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1、第一篇 力学1.1基本概念1.2 守恒定律这一篇重要涉及两大部分内容：一部分是运动学部分，一部分是力学部分，下面一方面为同学们介绍第一部分内容：运动学部分一方面要了解运动学重要涉及哪些物理量及这些物理量之间的关系是什么？另一方面要了解运动学中重要的几种运动类型，运动学中都包含哪些物理量呢？正如上面方框图中简朴介绍的运动学涉及的物理量重要有三个，位移、速度、加速度。位移是一个矢量，表达的是质点位置的变动，等于质点质量，在某段时间内位置矢量的增量，提到位移要注意两点：（1）它是矢量，和路程的定义不同，路程是标量；（2）它和位置矢量有关，位置矢量和质点在空间的位置有关，它和时间t的函数称之为质点的运
2、动方向。速度是描述质点运动快慢的物理量，以往高中我们计算速度大小时通常运用位移除以时间，这种计算方法算出的速度为平均速度，由于物体运动的多样性及运动过程中受力的复杂性，物体运动速度是时时刻刻改变的，这就需要知道物体在某一时刻点相应的速度也就是瞬时速度。瞬时速度 为位置矢量对时间的阶导函数。其物理意义又指瞬时速度是位置矢量对时间的变化率。瞬时速率是指瞬时速度的大小，而与速度的方向无关，它是一个标量其大小即质点运动轨迹中弧度对时间的变化率。s=s(t)为质点运动轨道的弧长函数。以上解决了速度的大小，速度是矢量，因此还要明确速度的方向，关于速度的方向是这样拟定的，质点在任一时刻的速度方向总是与该时刻
3、质点所在处的轨道曲线相切，并指向前进方向。加速度：描述速度变化快慢的物理量，同样是矢量，既有大小又有方向，在数值上等于速度增量和时间间隔的比值，同样的这样计算得出的加速度为平均加速度，当时间间隔趋近于零时，上述比值的极限值我们称它为瞬时加速度。即 由于速度是位矢对时间的一阶导数，所以加速度是位矢对时间二阶导数，关于位矢形成的运动方程和速度，加速度之间的导数关系一定要重点掌握。下面介绍几种典型的质点运动1直线运动匀速直线运动比较简朴，其运动方程为特点是速度为常量。匀变速直线运动特点是加速度保持不变，运动方程值得一提的是自由下落过程，竖直上抛，竖直下抛，运动均是匀变速直线运动，相关公式在高中学习过
4、，书上也有具体列出，请大家参阅教材。2抛体运动从地面上某点把一物体以一角度投射出去，物体在空中的运动就叫做抛体运动，抛体运动的时候抛出角度也就是初速方向通常和水平是一定角度，因此抛体运动通常可以将速度提成水平和垂直方向两个分量，相应位移也分为水平、垂直两段位移，其运动方程和其速率公式如下 3圆周运动，圆周运动是一种比较常见的曲线运动，什么是圆周运动呢？简朴讲质心绕某一参考点沿着圆的轨道运动，比如手里拿根绳子，绳子一端系一小球，以手为参考点，将小球摇起来，使它在一个垂直于地面的面上绕手作圆的运动，关于圆周运动又可以分为匀速率圆周运动和变速率圆周运动。匀速率圆周运动，速度大小恒定，速度方向则不断变
5、化，由于速度是矢量，所以方向的改变意味着必有加速度，其加速度为其方向指向圆心，与速度垂直，所以是改变速度的方向而不改变速度的大小。对于变速率圆周运动，质点速度的大小和方向都在改变，因此它的加速度往往有两个，一个切向加速度，一个法向加速度，前者改变速度大小，后者改变速度方向。计算公式 此外和圆周运动尚有关系的两个物理量角加速度和角速度。角速度是指质点沿圆周运动时，假设走过一段弧长为S，相应的半径所转过的角度为，设角度随时间t的变化率就是角速度通常用表达，即由于角速度的存在，为了避免混淆，我们通常将前面的速度称为线速度4相对运动（简朴介绍）下面介绍本章节的第二部分“力”，自然界力的形成很多，比如，
6、物体由于接触而产生的压力、拉力、摩擦力，又如带电体在电场、磁场中受到的电磁力等，我们在本章节中重要涉及以下几种力：A万有引力：自然界中的任何两物体之间都存在着互相吸引，这种力我们称之为万有引力。比如地球对地面上物体的引力。那么万有引力如何进行计算呢？量化万有引力的定律我们称它为万有引力定律，其中r表达两物体质点间距离，、为两物体质量，G为任何物体质量均合用的普遍常量，被称作万有引力常量，G的取值是P28。F为两物体质点间产生的万有引力。值得说明的上述定律仅对质点才成立，比如假如计算两球体物之间的万有引力，公式中的r指两球心间距，B重力：地球对其表面附近的物体的引力，称之为重力，物体由于重力而产
7、生的加速度我们称之为重力加速度，重力实质是地球对物体的万有引力，其大小计算公式 M为地球质量，r地心到物体距离，m为物体质量。由此得到的重力加速度 可见重力加速度和物体自身质量无关，但实际计算过程中g通常不用计算，直接取值9.81m/s2，一般取9.8m/s2C弹性力：什么是弹性力呢？所谓的弹性力就是指当具有弹性的物体受到力的作用后发生形变时，物体总是对使其发生形变的物体产生力的作用，这种力就是弹性力，典型的弹性力重要有：1弹簧的弹性力：弹簧弹性力是大家熟悉的，弹簧弹性力的量化也就是计算公式： 这是R为劲度函数，其单位为N/m，x为位移式中负号表白力和位移方向相反。2正压力一个物体和另一个物体
8、接触，比如一个物体静止摆放在桌面上，由于重力作用，它将对桌面产生一个压力，这个压力就是一种正压力，它通常没有明确的计算公式，而需要根据实际发生的情况，受力分析计算。通常和物体质量有关系。3绳中张力当绳子受到拉伸的时候，它会由于略有伸长而形成弹性力，这种拉力的方向沿绳长方向，这种弹性力不仅作用在绳子的两端连结的物体上，同时也存在绳子的内部。我们把这种拉紧的绳中任一截面两侧的两部分通过截面的互相作用力称之为该截面处张力。值得注意的是，假如绳子可以忽略质量的话，则不管绳子静止还是运动着的，绳中各处张力相等并且等于绳子两端所受外界给予的拉力的大小。假如绳子的质量不能忽略，则张力还和绳子的加速度有关，这
9、一点要注意，特别是在解有关张力的计算题时，一定要看清楚题中条件。D摩擦力静摩擦力是指两物体没有相对运动但有相对运动趋势时产生的摩擦力。例如静摩擦力可以是从零到某个最大值之间的任一数值，我们将这个最大值称最大静摩擦力，其计算公式 H0静摩擦系数，N正压力注意：该式只计算的是最大静摩擦力，对其它处在最大值和零之间静摩擦的只能根据实际情况受力分析拟定。当物体之间由于滑动而产生的摩擦力，我们称之为滑动摩擦力，其计算公式 H滑动摩擦系数。上面我们介绍了几种常见的力和常见的几种运动，那么物体受到的力和物体的运动到底有没有关系？假如有，那么应当遵循一个什么样的定律呢？这就引出了牛顿三个重要定律：牛顿第一定律
10、：“任何物体都保持静止或匀速直线运动状态，除非它受到作用力而被近改变这种状态”这一定律的实质是告诉我们力的作用可以迫使物体改变运动状态，揭示了力和运动的关系。那么这一关系如何得到量化呢？这就是牛顿第二定律。牛顿第二定律：物体受到外力作用时，所获得的加速度a的大小与外力F的大小成正比，与物体的质量成反比，加速度的方向和外力相同，其数学表达式这一定律将力和运动学中物理量加速度联系在一起，明确了它们之间的数量关系，这是非常重要的一个定律，是我们习题求解时常用到的。牛顿第三定律讲的是作用力和反作用力，因此又被称为作用力和反作用定律若物体A以力F1作用于物体B，则同时物体B以力作用于物体A，这两个力的大
11、小相等，方向相反，两力作用在同一条直线上，假如F1、F2之间中有一个力称为作用力，则另一个力叫作反作用力，关于牛顿第三定律需要强调的是：作用力和反作用力总是同时存在的作用力和反作用力是作用在不同的物体上作用力和反作用力是属于同一种类型的力守恒定律这部分重要涉及动量守恒定律和能量守恒定律。一方面我们来介绍动量守恒定律，从四个方面来介绍：1质点的动量守恒定律和质点动量守恒定律相关的物理量重要有两个“动量”“冲量”什么是物体的动量呢？物体的质量m和其速度v的乘积称为物体的动量，通常用P表达，动量是一个矢量，单位kg.m/s，冲量是指力在时间上的累积作用。通常用I表达，单位N?S。这是一个矢量，其计算
12、公式牛顿第二定律指明了受力物体所受的力和加速度关系，但是这里的力是瞬时作用，物体的运动状态也是该瞬时的变化趋势，那么假使力不是瞬时的而是连续作用一段时间会产生什么现象呢？根据 推知 左右积分 容易观测等式左侧为冲量定义，右边为状态改变前后动量差值，这说明力在时间上累积效果是使受力物体获得了动量变化，这就是动量定理。2质量系数的动量定理一方面要对的理解质点系的概念，上面介绍的动量定理通常以一个物体为研究对象得出的，假如说现在有若干个物体，它们存在互相作用，不言而喻，对这若干个物体中的每个物体单独而言，上述动量定理是合用的，假如现在我将这若干个物体看作一个整体，那么动量定理对这个整体是不是还成立呢
13、？假如成立，满足什么条件？这就是质点系的动量定理。所谓质点系就是指将互相作用的若干物体当作一个整体，当每个物体被当作质点时，这个整体就是质点系，亦称系统。系统中质点与质点互相作用力称为内力系统外的其它物体对系统任一质点的作用力称为外力，有了这些定义就可以明白质点系的动量定理。质点系动量定理：作用在系统上的外力的总冲量等于系统总动量的增量，系统总动量增量等于系统中所有质点的动量增量的和。当质点系所受外力为零或不受外力作用时，系统总动量保持不变动量守恒定律3质点绕某一参考点转动时动量定律在这种情况下的动量定理一般被称为质点的角动量定理，相应的动量守恒定律被称为角动量守恒定律，一定要注意质点绕某一参
14、考点转动的条件。一方面我们要学习两个新的物理量，角动量和力矩。角动量定义为：位矢和质点动量的向量积大小： ；方向：垂直于和决定平面，指向右手螺旋定则鉴定。当质点作圆周运动时，R为园周半径力矩定义为：位矢和力的向量积数值 方向垂直于和决定平面，指向按右手螺旋定则，单位N.m有了上面两个概念，我们就可以了解质点绕某一参考点转动的条件下的角动量定理了，“作用在质点上的合外力矩等于质点角动量的变化率”假如质点或质点系所受外力矩的矢量和为零，则此质点系或质点的角动量保持不变，这就是质点绕某一参考点转动的条件下的角动量定律。4刚体绕固定轴转动条件下的动量相关定律一方面要了解什么是刚体？刚体是指具有一定形状
15、和大小，但不发生形变的物体，特性是刚体内任何两点之间的距离，在运动过程中保持不变，刚体不能简化为质点虽然刚体是对实际物体的一种抱负化模型，正由于如此，刚体条件下的动量定理，动量守恒定律在形式上的表达式发生了改变，为了了解刚体条件下动量定理和动量守恒定律的形式，同样要先学习几个新的物理量。转动惯量：想象一下，将刚体分割成无数个小块，每个小块运动规律可以合用质点的运动规律，这样的小块我们称它为质元转动惯量是各质元质量和其到转轴垂直距离平方的乘积之和刚体角动量Iw，w为角速度，不同于转动质点的角动量；冲量矩：力矩和其作用时间乘积，刚体在合外力矩M作用下获得角加速度与合外力矩大小成正比，并与转动惯量成
16、反比。此定律为刚体的定轴转动定律。刚体的角动量定理，转动刚体所受的冲量矩等于这刚体在这段时间内角动量的增量。角动量守恒定律当合外力矩为零时，刚体角动量保持不变。上面我们介绍了不同情况下的动量定理和守恒定律，注旨在使用时一定要相应使用的情况，不同情况使用不同条件下的相关定律，下面我们介绍和能量相关的定理和守恒定律。为此一方面介绍几个相关概念。功：力是力沿质点位移方向的分量和质点位移大小的乘积。功能： v为速率势能：物体在保守力作用下的每一个位置时贮存的一种能量这种能量叫势能。那么什么又叫保守力呢？保守力是指作功和途径无关的力，具有这种特点的力重要有万有引力、弹性力、重力，相应的势能就有重力势能、
17、万有引力势能、弹性势能，相应的计算公式 这里h、r、x均为高度、距离、位移，有了上述相关定义，我们就可以学习功能定理和功能原理以及机械能守恒定律了，对于单质点来讲，所谓功能定理就是说合力对物体所作的功等于物体功能的增量。对于质点来讲是说质点系的功能的增量等于所有外力的功和内力的功的代数和，即 。由于作功的力包含保守力和非保守力，根据保守力作功特点，它和势能有关，由于势能代表一种能量，因此事实上经常将势能和动能的和称之为机械能。在这种情况下，上述功能定理的形式就变为这就是功能原理，这里E、E0代表质点运动过程中的机械能。即质点系在运动过程中，它的机械能增量等于外力的功和非保守力所作的功的和。此原
18、理提醒我们在运用功能原理作题的时候，假如出现保守力，要注意，运用功能原理。由功能原理我们知道，一个系统的机械能可以通过外力对系统作功而发生变化，也可以通过系统内部的非保守力作功而发生变化，假如在一个系统的运动过程中，外力对系统作功为零，同时系统内又没有非保守力作功，则在运动过程中的机械能保守不变，此即机械能守恒定律。典型习题 1一质量沿x轴运动，运动方程x的单位为m，t的单位为s，求质点（1）出发时（t=0）时的位置和速度（2）t=1s和3s时的速度大小和方向的速度为零的时刻和回到出发点的时刻。2质点沿x轴运动，其速度与时间关系公式已知t=0时刻质点位于质点右方（+x）方向20m处。求（1）t
19、=2s时质点的位置；（2）此时质点的加速度。3一质量m=50时的木箱放在水平地面上，受到与水平仰角600角的拉力F作用而沿水平地面滑动，木箱与地面间的滑动摩擦系数为u=0.20，若欲使木箱匀速运动，求拉力F应多大？并求木箱对地面的正压力。4质量为m的重物，沿倾斜角的粗糙平面斜坡下滑，重物与斜坡之间的滑动摩擦系数=0.30，求重物F滑的加速度和重物对斜坡的正压力？5在河水速度的地方有小船渡河，假如希望小船以的速度垂直于河岸横渡，问小船相对河水的速度的大小和方向应如何？ 6质量为m=0.2kg的小球以 的初速度与地面法线成=300角的方向射向水平地面，然后沿与法线成=600角的方向弹起，碰撞时间0
20、.01S，设地面光滑，求小球沿地面的平均冲力。6用绳系一小球使它在光滑的水平面上作匀速率圆周运动，其半径，角速度。现通过圆心处的小孔缓慢地往下拉绳，使半径逐渐减少，求当半径缩为r时小球的角度。8计算半径为R，质量为m的匀质圆需对通过盘心并与盘面垂直的固定轴的转动惯量。9质量为 kg的子弹，以400m/s的速度水平射穿一块固定的木板，子弹穿出板后速度变为100m/s，求木板阻力对子弹作功？10质量m=2kg的物体沿一圆弧形轨道从a点静止下滑到b点，到达b点的速率，已知圆弧半径为R=4m，求物体从a点到b点摩擦力作功为多少？参阅教材新页图22711质量为m的单摆，由长为l的细绳挂起，在竖直平面内摆
21、动，已知当摆角为时摆锤的速率为零，求摆锤在最低点速率，空气阻力不计。第二篇 热学2.1 气动理论2.2 热力学理论这一篇重要讲述的内容是以气体为研究对象时所涉及的物理量，以及气体状态改变所涉及的功、热、内能运算研究气体时所涉及的物理量重要有P、V、T分别为压强、体积、温度。气体的状态可以用一组P、V、T来表达，假如气体的P、V、T中有物理量发生改变，我们就称之为气体状态改变了，因此在研究气体的时候不同状态的气体通常也许遵循不同的规律，这样研究气体就没有标准了，结果也会五花八门，为此，我们规定一种标准的研究状态，即在压强P0=1atm，温度为T0=273.15K时，此时1摩尔的任何气体的体积均为
22、此即阿伏加德罗定律，符合该定律的气体，称之为抱负气体，抱负气体的P、V、T通常符合，关于R称之为普遍常量，上述公式涉及的单位详见P107。前面讲到气体的状态涉及P、V、T，那么P、V、T究竟是什么，如何产生的呢？我们知道气体分子通常是运动的，关于气体体积V比较容易理解，它通常和盛装气体容器有关，因此在此不再叙述压强如何产生的呢？我们在雨天打伞，雨点打在伞上你会通过手感到雨点对伞的压力，假如将装在容器的气体分子想像成雨点，由于它们无规则杂乱无章的热运动，必然和装它的容器壁发生冲撞，大量分子对器壁的冲撞就会形成对器壁的压力作用，此即压强成因，假如是抱负气体的话，则其压强可通过下式求取是单位体积的平
23、均分子数，V为分子热运动的速率。关于反映分子热运动的分子速率重要三种最慨然速率，通常表达，方均根速率，通常表达，平均速率上述抱负气体压强公式中，V为方均根速率的平方。上面介绍了压强的微观本质和压强的计算公式，那么什么是温度呢？温度是衡量分子热运动的剧烈限度的，在数值上它和分子热运动的平均平动动能有关，分子的平均平动动能是指将分子当作一个质点，作平移运动，其热运动动能就是平动动能，其量化公式，分子作无规则热运动表白分子具有能量，这种能量不仅仅体现在平动动能上，还体现在分子可以转动，振动等运动形式上，将上述所有也许的能量的和称之为分子热运动总能量。每个分子平均总能量，i为自由度，关于自由度大家要记
24、清楚不同分子种类的自由度，详见P114页。除了上述分子热运动能外分子和分子间还存在势能，将分子热运动的功能和热能的和叫作物质的内能，对于抱负气体，由于忽视分子间作用力，所以抱负主体的内能是指分子热运动动能的总和。质量M，摩尔质量mol的的抱负气体内能要牢牢掌握本章节留阅读，教材第7节气体分子热运动的速率分布规律，在115页，希望课后认真阅读。热力学基础这一章是这一篇的重点，热力学基础这一章重要分为两部分内容：（1）气体状态从一个状态向另一个状态变化，从能量角度涉及哪几个物理量，对于几种典型的变化过程Q、W、E如何计算。（2）气体状态从一个状态向另一个状态改变能不能发生，假如可以发生，发生条件是
25、什么，前者和热力学第一定律有关，后者和热力学第二定律有关。热力学系统从平衡状态1向状态2变化中，外界对系统所作的功和外界给系统的热量两者之和是恒定的。等于系统的内能。定律表白：1状态改变涉及功、热、内能2功、热、内能三者建立了量上的关系，那么平衡过程中功、能、热如何计算呢？平衡过程中功的计算：平衡过程中热量的计算： C是摩尔热容量， 通常又分为定压摩尔热容量和定容摩热容量。因此对于等压过程热量计算对于等容过程热量计算内能的计算原则上，上述对热、功、内能计算的方法对所有状态改变所经历的过程来讲，计算公式都是合用的。下面我们就以几个变化过程为例，看实际状态改变过程三个物理量变化如何计算的。A等容过
26、程等容过程就是指在状态改变前后体积恒定不变，由于体积恒定不变，所以过程作功变化为零。系统内能的变化就等于热的变化。热量计算 内能变化 内能的计算 由上述两式相等得 B等压过程等压过程就是指状态改变前后的压强恒定，此时功、热、内能均存在。 根据 可以推知 C等温过程等温过程就是在状态改变的过程中温度不变，抱负气体的内能仅仅是温度的函数因此等温过程的内能变化为零意味着过程的功和热相等。D绝热过程系统和外界之间没有热量传递即，称之为绝热过程。在这种特殊的过程中，抱负主体的状态参量变化 或 我们称上述等式为泊松方程，其中r为泊松比， 关于绝热过程中的计算，只要记住泊松方程，按照公式解题就是了。绝热过程
27、没有热量互换，按照热力学第一定律 在绝热过程的特点是绝热膨胀过程中系统没消耗自身的内能对外界作功，因而系统温度下降，在绝热压缩过程中，外界对系统所做的功完全用来增长系统内能，因而系统温度升高，下面我们介绍一下热力学第一定律的应用。热机就是运用吸取的热量对外作功的设备，典型热机比如气缸中气体膨胀，推动相连活塞，带动连杆，曲轴，那么这种有用途的设备的工作原理是如何的呢？涉及两个内容：如何获吸热量如何实现对外作功。实际情况这两方面的任务通过以下三个过程实现：（1）等温膨胀 这一过程实现吸热Q1（2）等压压缩过程 系统向低温热库放出热量Q2（3）绝热压缩过程上述三个过程中系统对外作功 表白整个过程中，
28、系统并没有将从外界吸取来的热量Q1，所有转变为对外界作功，只是将其中部分变为功，而另一部分Q2放给外界了，将称之为热机效率和热循环相反的过程冷机循环，比如电冰箱制冷，其过程和热机循环相似，但是在PV图中正好逆向的，请大家参阅教材145页，要记住了解致冷系数的概念。以上我们介绍的是热力学第一定律，下面我们介绍热力学第二定律。正如前面所叙述的，热力学第二定律所解决的问题是实现过程进行方向，比如我们知道温度可以从高温向低温传导，那么能不能反过来，温度从低温自动的不需要任何影响的向高端传导，不能那又是什么因素呢？这就是热力学第二定律告诉我们的东西。热力学第二定律的实质讲的是在宏观孤立系统内部所发生的过
29、程，总是由包含微观状态数目少的宏观状态向包含微观状态数目多的宏观状态进行，宏观状态所包含的微观状态数目为该宏观状态的热力学概率用表达，关于宏观状态所包含的微观状态的数目大家阅读教材P152第九节，理解即可。热力学第二定律的量化形式 ：热力学概率S：熵，它是分子运动无序性的量度。引入熵后，热力学第二定律又可表达为：在宏观孤立系统内所发生的实际过程是沿着熵增长的方向进行。典型习题1质量为kg，温度300k，压强为1atm的氮气，等压膨胀到本来的体积的二倍，求氮气对外所作的功，内能增量以及吸取的热量。2容器内贮有 kg氧气，温度为300k，等温膨胀为本来的体积的2倍，求气体对外所作的功和吸取的热量。
30、3一定量氮气，其初始温度为300k，压强为1atm，将其绝热压缩，使其体积变为初始体积的1/5，试求压缩后的压强和湿度各为多大？并将压强与等温压缩成同样末体积时所得压强比较。本篇典型习题1参考教材107页习题2参考教材108页习题3参考教材136页习题4参考教材137页习题5参考教材141页习题第三篇 电磁学3.1 电学基础3.2 磁学基础3.3 电磁感应电磁学，从字面上很容易想到这章的内容是和电磁有关，只所以称之为电磁学，是由于电和磁的密切关系。下面一方面介绍电学及和电学相关的物理量，讲到这里，说些题外话，仔细的同学一定发现，我们在介绍每一篇的时候总是先介绍研究对象，然后介绍研究对象涉及的相
31、关物理量，进而量化这些物理量之间的关系，这是物理学科的特点，我们应当沿着这样的脉络来学习。电虽然和我们很熟悉，但假如有人问你什么是电，你很难回答，由于电自身是很抽象的东西，所以最初的发现仅仅是通过观测带电体对其他物质的影响开始的。因此当一个物体通过摩擦以后有了吸引轻小物体的性质的时候，我们就称这个物体带了电。电荷是电的基本单元。比较物体间带电多少就是比较它们拥有电荷的数目，电荷的多少叫电量，电量的单位库仑。自然界中电荷重要有两类，一类带正电称之为正电荷，一为带负电称之为负电荷，一个电子带电量正好是一个负电荷，约为C。点电荷：带电体抽象为电荷集中于一个几何点的抱负化模型。电荷的基本性质是和其他电
32、荷发生互相作用，也就是说点电荷和点电荷之间存在力的作用，这种力的大小可通过库仑定律来表达：真空中两带电的点电荷之间的互相作用的静电力大小和它们所带电量乘积成正比，与它们之间的距离的平方成反比，作用力沿两点电荷的连线，即上式表白真空中，两个电荷，相隔一定距离，中间并不存在由分子、原子组成的媒介物，却可以发生互相作用，显然不是上述公式的错误，由于上述结果是库仑先生通过实验总结的结果，那么就可以推知电荷和电荷之间所产生的互相作用，一定有其他的因素。这就是“场”的概念的由来，也就是说任何一个电荷，在自己的周边空间都能激发电场，电场的一个基本性质就是对处在其中的电荷产生作用力。这种作用力我们称之为电场力
33、，反映电场强弱的物理量我们称它为电场强度。其定义为： 它表白静电场中任一点的电场强度矢量的大小等于带有单位电量的电荷在该点所受电场力的大小，其方向与正电荷在该点所受电场力的方向相同。一个点电荷形成电场中，距离点电荷r处的点P的场强度为 假设存在若干个电荷，每个电荷都会产生电场，它们的电场将发生叠加，此时我求某点P的场强如何计算呢？一方面将每个电荷单独化解决，即假设其他电荷不在，求出单独状态下的电场强度，然后将每个电荷在P处的场强加合这也就是电场叠加原理。为了形象描述电场中的强弱分布，在电场中人为地作出一系列曲线，使曲线上每一点的切线方向与该点场强一致，这些曲线称为电场线，电场线疏密反映电场的弱
34、强，电场中任一给定点附近，穿过垂直于场强方向的单位面积的电场线数与该点场强大小相等，通过某一个面的电场线数称为通过该面的电通量有了电通量的概念，我们就可以将电场线和产生电场线的电荷联系起来，两者存在的关系就是高斯定理。“在真空的静电场中，通过任意封闭曲面的电通量等于该封闭曲面所包围电荷的电量的代数和的。”高斯定理反映了静电场是有源场。根据前面讲过的知识，假如一点电荷放在电场中，则会受到电场力的作用，一个点电荷受到力后会如何呢？想想看很明显是点电荷将在力的方向上移动，点电荷移动就会作功，所作的功为：观测上式，一旦点电荷给出则变成常量，这样一来就只有和有关了，说明静电场力对电荷所做的功只取决于被移
35、动电荷的电量和所经途径的起点和终点的位置，而与移动的具体途径无关，说明静电场力是什么力啊！保守力，也就是说静电场是保守场，静电场是保守场的另一表现是静电场场强的环流恒等于零。即： 为什么呢 请看下面推导，电场力沿闭路做功为零 这个定理就是安培环路定理。上述讲解中我们知道静电场是保守场，静电场力是保守力，保守力、保守场又有什么特点呢？想想看，保守场一个特点是物体在保守场作用下每一个位置都具有能量，称之为势能！静电场既然是保守场，处在静电场某点则必存在势能。静电场中这种势能我们称之为静电势能，简称电势能。电势能计算公式：W=qU也就是说，一个电荷在电场中某点的电势能等于它的电量与电场中该点电势的乘
36、积，上式中q为点电荷所带电点，U为点电荷所在位置电势，W为势能。上式中涉及一个量叫电势，电势如何计算呢？电场中假设两点a，b，点电荷从a移到b，电势能变化等于电场力作功，即所以即电场中任两点间电势差等于场强在这两点间的线积分。实际中，通常选一参考点，通常选无限远处，令其电势为零，则某点电势关于电势尚有一个简朴定义就是等势面，很容易理解，所谓等势面就是指某面上电势均相等，等势面有三个重要性质，你知道么？不知道啊，呵呵，查看教材P191页，简朴记如下。在静电场中，电场线和等势面处处正交。电场线总是由电势高的等势面指向电势低的等势面。等势面密集处场强大，等势面稀疏处场强小。前面讲一个点电荷放在电场中
37、会受电场力作用，假如我把一个中性的导体也就是对外不显电性的导体放到电场中会产生什么结果呢？我们知道，导体之所以被称为导体是由于内有自由电子的，可以导电，当将一导体放在电场中后，导体中电子为带电体，在电场作用下将发生移动。结果电荷在导体表面发生凝聚，由于自由电子的移动，会有等量的正电荷出现，这样在导体内部就形成了一个和其所处的电场电场方向相反的附加场，当附加场场强正好等于外电场场强时，我们称静电平衡，此时导体内部场强处处为零，导体为等势体，具有一定的电势。假如导体是孤立导体也就是和其它带电体和导体都相距无限远的话，其所带电量和电势比值就是一个与导体形状、大小等因素有关的量，而与q、U无关，我们称
38、之为电容：通常导体不是孤立导体，也就是说在其周边常有其它导体或带电体，这时导体的电容受到其他导体的影响，常见的就是薄板电容器，即两块靠得很近的但彼此绝缘的导体薄板所组成电容器，薄板间保持真空或者充满电介质来绝缘，此时电容器电容：真空介质时： 假如充满电介质： 为相对电容率，电容率很明显充满电介质的电容器的电容为真空电容的倍。为什么电容器极板间填充电介质后电容会增长呢？这和电介质在电场下极化有关。通常电介质分子内部电结构不同，电介质分子提成两类：有极分子、无极分子，有极分子电偶极矩不为零，有电场作用时，电偶极子转动，定向排列，在电介质表面形成束缚电荷，发生极化称为取向极化。无极分子在外电场作用下
39、，正负电子中心偏移形成电偶极矩形成极化称位移极化。极化产生的束缚电荷将产生附加电场，该电场将削弱外电场，从而使电介质内场强和外电场相比减弱，电势也相应减弱，从而电容增长。电容器实质是盛装电量的器件，所以充电后的电容器通常储存一定的电能，该电能为对于平板电容器而言：单位体积的能量对任意电场，整个电场总能量关于磁场这一章，也就是书上的第六章稳恒电流的磁场这一章，为什么讲磁场而又去介绍稳恒电流的磁场呢？这是由于对于物体的磁性，通常认为它的根源是电流。这也是为什么这一章在介绍磁学的内容前给你先介绍电流的知识的因素，电流是电荷的定向移动所形成的，所以形成电流的导体是第一要存在可移动的电荷，第二存在电场，
40、由于存在电场才干使电荷定向移动，稳恒电流是指导体中各点的电流密度是不随时间改变的，这种电流称为稳恒电流，有了这些我们就可以介绍稳恒电流的磁场了。学习磁场这一章知识的时候，一定要记住和上一章也就是电学的知识对照学习，上一章我们都学习了哪些和电学有关的知识了呢？我们一方面介绍 电荷电场和电场相关的物理量：场强or 电势带电体在电场中受力作功导体也就是中性物体在电场中被极化磁场这一章我们遵循下面的讲解路线：电流磁场和磁场相关的物理量，重要是磁感应强度具有磁性的物体在磁场中受力非磁性物体在磁场中磁化。关于电流，也就是磁的起源，我们前面介绍过了，不再复述。磁场类似于电场，是带磁体所激发的，磁场对置于其中
41、的磁性体，比如运动的电荷产生磁力作用，描述磁场强弱的物理量我们称之为磁感应强度，用表达和电场强度相似。磁感应强度B的大小，可以通过下式计算：为磁场某点处磁场力，q为电荷数，v为运动速率，场强方向放在该点处的小磁针静止时N极所指的方向。前面讲过，电流可以形成磁场，下面我们来计算通电导线以及运动的电荷在其周边所形成的磁场中各点磁感应强度。对于通电导线来讲，它周边形成磁场的磁感应强度可以通过毕奥萨伐尔定律求解，公式在229页，很简朴。对于单个运动电荷来讲，它所形成的磁场的磁感应强公式在235页6.26式，也很简朴，记忆然后应用就是了，在此不多费口舌了，值得一提的是，毕奥萨伐尔公式是个很重要的公式，常
42、在计算题的计算过程中用到，希望不要掉以轻心。上面对通电导线和运动电荷所产生的磁场的磁感应强度作了简朴量化，下面我们就开始研究磁场对具有磁性的物体所产生的磁场力及其计算。一方面研究通电导线在磁场中的磁场力通电导线可以在其周边形成磁场，当将其放到一个外加磁场中，它将受到外加磁场力的作用，这个作用力大小为为电流之和所在处磁感应强度B的夹角这表白所受磁场力和磁感应强度、电流大小、导线长度以及电流单元和磁感应强度B的夹角有关系。这就是安培定律，所形成力的方向根据右手螺旋法则决定，这也是一个重要定理，规定纯熟掌握。关于通电导线在磁场中受力书上列举了两个实例1通电导线和通电导线之间的作用。2磁场对放在其中的
43、通电矩形线圈的作用。上述两种情况均可以运用安培定律得到分析。我们要学习这种分析方法，由于网络的局限和串讲的关系我们在此就不具体介绍了，希望大家可以在业余具体阅读教材245248页并将结论牢记。尚有一种带电体就是运动的电荷，将其放在磁场中也会受到磁场力的作用，这种力我们称之为洛仑兹力，其求解公式：方向可根据右手螺旋法则拟定洛仑兹力的特点是只改变粒子运动方向，而不改变运动速率的大小，这一点要清楚，当空间除了磁场外还在电场，也就是说运动电荷同时受到电场和磁场的共同作用。此时 设质量m，带电量q的粒子以速度射入磁感应强度为B的均匀磁场，则其所受到的洛仑兹力，不考虑重力，粒子的运动情况也许会有三种情况：
44、（1）和垂直，此时和夹角为 洛仑兹力大小F=qvB，力的方向和运动速度垂直，此力作用下粒子将作匀速圆周运动。（2）和同向，即和夹角为零此时洛仑兹力F=0，粒子受合外力为零，将保持匀速直线运动。（3）与成任意夹角，此时运动速度可分解，使粒子一面作圆周运动，一面沿直线运动，实质是（1）、（2）的合成运动。关于运动电荷在磁场中受力作用这一原理在实际生活中的应用比如质谱仪、回旋加速器等，请参阅教材253256页，值得提出的是霍耳效应。什么是霍耳效应呢？所谓霍耳效应是指在导体板中通有电流时，在垂直于磁场和电流方向的导体板的横向两个侧面会出现一定的电势差，这种现象称之为霍耳效应，相应电势差求解公式：霍耳效
45、应的现象可以通过洛仑兹力来解释，具体解释见257页，由于本次串讲重要针对考试，所以其解释部分留给同学阅读详见257258页。以上我们介绍了将具有磁性的物体如通电线or运动电荷放在磁场中，受到磁场的作用，那么我们不禁可以想想，假如我将一个不具有磁性或者至少不表现出任何磁性的物体放在磁场中会发生什么情况呢？一般来讲，将一物质放在磁场中，由于物质中所具有运动电荷会受到磁场力的作用而使物体处在一种特殊状态我们称之为极化，根据物质极化限度将物质分为顺磁质；抗磁质；铁磁质；顺磁质表现为磁化后产生附加磁场与外加磁场方向一致，使介质中磁场加强，抗磁质磁化后形成附加磁场与原磁场方向相反，使介质中磁场减弱，铁磁质特点同顺磁质近似，但介质中的磁