《物理高二思维导图》
一、静电场
1.1 电荷与库仑定律
- 1.1.1 电荷守恒定律
- 内容：电荷既不能创造，也不能消灭，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，在转移过程中，电荷的总量保持不变。
- 理解：电荷的转移和电荷的感应现象。
- 1.1.2 库仑定律
- 内容：真空中两个静止的点电荷之间的相互作用力，与它们的电荷量的乘积成正比，与它们之间的距离的二次方成反比，作用力的方向沿它们的连线。
- 公式：F = k |q1 q2| / r^2
- 适用条件：真空中静止的点电荷。
- k：静电力常量，k ≈ 9.0 × 10^9 N·m^2/C^2
- 1.1.3 电荷量量子化
- 元电荷：e = 1.60 × 10^-19 C
1.2 电场强度
- 1.2.1 电场
- 概念：电荷周围存在的一种特殊物质，它能对放入其中的电荷产生力的作用。
- 电场的性质：对放入其中的电荷有力的作用。
- 1.2.2 电场强度
- 定义：放入电场中某点的电荷所受的电场力与它的电荷量的比值。
- 公式：E = F / q
- 单位：N/C 或 V/m
- 矢量性：电场强度是矢量，方向与正电荷在该点所受电场力方向相同，与负电荷在该点所受电场力方向相反。
- 1.2.3 点电荷的电场强度
- 公式：E = k * Q / r^2
- 1.2.4 电场线的描述
- 特点：
- 电场线起源于正电荷（或无穷远），终止于负电荷（或无穷远）。
- 电场线互不相交。
- 电场线的疏密程度表示电场强度的大小。
- 电场线上某点的切线方向表示该点的电场强度方向。
- 特点：
1.3 电势能与电势
- 1.3.1 电场力做功
- 特点：电场力做功与路径无关，只与初末位置的电势差有关。
- 1.3.2 电势能
- 定义：电荷在电场中具有的势能，与电荷所处的位置有关。
- 电场力做正功，电势能减小；电场力做负功，电势能增加。
- 1.3.3 电势
- 定义：电荷在电场中某点的电势能与它的电荷量的比值。
- 公式：φ = Ep / q
- 单位：V (伏特)
- 标量性：电势是标量。
- 1.3.4 等势面
- 定义：电场中电势相等的点组成的面。
- 特点：
- 等势面与电场线垂直。
- 在等势面上移动电荷，电场力不做功。
- 电场线总是从电势高的等势面指向电势低的等势面。
1.4 电容
- 1.4.1 电容
- 定义：表示电容器容纳电荷本领的物理量。
- 公式：C = Q / U
- 单位：F (法拉)
- 1.4.2 平行板电容器
- 决定式：C = εS / (4πkd) (推导式，ε是介电常数，S是正对面积，d是板间距离)
- 电容器的充放电过程。
二、恒定电流
2.1 电流
- 2.1.1 电流的形成
- 形成条件：存在自由电荷和电压。
- 2.1.2 电流强度
- 定义：通过导体横截面的电荷量与通过这些电荷量所用时间的比值。
- 公式：I = Q / t
- 单位：A (安培)
- 电流方向：正电荷定向移动的方向。
2.2 欧姆定律
- 2.2.1 电阻
- 定义：表示导体对电流阻碍作用大小的物理量。
- 公式：R = U / I
- 单位：Ω (欧姆)
- 决定式：R = ρL / S （ρ是电阻率， L是导线长度，S是导线横截面积）
- 2.2.2 欧姆定律
- 内容：导体中的电流与导体两端的电压成正比，与导体的电阻成反比。
- 公式：I = U / R
- 2.2.3 电阻的串联和并联
- 串联：R总 = R1 + R2 + ... + Rn
- 并联：1/R总 = 1/R1 + 1/R2 + ... + 1/Rn
2.3 电功与电功率
- 2.3.1 电功
- 定义：电流所做的功。
- 公式：W = UIt = I^2Rt = (U^2/R)t
- 2.3.2 电功率
- 定义：电流做功的快慢。
- 公式：P = UI = I^2R = U^2/R
- 单位：W (瓦特)
- 2.3.3 焦耳定律
- 内容：电流通过导体产生的热量，与电流的平方成正比，与导体的电阻成正比，与通电时间成正比。
- 公式：Q = I^2Rt
2.4 电源
- 2.4.1 电源的电动势
- 定义：电源把其他形式的能转化为电能的本领的物理量。
- 公式：E = W / q (非静电力做功与电荷量的比值)
- 单位：V (伏特)
- 2.4.2 路端电压
- 公式：U = E - Ir （r是内阻）
- 2.4.3 闭合电路欧姆定律
- 内容：闭合电路中的电流与电源的电动势成正比，与整个电路的总电阻成反比。
- 公式：I = E / (R + r)
三、磁场
3.1 磁现象和磁场
- 3.1.1 磁体和磁极
- 磁体：能够吸引铁、钴、镍等物质的物体。
- 磁极：磁体上磁性最强的部分。
- 磁极规律：同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。
- 3.1.2 磁场
- 定义：磁体周围存在的一种特殊物质，它能对放入其中的磁体或运动电荷产生力的作用。
- 磁场的性质：对放入其中的磁体或运动电荷有力的作用。
- 3.1.3 磁感应强度
- 定义：描述磁场强弱和方向的物理量。
- 公式：B = F / (ILsinθ) （θ是电流方向与磁场方向夹角） 或者 F = BIl (当B与I垂直时)
- 单位：T (特斯拉)
- 矢量性：磁感应强度是矢量，方向规定：小磁针静止时N极的指向，或用右手螺旋定则判断。
- 3.1.4 磁感线
- 特点：
- 磁感线是闭合曲线。
- 磁感线在磁体外部从N极出发，回到S极。
- 磁感线的疏密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。
- 特点：
3.2 磁场对电流的作用
- 3.2.1 安培力
- 定义：磁场对通电导线的作用力。
- 公式：F = BIlsinθ （θ是电流方向与磁场方向夹角） 或者 F = BIl (当B与I垂直时)
- 方向：用左手定则判断。
- 3.2.2 电动机的原理
- 利用通电导体在磁场中受力的原理。
3.3 磁场对运动电荷的作用
- 3.3.1 洛伦兹力
- 定义：磁场对运动电荷的作用力。
- 公式：F = qvBsinθ （θ是速度方向与磁场方向夹角） 或者 F = qvB (当v与B垂直时)
- 方向：用左手定则判断。
- 3.3.2 运动电荷在匀强磁场中的运动
- 匀速圆周运动：当速度方向与磁场方向垂直时。
- 半径：r = mv / (qB)
- 周期：T = 2πm / (qB)
- 匀速圆周运动：当速度方向与磁场方向垂直时。
四、电磁感应
4.1 电磁感应现象
- 4.1.1 电磁感应
- 定义：闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，导体中产生感应电流的现象。
- 4.1.2 产生感应电流的条件
- 电路是闭合电路。
- 电路的一部分导体做切割磁感线运动。
- 磁通量发生变化。
4.2 法拉第电磁感应定律
- 4.2.1 感应电动势
- 定义：产生感应电流的电路中的电压。
- 公式：E = n ΔΦ / Δt (n是线圈匝数)
- 楞次定律：感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化。 或者表述为: 增反减同
- 4.2.2 感应电流的方向
- 用楞次定律或右手定则判断。
- 4.2.3 动生电动势
- 公式：E = Blvsinθ (θ是速度方向与磁场方向夹角) 或者 E = Blv (当v与B垂直时)
4.3 自感现象
- 4.3.1 自感
- 定义：由于导体自身电流变化而产生的电磁感应现象。
- 4.3.2 自感电动势
- 公式：E = L ΔI / Δt （L是自感系数）
- 4.3.3 自感系数
- 定义：描述线圈自感能力大小的物理量。
- 单位：H (亨利)
4.4 交流电
- 4.4.1 交流电的产生
- 原理：线圈在匀强磁场中匀速转动。
- 4.4.2 交流电的描述
- 瞬时值：随时间变化的电流或电压的值。
- 峰值：交流电的最大值。
- 有效值：与直流电有相同热效应的交流电的电流值。 U = Um/√2 , I = Im/√2
- 周期：交流电完成一次周期性变化所用的时间。
- 频率：交流电在单位时间内完成周期性变化的次数。 f = 1/T
- 4.4.3 变压器
- 原理：电磁感应。
- 电压关系：U1/U2 = n1/n2
- 电流关系：I1/I2 = n2/n1
- 功率关系：P1 = P2 （理想变压器）
五、能量守恒定律
- 5.1 机械能守恒
- 只受重力或弹力作用下，系统的机械能保持不变。
- 5.2 电磁学中的能量转化
- 电能可以转化为其他形式的能量，其他形式的能量也可以转化为电能。
- 5.3 能量守恒定律
- 能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。