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新航道分享:AP物理C电磁学必考知识点

2017/5/5 10:38:50来源:新航道作者:新航道

摘要:1.Charge and Coulomb’s law。2.Electric field and electric potential (including point charges)。3.高斯定律。4.几种电荷分布的电场和电势

  1Electricity and Magnetism电磁学,要占 100%

  A.Electrostatics

  (静电学占 30% )

  1.Charge and Coulomb’s law

  富兰克林是如何冒着生命的危险连接闪电的电荷,得到了正负的概念。库伦定律F = kq1q2/r2,貌似牛顿的万有引力(仍然是平方反比定律,但是把质量换成了电荷数),到目前为止,自然界发现的远距相互作用,都是和距离的平方成反比的,费曼曾经想讨论这里面有什么必然联系?但没有结果)

  2.Electric field and electric potential (including point charges)

  (电场的概念E = F/q,单位正电荷受到的电场力,即为电场强度E的定义,要牢记。电场因为和引力场一样,同样遵守距离的平方反比律,同样也是保守力场,可以有势能的概念U= kq1q2/r(点电荷q2在点电荷q1场中的势能)

  电压的概念,就是单位正电荷在两点之间的电势差,注意单位正电荷从1到2的电势差一般写为V=V1-V2,没有在V之前写Δ是因为Δ一般在物理上表示末态减初态,而电势差不是)

  3.高斯定律

  (电场强度延一个封闭球面积分,等于这个球面包括的电荷总数除以真空介电常数)

  4.几种电荷分布的电场和电势

  AP物理C爱考的是几种对称分布,比如:球形、柱形、平板型,在求积分的时候不仅会用到直角坐标系,也会用到球坐标系和柱坐标系更方便。

  B.Conductors, capacitors, dielectrics

  (导体,电容和绝缘体的概念占14%)

  1.Electrostatics with conductors

  静电中的导体,表面一定是电场等势面,否则就会造成自由电子的流动,直到静电平衡为止

  2.Capacitors(电容器)

  a.Capacitance 电容的概念,储存静电能量Uc = 1/2 *QV =1/ 2 *CV2

  b.Parallel plate 平板电容器:两块平行导体版,面积为A,各带等量电荷Q,正负相反,中间是绝缘体(dielectrics)距离是d,两板之间电势差为V,其电容为C=Q/V=ε0A/d,ε0为真空介电常数

  c.Spherical and cylindrical 球形和柱形的电容器

  3.dielectrics

  绝缘体的概念,其中的电场和电荷分布特点

  C.Electric circuits

  (电路占20% )

  1.Current, resistance, power

  电流强度的概念:I =ΔQ/Δt

  电阻的概念:R=ρL/ A;ρ为电阻率,L为导线长度,A为导线横截面积

  欧姆定律:I=V/R,电功率 P=IV=I2 R

  2.Steady-state direct current circuits with batteries and resistors only

  带电池和电阻的直流电路分析,并联和串联

  3. Capacitors in circuits

  电路中的电容器

  a. Steady state (在直流电路中的电容器,并联与串联,算出等效电容)

  b.Transients in RC circuits (RC电路的瞬间状态,求解其微分方程)

  D.Magnetic Fields

  (磁场占20%)

  1. Forces on moving charges in magnetic fields

  以V运动电荷q在磁场B中的受力,洛伦茨力:F=qV×B

  (注意在本日志中公式中加重写的字母一般都代表矢量)

  2. Forces on current-carrying wires in magnetic fields

  电流线在磁场中的受力:F=IL×B,L为导线长度,其矢量方向取I的方向

  3. Fields of long current-carrying wires

  无限长直流导线I的磁场:B =μ0I/2πr;μ0为真空磁导率,r为距离导线的垂直距离

  4、 Biot–Savart law and Ampere’s law

  毕奥-萨法尔定律和安培定律,求解螺线管或其它对称的电流情况的磁场

  E. Electromagnetism

  (电磁场占16%)

  1. Electromagnetic induction (including Faraday’s law and Lenz’s law)

  法拉第电磁感应定律:线圈中的感生电动势,与穿过线圈的磁通量随时间的变化率成正比:ε=-ΔΦ/Δt,负号的物理意义由楞次定律解释,既:感生电动势产生的磁通变化率,和原来产生感生电动势的磁通变化率要相反,这是能量守恒的要求,和牛顿第三定律的要求是同源的

  2. Inductance (including LR and LC circuits)

  LC和LR电路的感生电磁场

  3. Maxwell’s equations

  麦克斯韦方程组,包络面积分,电场和磁场的区别是有电荷没有磁单极,环路积分,电场和磁场的区别是有电流没有磁荷流,但是变化的电场和磁场都会产生磁通量和电通量的变化,这也就是所谓电磁互感,由麦克斯韦方程组直接能推倒出电磁波的存在,速度和光速相同。

  下面总结一下:

  麦克斯韦方程组不外乎“泡泡”和“圈圈”(延包络面积分和延闭合圈积分):

  电场沿泡泡积分:∮E·dS=∑Qi/ε0;(正比于于泡泡包围的电荷)

  磁场沿泡泡积分:∮B·dS=0;(没有磁单极)

  电场沿圈圈积分:∮E·dl=-dφ/dt;(其中磁通量φ=B·ΔS,重写符号一律表示矢量)

  磁场沿圈圈积分:∮B·dL=∑μ0I+μ0ε0dΦ/dt;(第二项为位移电流,正比于电通量的变化率)

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