：①R ，

其单位是欧姆，简称欧，写作Ω。②ρ是电阻率，L 是电阻的长度，S Ω·m 。电阻率与

导体本身性质以及导体温度有关，温度越高，电阻越大。

②内阻：由于供电电池（或在充电的可充电电池）处于电路中也会产生对电路的阻碍作用，则其阻碍作用称为电路的内电阻，简称内阻。 ③欧姆定律：

定律的应用：①串联：串联电路中U =U 1+U 2，I =I 1=I 2，R =R 1+R 2；P =I 2·R 。②并联：并联电路中U =U 1=U 2，I =I 1+I 2，2121R R R R R +=；P ·R =U 2。其中P 是电功率。③等效电路：

③电功、电功率和电的热功、热功率：①电功：电路中由于加在导体两端产生电场而有的电场力在推动自由电子定向移动所做的功。其公式是t I U q U W ??=?=，单位是焦耳。②电功率：单位时间内电场力所做的功。其

公式是I U P ?=，单位是瓦特。③电的热功：电流通过导体所产生的热，与电流平方、导体电阻及通电时间成正比。其公式是t R I Q ??=2，单位是焦耳。④电的热功率：单位时间内电流通过导体所产生的热，与电流平方、导体电

阻成正比。其公式是R I P Q ?=2，单位是瓦特。当电路中没有发生转化时（纯电

阻），电热相等，当有需要电能转化成机械能等其他形式时（例如有电动机处于电路中），电热不等。

④电压表、电流表与电阻测定

电压、电流表都是由表头G （表头内部结构见磁场一章）改装而来的，表头指针偏转弧度θ与其通过的电流强度I g 成正比。

①G 并联，由该电阻帮表头分流，使得使

R 是并联的电阻，r g 是表头G 的内阻，

I g 是通过表头G 的电流强度。所以I ∝I g ∝θ。

②电压表：将一个电阻R 与表头G 串联，由该电阻帮表头分压，由于电压表在电路里并联，然而，电阻R 与表头G 串联的系统内的电阻总和不变，所以电压表两端电压与通过的电流大小成正比，即：()g g I r R U +=其中R 是串联的电阻，r g 是表头G 的内阻，I g 是通过该系统的电流强度。所以U ∝I g ∝θ。对于电路中的电表来讲，用伏安法测电阻是有误差的。由于电压表的内阻趋向于无穷大，所以会使得被测电压变小；由于电流表的内阻不为零，所以会使得被测电流变小。电流表接于电压表内侧与接于外侧有很大不同，内接R 值偏大，外接R 值偏小。

③惠斯通电桥测电阻：

二、闭合电路欧姆定律：

在闭合电路中，由于电源有内阻，所以整个电路可以分为内外两部分。外电路就是除电源外的电路部分，内电路就是电源内部的电路部分。 ①电动势：

①概念：内外电路电势之和。若不计电能损耗，闭合电路中的电动势基本不变。其符号是E ，其单位是伏特，写作V 。

②公式：E =U 内+U 外。

②闭合电路欧姆定律：

①概念：闭合电路中的电流强度与电源电动势成正比，与内外电路的电阻

② ③线性关系：Ir E U -=外，其中r 是电源内阻，E 是电动势。

④闭合电路的功率问题：总功率电源发热功率

③闭合电路的各图像：

④动态闭合电路分析：由上述公式可知，总电阻与路端电压正相关，与总电流负相关。对于只有滑动变阻器和电阻参与的电路，其电压或电流变化量总是最大。

欧姆表：

一、磁场

①磁场：

①概念：磁体间的互相作用是通过磁场发生的，只要有磁体，其周围就有磁场。磁场的方向就是小磁针N 极指向。通电导线周围也会产生磁场。 ②磁感线：

①概念：磁感线是这样一种曲线，它上面的每一点的切线方向都与该点磁场方向相同。

②安培定则：利用安培定则（右手螺旋定则）可以判断通电直导线的磁场方向。方法是右手握住通电直导线，让伸直的拇指的方向与电流的方向一致，那么，弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向。

③对于安培定则的理解：①通电螺线管磁场方向：右手握住通电螺线管，四指的方向为环形电流方向，大拇指指向为N 极指向。②磁体周围磁场方向：从N 极流出S 极流入。

③磁感强度与磁通量：

①磁感强度：①概念：当通电短直导线垂直于磁场方向时，磁场对通电短导线的作用力大小，与导线长度和导线中的电流强度的乘积的比值叫做该处B ，

单位是特斯拉，简称特，写作T 。②I 是导线中的电流强度，l 是导线长度。③域。 ②毕奥—萨伐尔定律：它是通电直导线周围磁感强度的定律。即：通电导体内某一电流元周围的磁感强度与电流元的大小成正比，与该点到电流元的距离的平方成反比。电流元就是很短一段通电导线中的电流I 与导线长度

l 的乘积。公式是r

I B κ=，其中κ是其比例系数κ=2×10-7T ·m/A 。 ③磁通量：一个平面内通过的磁感强度就是磁通量。其符号是φ，单位是

韦伯，简称韦，写作Wb 。磁通量是一个标量，但有方向。其公式为：αφsin BS =，其中α就是磁感强度与该平面的夹角。磁通变化量12φφφ-=?。 ④安培力：

①概念：磁场对通电短导线的作用力就是安培力，其大小等于垂直于电流的磁感强度、导线长度与导线中的电流强度三者的乘积。若磁感强度不与电流垂直，则可进行正交分解。平行的磁感强度不产生安培力。所以对于与电流成夹角的磁感强度来讲，其产生的安培力的公式是：F =B ·I ·l ·sin α，其中α就是磁感强度与电流的夹角；导线长度应是其等效直导线长度。

②根据毕奥—萨伐尔定律，安培力公式也可写成ακsin 2

l r I F ?=，此处的安培力是指通电直导线周围磁场的安培力。

③安培力的方向：安培力的方向可以用左手定则来确定：伸开左手，使拇

指跟其余四指垂直，并且都跟手掌在

同一个平面内，让磁感线穿入手心，

并使四指指向电流的方向，大拇指所指的方向就是通电导线所受安培力

的方向（如右图）。由此可知，同向

平行导线互相吸引，异向平行导线互

相排斥。

⑤洛伦兹力：

①概念：磁场对带电粒子的作用力就是洛伦兹力，其大小等于磁感强度垂直于带电粒子速度方向的分量、带电粒子速度与带电粒子的电荷量三者的乘积。平行的磁感强度不产生洛伦兹力。其公式是：f =q ·v ·B ·sin α，其中α就是磁感强度与带电粒子速度方向的夹角。

②洛伦兹力的方向：洛伦兹力的方向可以用左手定则来确定：伸开左手，

使拇指跟其余四指垂直，并且都跟手

掌在同一个平面内，让磁感线穿入手

心，并使四指指向正电荷运动方向或

负电荷运动反方向，大拇指所指的方

向就是带电粒子所受洛伦兹力的方

向。（如右图）

③带电粒子在匀强磁场中的运动：

①带电粒子平行于磁场方向运动：由

于带电粒子平行于磁场方向运动，所以该粒子不受洛伦兹力（或者说是安培力）影响，继续匀速直线运动。②带电粒子垂直于磁场方向运动：由于垂直于磁场方向运动会受到一个垂直于带电粒子速度方向的洛伦兹力，此时带电粒子的运动轨迹是一个圆，洛伦兹力提（如下图），所以有

R v m qvB 2=

的质荷比与其所处磁感强度倒数的2π

④洛伦兹力公式的推导：洛伦兹力相当于安培力对微观状态的电流的作用，然而微观状态的电流就是n 个单位体积内电荷量为q 的自由电子以v 为平均速度通过横截面积为S ，单个自由电子所受到的安培力就等于洛伦兹力。所以f l S n f N B l I F ???=?=??=θsin ，其中N 是一段导体自由电子的个数。因为q S v n I ???=，所以代入化简得：θsin qvB f =。

⑤洛伦兹力公式的应用：

①霍耳效应：将金属管道放置与一个匀强磁场内，管道内通过导电液体，由于受到磁场对导电液体中阴阳离子的洛伦兹力的作用，使得管道两侧带上正负电荷，从而形成垂直于磁场方向的电场，这种电场叫霍耳电场，这种效应叫霍耳效应（如下图）。

②质谱仪：

③回旋加速器：

二、电磁感应

①电磁感应：当穿过闭合电路的磁通量发生变化时，闭合电路中就会产生电流，这种现象就是电磁感应现象，产生的电流就是感应电流。

②感应电动势与法拉第电磁感应定律：

①感应电动势：

①感应电动势：由于电磁感应现象产生的电动势就是感应电动势。感应电动势可因导体线圈与磁场是否发生相对运动分为感生电动势和动生电动势。

②产生感应电流的情况：

②法拉第电磁感应定律：

①概念：闭合电路中感应电动势的大小与磁通量的变化率成正比。

②E是感应电动势，φ

?是磁通变化量。若该闭合电

①感生电动势：

②楞次定律：

④动生电动势与右手定则：

①动生电动势：

②动生电动势的方向：

③动生电动势的推导：

三、自感