写在前面:本指南仅针对期末考试复习使用,如果读者能从本指南中了解到一些并掌握一些大学物理的内容,说明编写组成员的努力没有白费,如果读者认为本指南并不能给自己带来什么用途,那么请用自己的方式去理解大学物理,你大可以对本指南sm,但是请不要过度,因为你的时间还有很多。
位置矢量简称位矢。基本的形式是,其值为。
当质点运动时,位矢是随时间而变化的,因此是时间的函数,形式为。其中,x(t)、y(t)、z(t)分别为r(t)在x、y、z轴上的分量。
位移是指一物体在两点间运动的直线距离,则位移,简单的说,两点间的距离就是位移的大小,只不过现在扩展到了三维空间,用向量的形式表示就可以了。
速度是位移的一阶导数。
加速度是速度的一阶导数,是位移的二阶导数。
在笛卡尔平面(即直角坐标系)中,我们需要把速度或者加速度变成x轴和y轴上分量的和,只需要用矢量的形式表示即可,矢量的形式应该不用解释了吧(估计还是需要解释一下),如果是速度的话,就是,加速度的话,就是。
角速度。角加速度由切向加速度和法向加速度组成。
切向加速度。
法向加速度,因为,,所以。
值得注意的是,在做匀速圆周运动的时候,切向加速度为0,此时角加速度即为。
牛顿第一定律:任何物体都要保持其静止或匀速直线运动状态,直到外力迫使它改变运动状态为止。
牛顿第二定律:
牛顿第三定律:两个物体之间的作用力f和反作用力f’,沿同一直线,大小相等,方向相反,分别作用在两个物体上。
受力分析的基本思路:
1. 画给出重力和引力。
2. 画出与接触物体之间的力。
3. 画出与接触物体之间的摩擦力。
4. 画出其他力的作用点在研究物体上的各种力及惯性力。
5. 用求解所求的力。
物体所受的合力:
1. 建立直角坐标系。
2. 将不再x、y轴上的力分解在x、y轴上。
3. 求合力。
第零定律:如果两个热力学系统中的每一个都与第三个热力学系统处于热平衡(温度相同),则它们彼此也必定处于热平衡。
第一定律:能量守恒定律在热学形式的表现(热量守恒)。
第二定律:力学能可全部转换成热能,但是热能却不能以有限次的实验操作全部转换成功 (热机不可得)。
第三定律:绝对零度不可达到但可以无限趋近。
功:动能:
下面引入密度的概念:
在物理学中,把某种物质单位体积的质量叫做这种物质的密度。
根据这个定义我们就可以得出,面密度是物体单位面积的质量,线密度是物体单位直线的质量。
由于大学物理引入了微积分的概念和电荷量子化的概念,所以当我们计算某个物体的电场强度时,先取一段物体体积的微元,简称体积元,用dv表示,再取物体电荷量的微元,用dq表示,这时候电荷的体密度,同理,电荷的面密度为,电荷的线密度为。
当然,引入密度的概念是为了让我们求dq,在电场强度的公式中,dq是未知变量,但我们可以根据物体的形状来写出物体的体积公式或者面积公式,这个时候我们就可以用密度×体积元(面积元)来表示dq,在带入电场强度公式的公式积分即可求的。
带电直导线电场强度:
圆环轴上的电场强度:
圆盘轴线上的电场强度:
无限大圆盘的电场强度(圆盘半径r):
两带电平面之间的电场强度:
考点:两个带有等量异号电荷的无限长同轴圆柱面,半径分别为和(<)单位长度上的电荷为。求离轴线为r处的电场强度:(1)r<;(2) 。
分析:因为电荷分布在无限长同轴圆柱面上,所以电场强度也是轴对称分布的,这时候去同轴圆柱面为高斯面,如图(a)所示,此时只有圆柱的两个底面电通量为0,侧面的电通量为,求出不同半径高斯面内的电荷即可解得各区域电场的分布。
解:由高斯定理得:
1) 当(1)r《时,所取的高斯面内无电荷,即。
2) 当,
3) 当r>时,由于所取的高斯面包围了等量异号的电荷,即。
所以电场强度。
电场线的特点:
1. 电场线总是始于正电荷,终止于负电荷,不形成闭合曲线。
2. 任何两条电场线都不能相交。
我们把垂直通过电场中某一个面的电场线的多少叫做通过这个面的电场强度通量,用符号表示。
当电场线与平面垂直时:
当电场线与平面不垂直时:(为平面的法线与电场线的夹角)
高斯定理:
估计很多人都还不知道高斯定理有什么用?其实就是用来求电场强度、电通量这两个值,主要还是求电场强度的。这里有一个概念,物体电场强度通量=物体所包围的电荷量/真空磁导率,这一点从公式也可以看出,用高斯定理求高斯面的时候,我们应让取的高斯面包围所要求的点的电荷,然后套用高斯定理即可求出物体的电场强度。
根据功的公式,我们可以推出静电场所做的功,其中e为电场强度,dl为路程的微元,f为库伦力,因为。
安培环路定理:在静电场中,电场强度e沿任意闭合路径的线积分为零。
电势:为什么书上用表示电势能呢?其实你在往上面看的话,就会发现,电势能等于两点电势能的差值,即,然后我们以b点作为零电势能点,即,得到。
简单的说,电势就是电势能/电荷量。
点电荷的电势:
静电平衡:导体内没有电荷做定向运动,导体处于静电平衡状态。
当导体静电平衡是必须满足以下两个条件:
1. 导体内部任何一点的电场强度为零。即。
2. 导体表面处电场强度的方向都与导体表面垂直。
根据静电平衡的条件可以得到以下结论:在静电平衡时,导体所带的电荷只能分布在导体的表面上,导体内没有净电荷。
静电屏蔽:在静电场中,因导体的存在使某些特定的区域不受电场影响的现象称为静电屏蔽。
空腔导体的静电屏蔽:空腔导体(无论是否接地)将使腔内空间不受外电场的影响,而接地空降导体将使外部空间不受空腔内的电场的影响。
电极化强度p
分子中的p表示的是电偶极矩,)
两平板间均匀电介质的电极化强度的大小,等于极化电荷的面密度。
详细推导请看p208
有电介质时的高斯定理:在静电场中,通过任意闭合曲面的电位移通量等于该闭合曲面内所包围的自由电荷的代数和,其数学表达式为。
球形电容器的电容为:
两长直导线单位长度的电容为:
电容的串并联就不用阐述了,大家都懂的。
电流: 电流密度:
漂移速度:
磁感强度:
有限长直导线的磁感强度为:
无限长直导线的磁感强度为:
圆环的磁感强度为:
圆盘的磁感强度为:
我们把通过磁场中某一曲面的磁感线的多少叫做通过此曲面的磁通量。
当磁感线与平面垂直时:
当磁感线与平面不垂直时:(为磁感线与平面法线之间的夹角)
通过任意闭合曲面的磁通量为零。
在恒定磁场中,磁感强度b沿闭合路径的线积分,等于此闭合路劲所包围的电流与真空磁导率的乘积。即:
洛伦兹力:
洛伦兹力用右手螺旋定则判断的方法:用右手的四指由v经小于180°的角指向b,此时拇指的指向就是正电荷所受洛伦兹力的方向。
磁场对电流元作用的力叫做安培力。
判断安培力的方法:用右手四指由idl经过小于180°的角弯向b,这是大拇指的指向就是安培力的方向。
初始磁化曲线,饱和磁感强度,b的变化落后于h的变化叫做磁滞现象,剩余磁感强度,矫顽力,b和h形成的闭合曲面叫做磁滞回线。
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