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《物理》三色速记手册
第二章 电磁学
【考点1】静电场
一、电荷及其守恒定律
（一）电荷
（1）自然界只存在两种电荷：正电荷和负电荷。同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。
（2）电荷守恒定律：
电荷既不能创造，也不能凭空消失，只能从一个物体转移到另一个物体；或从物体的一部
分转移到另一部分，在转移的过程中，电荷的总量保持不变。
（3）元电荷（基本电荷）
一个电子所带的基本电荷，叫做元电荷，表示为：e=1.60×10-19 C。实验指出、所有带电
体的电荷量或者等于电荷量e，或者是电荷量e的整数倍。电荷量e的数值最早由美国科学
家密立根用实验测得的。
（4）比荷
带电粒子的电荷量和质量的比值 。电子的比荷为
（二）三种起电方式
摩擦起电：两个不同的物体相互摩擦，失去电子的带正电，得到电子的带负电。
感应起电：导体接近（不接触）带电体，使导体靠近带电体一端带上与带电体相异的电荷，
而另一端带上与带电体相同的电荷。
接触起电：不带电物体接触另一个带电物体，使带电体上的电荷转移到不带电的物体上。完
全相同的两只带电金属小球接触时电荷遵从电荷量分配规律：两球带异种电荷的先中和后平
均分配，两球带同种电荷的平分原来所带的电荷量的总和。
二、库仑定律
真空中两个静止点电荷之间相互作用的力，跟它们的电荷量的乘积成正比，跟它们的距离的
平方成反比，作用力的方向在它们的连线上，即：
其中k为静电力常量，
成立条件：
①真空中（空气中也近似成立）；
②静止点电荷，即带电体的形状和大小对相互作用力的影响可以忽略不计。
三、电场
（一）电场强度
放入电场中某一点的电荷所受的电场力F跟它的电荷量q的比值叫做该点的电场强度。点电
荷周围的场强公式为
其中Q是产生该电场的电荷。
匀强电场的场强公式为
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其中d是沿电场线方向上的距离。
（二）电场线
在电场中画出一条条有方向的曲线，使曲线上每一点的切线方向都跟该点的电场强度方向
一致，这样的曲线叫作电场线。
电场线具有以下特点：
①电场线从正电荷或无限远出发，终止于无限远或负电荷。
②同一电场的电场线在电场中不相交，这是因为在电场中任意一点的电场强度不可能有两个
方向。
③电场线是假想的。
④电场线上每一点的切线方向和该点电场强度的方向一致。电场线的疏密反映电场的强弱，
电场线密集的地方场强强，稀疏的地方场强弱。
⑤电场线与电势的关系：电场线的方向是电势降低最快的方向。
（五）高斯定理
通过任意封闭曲面的电场强度通量只决定于被包围在封闭曲面内部的电荷，且等于包围在封
闭曲面内电荷量的代数和除以 与封闭曲面外的电荷无关。这就是高斯定理，
高斯定理是静电场的一个重要定理，它反映了静电场是有源场这一特性。
用高斯定理求静电场分布的一般步骤：①对称性分析；②选择合适的高斯面；③用高斯定理
计算。
（六）静电场的环路定理
静电场的电场强度E沿任一闭合路径的线积分等于零，即环流等于零，表示为
这是反映静电场基本特性的一个重要规律，称为静电场的环路定理。
五、电势能、电势和电势差
1.电势能
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Ep。
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。
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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办法。
2.电势
电荷在电场中某点的电势能与它的电荷量之比，叫作电场在这一点的电势。用中表示电势，
则
电势是相对的，只有选择零电势的位置后才能确定电势的值，通常取无限远或地球的电势为
零。
电势只有大小，没有方向，是个标量。电势有正、负之分，这里的正、负只表示比零电势
高还是低。在任何静电场中，沿着电场线方向电势都是逐渐降低的。
3.电势差
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。电势差由电场的性质决定，与零电势点选择无关。
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。
4.电势差与电场强度的关系
如图所示，匀强电场的电场强度为E,电荷q从A点移动到B 点，则A、B两点的电势差为
UAB=Ed
即匀强电场中两点间的电势差等于电场强度与这两点沿电场方向的距离的乘积。
电场强度与电势差的关系也可以表示为
六、电容器
1.电容器是由两片接近并相互绝缘的导体制成的电极组成的储存电荷和电能的器件。充电和
放电是电容器的基本功能。使电容器带电（储存电荷和电能）的过程称为充电。这时电容器
的两个极板总是一个极板带正电，另一个极板带等量的负电。
2.电容器所带电荷量与电容器两极板间的电势差的比值叫电容。用C表示电容，则有C=Q/U。
电容器的带电量指一个极板所带电荷量的绝对值。C的大小只取决于电容器本身。
在国际单位制里，电容的单位是法拉，简称法，符号是F。
3.平行板电容器
两个彼此靠得很近的平行极板组成，电容C与平行板的正对面积S、介质的介电常数ε、极
板间的距离d之间的关系为：
电容器储能的表达式为：
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【考点2】恒定电流
一、电源
通过非静电力做功将其他形式的能转化为电能的装置称为电源。
非静电力在电源中所起的作用：把正电荷由负极搬运到正极，同时在该过程中非静电力做功，
将其他形式的能转化为电势能。
二、电流
（1）定义：单位时间内通过导体横截面的电荷量，叫电流。电流单位是安培，简称“安”，
符号“A”。常用的单位有毫安（mA）、微安（μA），1A=103mA=106μA。
（2）电流产生的条件：导体中存在自由电荷，导体两端保持有电压差。
电流可分为直流电和交流电两种。方向不随时间而改变的电流叫作直流电。大小和方向都不
随时间而改变的电流叫作恒定电流；方向和大小都随时间做周期变化的电流叫作交流电。
（3）电流的宏观表达式：
其中q为时间t通过导体横截面的电荷量。
微观表达式：
其中n为单位面积内的自由电子数，S为导线的横截面积，v为自由电子的定向移动速率。
（4）电流的方向：
与正电荷定向移动的方向相同，与负电荷定向移动的方向相反，是标量。
三、导体的电阻
1.电阻
（1）定义导体两端电压与通过导体电流的比值，叫做这段导体的电阻。
（2）公式： （定义式）。
对于给定导体，R一定，R只跟导体本身的性质有关。
（3）单位：欧姆，符号Ω，且1Ω=1V/A。
2.电阻定律
导体电阻R跟它的长度l成正比，跟横截面积S成反比，即
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）。
四、串联电路与并联电路
1.串联电路
（1）把几个导体首尾顺次接入电路，这样的连接方式叫做串联。
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（2）串联电路的电流处处相等，串联电路的总电压等于各分电压之和，总电阻等于各分电
阻之和，即
2.并联电路
（1）把几个导体一端连在一起，另一端也连在一起，然后接入电路的连接方式为并联。
（2）并联电路的总电流等于各支路电流之和，各支路电压都相等，总电阻的倒数等于各支
路电阻倒数之和，即
五、闭合电路的欧姆定律
（一）电动势
非静电力所做的功与所移动的电荷量之比表示电源的特性，叫作电动势，则电动势E的表达
式为E=W/q
电动势由电源中非静电力的特性决定，跟外电路无关。
（二）欧姆定律
（1）定律内容：导体中电流强度跟它两端电压成正比，跟它的电阻成反比。
（2）公式：
（3）适应范围：一是部分电路，二是金属导体、电解质溶液。
（三）闭合电路的欧姆定律
闭合电路的电流跟电源的电动势成正比，跟内、外电路的电阻之和成反比。公式为：
I表示闭合电路的电流，E表示电动势，R表示外电路总电阻，r表示电池内阻。常用的变形
式有E=I（R+r）；E=U外+U内；U外=E-Ir。
六、电路中的能量转化
1.电功、电功率
电功：电路中电场力对定向移动的电荷所做的功，简称电功，通常也说成是电流的功。
电流做功的过程就是电能转化为其他形式能的过程，在转化过程中能量守恒，即有多少电能
减少，就有多少其他形式的能增加。表达式：W=IUt。
功率：单位时间内电流所做的功。表达式：
P=W/t=UI。电流在一段电路上做功的功率P，和等于电流，跟这段电路两端电压U的乘积。
2.额定功率和实际功率
额定功率：
用电器正常工作时所需电压叫额定电压，在这个电压下消耗的功率称为额定功率。
实际功率：
用电器在实际电压下的功率。实际功率P实=IU，U、I分别为用电器两端实际电压和通过用
电器的实际电流。
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3.焦耳定律
电流通过导体产生的热量，跟电流强度的平方、导体电阻和通电时间成正比。
表达式：Q=I2Rt
对纯电阻电路（只含白炽灯、电炉等电热器的电路）中电流做功完全用于产生热，电能转化
为内能，故电功W等于电热Q；这时W=Q=UIt=I2Rt。
关于非纯电阻电路中的能量转化，电能除了转化为内能外，还转化为机械能、化学能等。这
时W>Q。
即：W=Q+E其他或P=P热+P其他、UI=I2R+P其他。
【考点3】磁场
一、磁场概述
1.磁现象
磁体周围存在的一种特殊的物质叫作磁场。磁体间的相互作用力是通过磁场发生的，磁体间
的相互作用力称为磁场力。同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。
磁场的基本特性：磁场对处于其中的磁体、电流和运动电荷有磁场力的作用。
磁场方向的五种等效表述：①磁场的方向；②小磁针静止时N极所指的方向；③N极的受力
方向；④磁感线某点的切线方向；⑤磁感应强度的方向。
2.磁感线
在磁场中画一系列曲线，使曲线上每一点的切线方向都跟这点磁场的方向一致，这样的曲线
叫作磁感线。
磁感线的特点：①磁感线的切线方向表示磁场方向，其疏密程度表示磁场的强弱。②磁感线
是闭合曲线，在磁体外部，磁感线的方向由N极指向S极；在磁体内部，磁感线的方向由S
极指向N极。③任意两条磁感线不相交。
3.安培定则（右手螺旋定则）
直线电流的方向跟它的磁感线方向之间的关系可以用安培定则来判断：用右手握住导线，让
伸直的拇指所指的方向与电流方向一致，弯曲的四指所指的方向就是磁感线环绕的方向。
对直导线，大拇指指向电流方向；
对环行电流，大拇指指中心轴线上的磁感线方向；
对长直螺线管大拇指指螺线管内部的磁感线方向。
4.地磁场
地球本身是个大磁体，周围存在着磁场，这一磁场叫作地磁场。它的N极位于地理南极附近，
它的S极位于地理北极附近，地磁两极和地理两极不重合。地球表面磁感线的方向和地球的
经线方向偏离的角度称为地磁偏角。
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5.磁感应强度
磁感应强度是表征磁场强弱的物理量。
在磁场中垂直于磁场方向的通电导线，所受的安培力F与电流I和导线长度l的乘积的比值，
叫作磁感应强度，用符号B表示，则
磁感应强度是矢量，它的方向就是该处小磁针静止时N极所指的方向。
在国际单位制中，磁感应强度的单位是特斯拉，简称特，符号是T。
6.磁通量
设在磁感应强度为B的匀强磁场中，有一个与磁场方向垂直的平面，面积为S，我们把B与
S的乘积叫作穿过这个面积的磁通量，简称磁通。用字母φ表示磁通量，则φ=BS
如果面积为S的平面和与磁场B 垂直的平面间的夹角为θ，那么φ=BScosθ。
磁通量的矢量形式为dφ=B·dS。
通过有限曲面S的磁通量为
7.磁场的高斯定理
通过任一闭合曲面的总磁通量总等于零， 这就是恒定磁场的高斯
定理。
磁场的高斯定理与静电场的高斯定理不对称的根本原因是自然界中不存在磁单极子。
8.安培环路定理
在磁场中，沿任何闭合曲线B矢量的线积分，等于真空的磁导率μ0乘以该闭合路径所包围
的电流的代数和，即
这就是安培环路定理。
B的环流只和穿过环路的电流有关，而与未穿过环路的电流无关。
【考点4】电磁感应
一、电磁感应现象
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