高中物理复习电磁学辅导

高中物理复习电磁学

本讲内容包括静电场、稳恒电流、磁场、电磁感应、交流电、电磁振荡和电磁波。

一、重要概念和规律

（一）重要概念

静电场

电荷：带正负电的基本粒子，称为电荷，带正电的粒子叫正电荷（表示符号为“＋”），带负电的粒子叫负电荷（表示符号为“﹣”）。也是某些基本粒子(如电子和质子)的属性,它使基本粒子互相吸引或排斥。

电荷是物质的三种"性态"之一:电荷性态、质量性态、能量性态。电荷是物质能量性态与质量性相互作用转化的结果。是物质基本相互作用的主体之一。

1．两种电荷、电量（q）

自然界只存在两种电荷。

用丝绸摩擦过的玻璃棒上带的电荷叫做正电荷，

用毛皮摩擦过的硬橡胶棒上带的电荷叫做负电荷。注意：两种物质摩擦后所带的电荷种类是相对的。

正负电荷的区别：失去电子的物质带正电荷，获得电子的物质带负电荷。

同种电荷和互相排斥，异种电荷互相吸引。

电荷的多少叫电量。用符号Q表示，单位是库(仑)(符号是C)．库仑是一个很大的单位，一个电子的电量e=1.60*10^-19库。

单位时间内通过截面的电量就是电流。

2．元电荷、点电荷、检验电荷

元电荷:元电荷也叫基本电荷,是指一个电子所带的电量e=1.6×10-19C, 是一个电子或一个质子所带的电量。所有电荷的电量都是基本电荷的整数倍。

点电荷:如果在研究的问题中，带电体的形状、大小可以忽略不计，即可将它看作是一个几何点，则这样的带电体就是点电荷。一个实际的带电体能否看作点电荷，不仅和带电

体本身有关，还取决于问题的性质和精度的要求。在研究带电体间的相互作用时，若带电体的尺寸远小于它们之间的距离时，就可把带电体看成点电荷。点电荷是没有大小的带电体，是一种理想模型．实际的带电体(包括电子、质子等)都有一定大小，都不是点电荷．当电荷间距离大到可认为电荷大小、形状不起什么作用时，可把电荷看成点电荷．对非点电荷间的相互作用力，可看成许多点电荷间相互作用力的叠加．静止点电荷对运动点电荷的作用力可用库仑定律计算，但运动点电荷对运动点电荷的作用力一般不能用库仑定律计算．两静止点电荷间的相互作用是通过静电场产生的．

检验电荷:也叫试探电荷是指电量很小的点电荷，当它放入电场后不会影响该电场的性质。检验电荷是描述电场的时候引入的理想电荷。我们知道电荷的周围存在电场，如果为了描述一个已经存在的电场，必须要利用电场的一个基本性质：对放入电场的电荷有力的作用。但是对放入电场的电荷也要产生电场，使原来的电场被破坏。所以为了研究原来的电场，就必须对放入电场有要求，就是这个电荷产生的电场必须对原来的电场没有影响，那么也就要求这个电荷的电荷量要尽可能的小，最理想的情况是这个电荷要有电荷量，以便研究原来的电场，但这个电荷又不能自己产生电场。那么这样的电荷实际上是不存在的。这个电荷我们就称之为理想电荷，或者检验（也就是说是为了检验电场的）电荷。按照这样的要求，当然检验电荷也有正负。

3．电场、电场强度（E）、电场力（F）

电场是物质的一种特殊形态，它存在于电荷的周围空间，电荷间的相互作用通过电场发生。电场的基本特性是它对放入其中的电荷有电场力的作用。电场是电荷及变化磁场周围空间里存在的一种特殊物质。电场这种物质与通常的实物不同，它不是由分子原子所组成，但它是客观存在的。电场具有通常物质所具有的力和能量等客观属性。电场的力的性质表现为：电场对放入其中的电荷有作用力，这种力称为电场力。电场的能的性质表现为：当电荷在电场中移动时，电场力对电荷作功（这说明电场具有能量）。

电场

电场强度是反映电场的力的性质的物理量。电场强度[1]是描述电场的基本物理量，是个矢量。简称场强。电场的基本特征是能使其中的电荷受到作用力，在电场中某观察点的电场强度E，等于置于该点的静止试验电荷q'所受的力F与电量q'的比。试验电荷q'的数值应足够小，不改变它所在处的电场。这样，电场强度就等于每单位正试验电荷所受的力。电场强度的单位应是牛(顿)每库(伦)在国际单位制中，电场强度的单位是伏（特）每米。电场强度的定义是放入电场中某点的电荷所受静电力F跟它的电荷量比值，定义式E=F/ρ，单位N/C

对于真空中静止点电荷q所建立的电场，可以由库仑定律得出

式中r是电荷q至观察点（或q'）的距离;r是由q指向该观察点的单位矢量,它标明了E的

电场线：在电场中画出一系列以正电荷出发到负电荷终止的曲线，使曲线上每一点的切线方向跟该点的场强方向一致。特点：从正电荷出发终止于负电荷；电场线上每一点的切线方向均与该点的电场强度方向一致；电场线的疏密表示电场的强弱

描述电场强度有几种方法。

其一，用公式法定量描述；定义式为E=F/q，适用于任何电场。真空中的点电荷的场强为

E=kq/r2。匀强电场的场强为E=U/d。要注意理解：①场强是电场的一种特性，与检验电荷存在与否无关。②E是矢量。它的方向即电场的方向，规定场强的方向是正电荷在该点受力的方向。③注意区别三个公式的物理意义和适用范围。④几个电场叠加计算合场强时，要按平行四边形法则求其矢量和。

其二，用电场线形象描述：电场线的密（疏）程度表示场强的强（弱）。电场线上某点的切线方向表示该点的场强方向。匀强电场中的电场线是方向相同、距离相等的互相平行的直线。要注意：a.电场线是使电场形象化而假想的线．b.电场线起始于正电行而终止于负电荷。c.电场中任何两条电场线都不相交。电场力是电荷间通过电场相互作用的力。正（负）电荷受力方向与E的方向相同（反）。

4．电势能（B）、电势（U）、电势差（U AB）

电势能是电荷在电场中具有的势能。

理解：①物理意义；电荷在电场中某点的电势能在数值上等于把电荷从这点移到电势能为零处电场力所做的功。②电势能是相对的，这样，电势能就有正负，通常取电荷在无限远处的电势能为零。

③电场力对电荷所做的正（负）功总等于电荷电势能的减少（增加），即W AB=εA-εB。（A点电势高于B点）。④电场力移动电荷做功，只跟电荷的始、末位置有关，跟具体路径无关。

电势是反映电场的能的性质的物理量．描述电势有几种方法。其一，用公式法定量描述：电场中某点的电势定义为U=ε/q。要注意理解：①电势是电场的一种特性，与检验电荷存在与否无关。②电势是标量。③在SI制中的单位：1V=1J／C。④电势是相对的，通常取无限远处（或大地）的电势为零，这样，电势就有正负。⑤几个电场叠加计算合电势时，只需求各个电场在该点产生的电势的代数和。其二，用等势面形象描述：任意两个等势面不能相交。等势面与电力线垂直。不同等势面的电势沿电力线方向逐渐降低。任何相邻两等势面间的电势差相等，场强大（小）的地方等势面间的距离小（大）。在同一等势面上的任何两点间移动电荷时，电场力不做功。在匀强电场中的等势面是一族限电力线垂直的平面。

电势差指电场中两点间的电势的差值，有时又叫做电压。表示为U AB=U A-U B。注意：①电场中两点间的电势差值是绝对的。电场中某点的电势实际上是指该点与无穷远处间的电势差。②电势差有正负，U AB=-U BA。

等势面：电场中电势相等的点构成的面。特点：等势面一定与电场线垂直，即跟场强的方向垂直；沿同一等势面移动电荷，电场力不做功；沿电场线方向，不同等势面的电势逐渐降低；电场线越密，等差等势面越密

带电粒子在电场中运动：1、在电场中加速，规律：做匀变速直线运动；2、在电场中偏转：规律

垂直电场方向：粒子做匀速运动，L=v0t,;

沿电场方向：粒子做初速度为零的匀加速运动，a=qE/m=qU2/md

5．电容（C）

电容器的电容定义为C=Q/U。注意理解：①电容是表征电容器特性的物理量。对于给定的电容器，C一定。②电容器所带电量指每个导体（或极板）所带电量的绝对值。③电容器的电容只眼它的结构（两个导体的大小、形状、相对位置）、介质性质有关，而与它所带的电量q和电势差U无关。

④平行板电容器的电容C=εS/4πkd，表示C与介电常数ε成正比，跟正对面积S成正比，跟极板间的距离d成反比。⑤电容器的额定电压应低于击穿电压。

验电器：原理同种电荷互相排斥；作用：检验物体是否带电。

稳恒电流

6．电流强度（I）

电流强度是表示电流强弱的物理量。定义为I=q/t，要注意理解：①电流的形成：电荷的定向移动。②导体中存在持续电流的条件：一是要有可移动的电荷；二是保持导体两端的电势差（如电源）。③电流的方向：规定正电荷的移动方向为电流方向。在外（内）电路电流从电源的正（负）极流向负（正）极。④导体中自由电子定向移动速率并不快，电流的传导速率即电场的传播速率等于光速。

电流：1、形成电荷的定向移动；2、方向：正电荷定向移动的方向；3、大小单位时间内通过导体横截面电荷的多少，I=Q/t 4\单位国际单位安（A），毫安（mA）和微安（μA） 5\测量电流表与用电器串联让电流“正进负出”，不能直接接在电源的两极上 6\ 规律在串联电路中电流处处相等，即I=I1=I2=..I n

在并联电路中，干路电流等于支路电流的和，即I=I1+I2+I3+…I n

7．电阻（R）、电阻率（ρ）、超导体

电阻是表示导体对电流的阻碍作用的物理量，定义为R=U/I，其单位根据欧姆定律规定是欧姆，即1欧=1伏／安。电阻是导体的一种特性。电阻率是反映材料导电性好坏的物理量，根据电阻定律定义为ρ=RS/l，单位是欧姆“Ω·m”，各种材料的电阻率都随温度而变化，金属的电阻率随温度的升高（降低）而增大（减小）。当温度降低到绝对零度附近时某些金属、合金和化合物的电阻率会突然减小为零，此谓超导现象。处于这种状态的导体叫做超导体。超导体的电阻为零。

容易导电的物体叫导体，如金属，大地

不容易导电的物体叫绝缘体，如塑料，陶瓷

8．电功（W）电热（Q）、电功率（P）

电功是描述电路中电能转化为其它形式的能的物理量。可表示为W=UIt。在纯电阻电路中，

W=UIt=I2Rt=U2t/R。电功的实用单位 1干瓦小时（度）=3.6×106焦。电热指电流通过导体产生的热量。在纯电阻电路里，W=Q，即电能全部转化为内能。在非纯电阻（如含电动机、电解槽等用电器）电路里，w＞Q；电功率是描述电流做功快慢的物理量，可表示为P=W/t=UI。在纯电阻电路中，P＝

UI=I2R=U2/R。

9．电源、电动势（ε）、路端电压（U）

电源是把其他形式的能转化为电能的装置。对于给定的电源，电动势、内电阻和允许通过的最大电流一定。电动势是表征电源特性的物g量之一。要注意理解：①S是由电源本身所决定的，跟外电路的情况无关。②ε的物理意义；电动势在数值上等于路中通过1库仑电量时电源所提供的电能。

③注意区别电动势和电压的概念。电动势是描述其他形式的能转化成电能的物理量，是反映非静电力做功的特性。电压是描述电能转化为其他形式的能的物理量，是反映电场力做功的特性。路端电压是外电路两端的电压。可表示为：U=ε-U'（U'= Ir）。要明确：①U随I的变化规律。当I增大时，U 减小；当I=0时，U=ε。②U随R的变化规律：当R增大（减小）时，U随着增大（减小）当R→∞（断路）时，U=ε（据此原理可用伏特计直接测ε）。当R→0（短路）时，U→0，此时有I＝

ε/r，电流很大。

电路连接方式：串联：逐个顺次连接，用电器同时工作，举例节日小彩灯

并联：并列连接，用电器独立工作举例家庭电路

磁场

10．磁性、磁体、磁极、磁化

磁性指物体能吸引铁、钴、镍等物质的性质。具有磁性的物体叫磁体。磁体上最强的部分叫磁极，指南（北）的磁极叫南（北）极，用S(N)表示。磁化指使原来没有磁性的物体得到磁性的过程。

11．磁场、磁感强度（B）

磁场是一种特殊形态的物质，它存在于磁体周围的空间，磁体间的相互作用通过磁场发生。磁场的基本特性是它对放入其中的电流（或磁极）有磁场力的作用。磁感强度是反映磁场的力的性质的物理量。描述磁感强度有几种方法。其一，用公式定量描述。定义式为B=F/Il。要注意理解：①B 是磁场的一种特性，与磁场力F、电流强度I、导线长度l无关。B不是电流I所产生的磁场。②B是矢量。它的方向即围场的方向，规定B的方向是磁针N极在该点受力的方向。③在SI制中，B的单位为（T）特斯拉。其二，用磁感线描述：磁感线的密（疏）程度表示磁场的强弱。磁感线上某点的切线方向表示该点的磁场方向．匀强磁场中的磁感线是方向相同的距离相等的互相平行的直线；直线电流磁场的磁力线是以导线上各点为圆心的在限导线垂直的平面上的同心圆，通电螺线管磁场的磁力

线与条形磁铁相似。要注意：a.磁感线是使磁场形象化而假想的线。b.磁感线是闭合曲线，在磁体外（内）部，从N（S）极到S(N)极。③磁场中任何两条磁力线都不相交。

12．磁通量(Φ）

为了研究穿过某一个面上的磁场，定义磁通量Φ=BScosθ要理解：①适用于匀强磁场。②物理意义：穿过磁场中某个面的磁感线条线。③θ为所研究的平面的法线与B的夹角。④磁通量有正负。⑤在SI制中的单位为韦伯（Wb），⑤由B=Φ/S，常称磁通密度。

电磁感应

13．电磁感应、感应电动势（ε）、感应电流（I）

电磁感应是指利用磁场产生电流的现象。所产生的电动势叫感应电动势。所产生的电流叫感应电流。要注意理解；①产生感应电动势的那部分导体相当于电源。②产生感应电动势与电路是否闭合无关，而产生感应电流必需闭合电路。③产生感应电流的两种叙述是等效的，即闭合电路的一部分导体作切割磁力线运动与穿过闭合电路中的磁通量发生变化等效。

14．自感现象、自感电动势、自感系数（L）

自感现象是指由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象。饰产生的感应电动势叫自感电动势。自感系数简称自感或电感，它是反映线圈特性的物理量。线图越长，单位长度上的匝数越多，截面积越大，它的自感系数越大。另外，有铁心的线囵的自感系数比没有铁心时要大得多。

交流电

15．交流电、表征交流电的物理量

交流电是指电流强度和方向都随时间作周期性变化的电流。交流电有单相和三相之分。中学所研究的是正弦交流电. 最大值交流电的最大值是交流电在一周期内所能达到的最大值．有效值交流电的有效值是根据电流热效应规定的，即如果在相同时间内交流电和直流电通过相同的电阻所产生的

热量相等，则把这直流电的数值叫做这交流电的有效值。有效值=最大值/。注意：①该关系式适

用于按正弦现律变化的交流电。②电气设备上所标的额定电压和额定充流以及电表测量的数值一般指有效值。③我国的交流电，照明电路电压为220伏，动力电路电压为380伏。周期(T)和频率(f)都是表征交流电变化快慢的物理量.其关系为:T=1/f。我国的交流电的周期为0.02S，频率是50Hz，电流方向每秒改变100次。

电磁振荡

16．振荡电流、电磁振荡

振荡电流指大小和方向都作周期性变化的电流。通常由自感线圈和电容器组成的振荡电路（称LC回路）产生。电磁振荡是一种物理现象；在振荡电路里产生振荡的过程中，电容器极板上的电荷、回路中的电流以及与它们相联系的磁场和电场都在作周期性变化。电磁有无阻尼振荡（等幅振荡）和阻尼振荡（减幅振荡）之分。电磁振荡的过程可与简谐振动相类比。

变压器构造由一个闭合铁心和绕在铁心上的两个线圈组成

工作原理原线圈加一交变电压U1，在原线圈中就有交变电流产生，在铁心中形成变化的磁通量，因而使副线圈中产生交变电动势。

电磁波

17．电磁场、电磁波

电磁场是指由变化的电场和磁场组成的不可分离的统一的场。电磁场由近及远地传播形成电磁波。要注意理解：①没有静止的电磁场。②电磁波是横波，它的传播方向、电场方民＿磁场方向互相会直。③传播电磁波不需要介质。