物理電磁學(xué)基礎(chǔ)知識

物理電磁學(xué)基礎(chǔ)知識一、電磁學(xué)基本概念電荷：電荷是物質(zhì)的基本屬性，分為正電荷和負(fù)電荷。電場：電場是電荷周圍空間里存在的一種特殊物質(zhì)，具有方向性和大小。電勢：電勢是電場中單位正電荷所具有的勢能。電流：電流是電荷的定向移動，分為直流電和交流電。磁體：磁體是具有磁性的物體，分為南極和北極。磁場：磁場是磁體周圍空間里存在的一種特殊物質(zhì)，具有方向性和大小。二、電磁學(xué)基本定律庫侖定律：兩個靜止點電荷之間的作用力與它們的電荷量的乘積成正比，與它們之間的距離的平方成反比。歐姆定律：導(dǎo)體中的電流與導(dǎo)體兩端的電壓成正比，與導(dǎo)體的電阻成反比。法拉第電磁感應(yīng)定律：閉合回路中的感應(yīng)電動勢與回路所圍面積內(nèi)的磁通量的變化率成正比。安培定律：電流和磁場之間存在相互作用，電流所產(chǎn)生的磁場與電流的方向有關(guān)。三、電磁學(xué)基本現(xiàn)象電荷間的相互作用：同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引。電場線的分布：電場線從正電荷出發(fā)，終止于負(fù)電荷，不閉合。電勢差：電勢差是電場力做功單位電荷的量，等于電場力做的功與電荷量的比值。電磁感應(yīng)：閉合回路中的感應(yīng)電流的產(chǎn)生，需要磁通量的變化。磁感應(yīng)強(qiáng)度：磁感應(yīng)強(qiáng)度是磁場對放入其中的磁體產(chǎn)生的磁力與磁體所受磁力的比值。四、電磁學(xué)基本設(shè)備電阻：電阻是阻礙電流流動的裝置，其單位為歐姆。電感：電感是儲存電磁能的裝置，其單位為亨利。電容：電容是儲存電能的裝置，其單位為法拉。變壓器：變壓器是利用電磁感應(yīng)原理來改變交流電壓的裝置。電動機(jī)：電動機(jī)是利用電流在磁場中受力轉(zhuǎn)動的原理制成的。發(fā)電機(jī)：發(fā)電機(jī)是利用電磁感應(yīng)原理將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。電磁波的產(chǎn)生：變化的電流在周圍空間產(chǎn)生電磁波。電磁波的傳播：電磁波在真空中的傳播速度為光速，具有波動性和粒子性。電磁波的譜：電磁波譜包括無線電波、微波、紅外線、可見光、紫外線、X射線和γ射線等。電磁波的應(yīng)用：無線電通信、電視、雷達(dá)、醫(yī)學(xué)影像等領(lǐng)域。以上是物理電磁學(xué)基礎(chǔ)知識的主要內(nèi)容，希望對你有所幫助。習(xí)題及方法：習(xí)題：兩個點電荷分別帶有+3μC和-5μC的電荷，它們之間的距離為2m，求它們之間的相互作用力。解題方法：根據(jù)庫侖定律，點電荷之間的相互作用力F庫侖等于庫侖常數(shù)k乘以電荷量的乘積，除以它們之間距離的平方。計算公式為：F庫侖=k*|q1*q2|/r^2其中，k=9*10^9N·m2/C2，q1和q2分別是兩個點電荷的電荷量，r是它們之間的距離。代入數(shù)值得：F庫侖=9*10^9*|3*10^-6*5*10^-6|/(2)^2=9*10^9*15*10^-12/4

=9*10^9*3.75*10^-12

=3.375*10^3N答案：兩個點電荷之間的相互作用力為3.375*10^3N。習(xí)題：一塊均勻帶電的平板，其電荷密度為ρ，面積為S，距離平板x處有一檢驗電荷q，求檢驗電荷所受到的電場力。解題方法：根據(jù)電場強(qiáng)度的定義，電場強(qiáng)度E等于電荷量q受到的電場力F電場除以q。電場力F電場等于電場強(qiáng)度E乘以檢驗電荷的電荷量q。計算公式為：F電場=E*q而電場強(qiáng)度E等于電荷密度ρ乘以電壓U除以距離d。由于平板是均勻帶電的，電壓U等于電荷量Q除以電荷密度ρ乘以面積S。所以電場強(qiáng)度E可以表示為：E=ρ*U/d=ρ*(Q/(ρ*S))/d=Q/(S*d)代入數(shù)值得：E=ρ*S/(d*S)=ρ/d所以電場力F電場可以表示為：F電場=(ρ/d)*q代入數(shù)值得：F電場=(ρ*S/(d*S))*q=ρ*q/d答案：檢驗電荷所受到的電場力為ρ*q/d。習(xí)題：一個電容器的電容為5μF，充電后兩板間的電壓為10V，現(xiàn)將電容器與電感L和電阻R連成串聯(lián)電路，求電路中的電流。解題方法：根據(jù)歐姆定律，電流I等于電壓U除以電阻R。而電容器的電容C等于電荷量Q除以電壓U。所以電容器充電后的電荷量Q可以表示為：代入數(shù)值得：Q=5*10^-6*10=5*10^-5C由于電容器充電后不再帶電，所以電路中的電流I可以表示為：I=Q/(R+L)答案：電路中的電流為5*10^-5C/(R+L)。習(xí)題：一根長直導(dǎo)線，其電流為I，距離導(dǎo)線x處有一平面，該平面與導(dǎo)線垂直，求該平面上的磁場大小。解題方法：根據(jù)安培定律，導(dǎo)線周圍的空間里的磁場B與導(dǎo)線中的電流I成正比，與導(dǎo)線到觀察點的距離r的平方成反比。計算公式為：B=(μ0*I)/(2*π*r)其中，μ0是真空的磁導(dǎo)率，其值為4π*10^-7T·m/A。代入數(shù)值得：B=(4π*10^-7*I)/(2*π*x)=(2*10^-7*I)/x答案：該平面上的磁場大小為(2*10^-7*I)/x。習(xí)題：一個理想變壓器的初級線圈匝數(shù)為N1，其他相關(guān)知識及習(xí)題：習(xí)題：一個電子以速度v垂直進(jìn)入均勻磁場B，磁場方向垂直于電子速度方向，求電子在磁場中運動的半徑。解題方法：根據(jù)洛倫茲力公式，電子在磁場中受到的力F洛倫茲等于電子的電荷量q乘以速度v和磁場B的叉乘。計算公式為：F洛倫茲=q*v*B由于電子在磁場中做圓周運動，洛倫茲力提供向心力，所以有：F洛倫茲=m*v^2/r其中，m是電子的質(zhì)量，r是電子運動的半徑。聯(lián)立兩個方程，解得：q*v*B=m*v^2/rr=m*v/(q*B)答案：電子在磁場中運動的半徑為m*v/(q*B)。習(xí)題：一個線圈匝數(shù)為N的勻強(qiáng)磁場中旋轉(zhuǎn)，求線圈中感應(yīng)電動勢的最大值。解題方法：根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，線圈中感應(yīng)電動勢ε等于磁通量的變化率。當(dāng)線圈與磁場垂直時，磁通量Φ最大，為：Φ=B*A*cos(θ)其中，B是磁場的大小，A是線圈的面積，θ是線圈法線方向與磁場方向的夾角。當(dāng)線圈旋轉(zhuǎn)一周，磁通量的變化量為2Φ。所以感應(yīng)電動勢的最大值為：ε_max=2*Φ*N*ω其中，ω是線圈的角速度。答案：線圈中感應(yīng)電動勢的最大值為2*B*A*N*ω。習(xí)題：一個頻率為f的均勻磁場中，有一面積為A的線圈，求線圈中平均感應(yīng)電動勢的大小。解題方法：根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，線圈中感應(yīng)電動勢ε等于磁通量的變化率。當(dāng)線圈與磁場垂直時，磁通量Φ為：由于磁場是均勻的，所以磁通量隨時間的變化率為：ΔΦ/Δt=B*A*ω其中，ω=2πf是角頻率。所以平均感應(yīng)電動勢的大小為：ε_avg=(ΔΦ/Δt)/N其中，N是線圈的匝數(shù)。答案：線圈中平均感應(yīng)電動勢的大小為B*A*ω/N。習(xí)題：一個理想變壓器的初級線圈匝數(shù)為N1，次級線圈匝數(shù)為N2，初級線圈的電壓為U1，次級線圈的電壓為U2，求變壓器的效率。解題方法：變壓器的效率η等于次級線圈功率P2與初級線圈功率P1的比值。初級線圈的功率P1等于電壓U1乘以電流I1，次級線圈的功率P2等于電壓U2乘以電流I2。由于變壓器的輸入功率等于輸出功率，所以有：U1*I1=U2*I2變壓器的效率η為：η=P2/P1=U2*I2/(U1*I1)由于變壓器的匝數(shù)比為N2/N1，所以有：U1/U2=N1/N2代入上式，得到：η=(N2/N1)^2答案：變壓器的效率為(N2/N1)^2。習(xí)題：一個電磁波在真空中的波長為λ，求該電磁波在空氣中的波長。解題方法：電磁波在真空中的速度為光速c，波長λ與頻率f的關(guān)系為：由于空氣的折射率n小于1，所以