电场 磁场 知识点归纳

静电和静电场

(一)电荷、电荷守恒定律

1、电荷 (1)两种电荷：自然界存在两种电荷，正电荷和负电荷。

(2)电荷量：电荷量指物体所带电荷的多少，单位是库仑，简称库，符号C。

(3)元电荷：电子所带电荷量e=1.60×10－19c，所以带电体的电荷量等于e或是e的整数倍，因此e称元电荷。

2、电荷守恒定律：电荷既不能创造，也不能被消灭，它只能从一个物体转移到另一个物体，或者从物体的一部分转移到另一部分，在转移的过程中，电荷总量不变。

(二)库仑定律

(1)内容：真空中两个点电荷间的作用力跟它们所带电量的乘积成正比，跟它们距离的平方成反比，作用力的方向在两点电荷的连线上。

(2)公式：，式中K=9×109N·m2/c2叫静电常数。

(3)适用条件：①真空；②点电荷。

(三)电场、电场强度

1、电场 (1)电场：带电体周围存在一种物质，是电荷间相互作用的媒体。

(2)电场的最基本性质是对放入其中的电荷有力的作用。

2、电场强度

(1)定义：放于电场中某点的电荷所受电场力与此电荷的电荷量的比值，叫电场强度，用E表示。

(2)定义式：。单位：N/c或V/m 方向：矢量，其方向为正电荷在电场中的受力方向

(3)电场强度只与电场有关，与电场中是否有试探电荷无关，与试探电荷的电量无关。

(4)点电荷场强的计算式：

(四)电场线及其性质 1、电场线：在电场中画出一系列从正电荷或无穷远处出发到负电荷或无穷远处终止的曲线，曲线上每一点的切线方向都跟该点的场强方向一致，此曲线叫电场线。

2、电场线的特点：

(1)电场线是起源于正电荷或无穷远处，终止于负电荷或无穷远处的有源线。

(2)电场线不闭合，不相交相切，不间断的曲线。

(3)电场线的疏密反映电场的强弱，电场线密的地方场强大，电场线稀的地方场强小。

(4)电场线不表示电荷在电场中的运动轨迹，也不是客观存在的曲线，而是人们为了形象直观的描述电场而假想的曲线。

(5)在满足下列三个条件的情况下，电荷才可以沿电场线运动。

①电场线是直线。②电荷初速度方向和电场线在同一直线上。③电荷不受其它力。

(6)几种典型的电场线分布。

①孤立正负点电荷

②等量异种电荷

③等量同种电荷

④匀强电场

(五)匀强电场：在电场的某一区域内，如果各点的场强大小和方向都相同，这个区域的电场叫匀强电场，匀强电场的电场线是互相平行且等距的直线。

电势能与电势差

（一）电势能

1、定义：因电场对电荷有作用力而产生的由电荷相对位置决定的能量叫电势能。

2、电势能具有相对性，通常取无穷远处或大地为电势能的零点。

3、电势能大小：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4、电场力做功是电势能变化的量度：电场力对电荷做正功，电荷的电势能减少；电荷克服电场力做功，电荷的电势能增加；电场力做功的多少和电势能的变化数值相等，这是判断电荷电势能如何变化的最有效方法。

（二）电势

1、定义：电场中某点的电势，等于单位正电荷由该点移动到参考点（零电势点）时电场力所做的功。电势用字母φ表示。

2、表达式：单位：伏特（V），且有1V=1J/C。

3、意义：电场中某一点的电势在数值等于单位电荷在那一点所具有的电势能。

4、相对性：电势是相对的，只有选择零电势的位置才能确定电势的值，通常取无限远或地球的电势为零。

5、标量：只有大小，没有方向，但有正、负之分，这里正负只表示比零电势高还是低。

6、高低判断：顺着电场线方向电势越来越低。

（三）等势面：电场中电势相等的点构成的面。

1、意义：等势面来表示电势的高低。

2、典型电场的等势面：ⅰ匀强电场；ⅱ点电荷电场；ⅲ等量的异种点电荷电场；ⅳ等量的同种点电荷电场。

3、等势面的特点：ⅰ同一等势面上的任意两点间移动电荷电场力不做功；ⅱ等势面一定跟电场线垂直； 注意：电场线总是从电势较高的等势面指向电势较低的等势面。

（四）电势差

1、电势差：电荷q在电场中由一点A移动到另一点B时，电场力所做的功WAB与电荷量的q的比值。

UAB = 注意：电势差这个物理量与场中的试探电荷无关，它是一个只属于电场的量。电势差是从能量角度表征电场的一个重要物理量。

电势差也等于电场中两点电势之差

①

②电势差由电场的性质决定，与零电势点选择无关。

2、电场力做功：在电场中AB两点间移动电荷时，电场力做功等于电量与两点间电势差的乘积。 WAB = q·UAB

注意：①该式适用于一切电场；②电场力做功与路径无关

③利用上述结论计算时，均用绝对值代入，而功的正负，借助于力与移动方向间关系确定。

（五）电势差与电场强度关系

1、电场方向是指向电势降低最快的方向。在匀强电场中，电势降低是均匀的。

2、匀强电场中，沿场强方向上的两点间的电势差等于场强和这两点间距离的乘积。U=E·d

在匀强电场中，场强在数值上等于沿场强方向每单位距离上降低的电势。

注意：①两式只适用于匀强电场。②d是沿场方向上的距离。

3、电场线和等势面

要牢记以下几种常见的电场的电场线和等势面：

电场线一定跟等势面垂直，并且由电势高的等势面指向电势低的等势面。

注意电场线、等势面的特点和电场线与等势面间的关系：

①电场线的方向为该点的场强方向，电场线的疏密表示场强的大小。

②电场线互不相交，等势面也互不相交。③电场线和等势面在相交处互相垂直。

④电场线的方向是电势降低的方向，而且是降低最快的方向。

⑤电场线密的地方等差等势面密；等差等势面密的地方电场线也密。

（一）电容器

1、电容器——容纳电荷的容器

（1）基本结构：由两块彼此绝缘、相互靠近的导体构成.

（2）带电特点：两极板电荷等量异号，分布在两板相对的内测.

（3）板间电场：板间形成匀强电场，场强大小E=，方向始终垂直板面.

2、电容器的充放电过程

（1）充电过程

特点：

①有电流，电流方向为流入电容器正极板，电流强度由大到小；②电容所带电量增加； ③电容器两极板间电压升高；④电容器中场强增强.

当电容器充电结束后，电容器所在电路中无电流，电容器两极板间电压等于充电电压，叫电容器的电压，其中一个极板上的电量叫电容器的电量.

（2）放电过程

特点：

①有电流，电流方向是从正极板流出，电流强度是由大变小； ②电容器上电量减少.

③电容器两极板间电压降低； ④电容器中电场强度减弱.

放电过程实际是正、负电荷中和的过程.

3、电容

（1）定义：电容器所带电量Q与两极板间电势差U的比值，叫做电容器的电容.即C=.

（2）意义：电容是描述电容器容纳电荷本领大小的物理量，其大小是由电容自身决定，取决于两导体的形状，相对位置及两导体间的电介质这三个因素.

（3）单位：电容器的单位：法拉，简称法，用F表示. 1F=1C/V.

常用的还有两个较小的单位：微法(μF)和皮法(PF)，它们间的换算关系为：1法(F)=106微法(μF)=1012皮法(PF)

4、平行板电容器的电容

定义：两个互相平行又彼此靠近的金属板构成平行板电容器.其电容的决定式为 C=

其中，ε为极板间介质的介电常量，S为极板正对面积，K为静电力常量，d为两极板间的距离.

5、常用电容器：从构造上看，可分为固定电容器和可变电容器两类．

固定电容器的电容是固定不变的；可变电容器一般是通过改变两极的正对面积来改变电容．当然也可以通过改变两极间的距离、或者改变电容器所充的电介质来改变电容．

6、电容器的额定电压和击穿电压：击穿电压是电容器的极限电压，超过这个电压，电容器内的介质将被击穿．额定电压是电容器长期工作时所能承受的电压，它比击穿电压要低．电容器在不高于额定电压下工作都是安全可靠的，不要误认为电容器只有在额定电压下工作才是正常的．

恒定电流 1、电流 电流的定义式：，适用于任何电荷的定向移动形成的电流。

对于金属导体有I=nqvS（n为单位体积内的自由电子个数，S为导线的横截面积，v为自由电子的定向移动速率，约10-5m/s，远小于电子热运动的平均速率105m/s，更小于电场的传播速率3×108m/s），这个公式只适用于金属导体，千万不要到处套用。

注意：在电解液导电时，是正负离子向相反方向定向移动形成电流，在用公式I＝q／t计算电流强度时应引起注意。

2、电阻定律

导体的电阻R跟它的长度l成正比，跟它的横截面积S成反比。

（1）ρ是反映材料导电性能的物理量，叫材料的电阻率（反映该材料的性质，不是每根具体的导线的性质）。单位是Ω·m。

（2）纯金属的电阻率小，合金的电阻率大。

（3）材料的电阻率与温度有关系：

①金属的电阻率随温度的升高而增大（可以理解为温度升高时金属原子热运动加剧，对自由电子的定向移动的阻碍增大。）铂较明显，可用于做温度计；锰铜、镍铜的电阻率几乎不随温度而变，可用于做标准电阻。

②半导体的电阻率随温度的升高而减小（可以理解为半导体靠自由电子和空穴导电，温度升高时半导体中的自由电子和空穴的数量增大，导电能力提高）。

③有些物质当温度接近0K时，电阻率突然减小到零——这种现象叫超导现象。能够发生超导现象的物体叫超导体。材料由正常状态转变为超导状态的温度叫超导材料的转变温度TC。我国科学家在1989年把TC提高到130K。现在科学家们正努力做到室温超导。

注意：公式R＝是电阻的定义式，而R=ρ是电阻的决定式R与U成正比或R与I成反比的说法是错误的，导体的电阻大小由长度、截面积及材料决定，一旦导体给定，即使它两端的电压U＝0，它的电阻仍然照旧存在。

3、欧姆定律

（适用于金属导体和电解液，不适用于气体导电）。 电阻的伏安特性曲线：注意I-U曲线和U-I曲线的区别。还要注意：当考虑到电阻率随温度的变化时，电阻的伏安特性曲线不再是过原点的直线。

4、电功和电热

电功就是电场力做的功，因此是W=UIt；由焦耳定律，电热Q=I2Rt。其微观解释是：电流通过金属导体时，自由电子在加速运动过程中频繁与正离子相碰，使离子的热运动加剧，而电子速率减小，可以认为自由电子只以某一速率定向移动，电能没有转化为电子的动能，只转化为内能。

（1）对纯电阻而言，电功等于电热：W=Q=UIt=I2Rt=

（2）对非纯电阻电路（如电动机和电解槽），由于电能除了转化为电热以外还同时转化为机械能或化学能等其它能，所以电功必然大于电热：W>Q，这时电功只能用W=UIt计算，电热只能用Q=I2Rt计算，两式不能通用。

为了更清楚地看出各概念之间区别与联系，列表如下：

注意：1、电功和电热的区别：

（1）纯电阻用电器：电流通过用电器以发热为目的，例如电炉、电熨斗、电饭锅、电烙铁、白炽灯泡等。

（2）非纯电阻用电器：电流通过用电器是以转化为热能以外的形式的能为目的，发热不是目的，而是不可避免的热能损失，例如电动机、电解槽、给蓄电池充电、日光灯等。