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物理
这是一个关于物理的思维导图，涵盖了物理学的主要分支学科及相关常识、物质的运动状态、物质的固有属性、个人感悟等内容，结构清晰，信息丰富。
编辑于2025-12-05 15:27:38- 经典力学
- 物质的运动状态
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- 大纲
物理
常识
子主题
国际单位制（SI）
十进制： 使用词头（如千-k、毫-m）来表示单位的倍数和分数，方便表示非常大或非常小的量。
一贯性： 任何一个导出单位都可以由基本单位通过乘法和除法（无需数值因子）导出。
现实性： 基本单位的定义与自然界的不变常数相联系，而非依赖于某种实物标准。
倍数与分数词头
10^24(尧Y)
10^21(泽Z)
10^18(艾E)
10^15(拍P)
10^12(太T)
10^9(吉G)
10^6(兆M)
10^3(千k)
10^2(百h)
10^1(十da)
10^0(一)
10^0(一)
10^-1(分d)
10^-2(厘c)
10^-3(毫m)
10^-6(微μ)
10^-9(纳n)
10^-12(皮p)
10^-15(飞f)
10^-18(阿a)
10^-21(仄z)
10^-24(幺y)
基本单位(标量)
时间(t) - 秒 (s)
铯-133原子基态两个超精细能级之间跃迁所对应的辐射的9192631770个周期的持续时间。
长度(l/d) - 米 (m)
光在真空中在1/299792458秒时间间隔内所经路径的长度。
质量(m) - 千克 (kg)
由普朗克常数h定义，其值被固定为6.62607015×10⁻³⁴ J·s（焦耳秒）。通过基布尔天平和X射线晶体密度法复现。
电流(I) - 安培 (A)
由元电荷e定义，其值被固定为1.602176634×10⁻¹⁹ C（库仑）。1安培是每秒通过1/1.602176634×10⁻¹⁹个元电荷（即1库仑）所对应的电流。
热力学温度(T) - 开尔文 (K)
由玻尔兹曼常数k定义，其值被固定为1.380649×10⁻²³ J·K⁻¹（焦耳每开尔文）。
物质的量(n) - 摩尔 (mol)
1摩尔精确包含6.02214076×10²³个基本实体（如原子、分子、离子、电子等）。该数字是阿伏伽德罗常数的固定数值。
发光强度(Iv) - 坎德拉 (cd)
坎德拉是频率为540×10¹² Hz（赫兹）的单色辐射在给定方向上的发光强度，该方向的辐射效能为683流明/瓦特。
导出单位
力(F)(矢量) - 牛顿 (N)： 1 N = 1 kg·m·s⁻²
能量(E)(标量)、功(W)(标量)、热量(Q)(标量) - 焦耳 (J)： 1 J = 1 N·m = 1 kg·m²·s⁻²
功率(P)(标量) - 瓦特 (W)： 1 W = 1 J/s = 1 kg·m²·s⁻³
压强(P)(标量)、应力(σ)(标量) - 帕斯卡 (Pa)： 1 Pa = 1 N/m² = 1 kg·m⁻¹·s⁻²
电荷量(Q/q)(标量) - 库仑 (C)： 1 C = 1 s·A
电势(V)(标量)、电压(U)(标量) - 伏特 (V)： 1 V = 1 W/A = 1 J/C = 1 kg·m²·s⁻³·A⁻¹
电阻(R)(标量) - 欧姆 (Ω)： 1 Ω = 1 V/A = 1 kg·m²·s⁻³·A⁻²
电导(G)(标量) - 西门子 (S)：定义为电阻的倒数，即 G = 1/R， 1 S = 1A/V = 1 kg⁻¹·m⁻²·s³·A²
电容(C)(标量) - 法拉 (F)： 1 F = 1 C/V = 1 kg⁻¹·m⁻²·s⁴·A²
电感(L)(标量) - 亨利 (H)： 1 H = 1 Wb/A = 1 kg·m²·s⁻²·A⁻²
磁通量(Φ)(标量) - 韦伯 (Wb)： 1 Wb = 1 V·s = 1 kg·m²·s⁻²·A⁻¹
磁感应强度(B)(矢量) - 特斯拉 (T)： 1 T = 1 Wb/m² = 1 kg·s⁻²·A⁻¹
频率(f/v)(标量) - 赫兹 (Hz)： 1 Hz = 1 s⁻¹
量纲
定义：表征物理量本质属性的幂次乘积表达式。它描述了物理量的基本构成，与具体的单位选择无关，是检验物理公式正确性和进行量纲分析的基础。
量纲式
定义： 表示一个导出物理量如何由一组基本物理量（如长度L、质量M、时间T等）构成的幂次乘积关系式。
示例：
速度的量纲式： [v] = L T⁻¹
力的量纲式： [F] = L M T⁻²
电势的量纲式： [V] = L² M T⁻³ I⁻¹
量纲齐次性原理： 任何正确的物理方程，其等式两边的量纲必须相同，且只有量纲相同的量才能进行加减运算。这是检验物理公式正确性的重要依据。
有量纲量
其数值表示依赖于基本单位选择的物理量。描述同一物理量时，使用不同的单位，其数值会不同。
数值依赖单位：描述同一物理量时，所使用的数值依赖于所选用的单位。同一个物理量，用不同的单位表示，其数值会不同。 例如：同一长度，用“米”作单位时数值是1，用“厘米”作单位时数值是100。但1米和100厘米代表的是相等的物理量。
可进行量纲分析：用于检验公式的正确性。
反映物理本质：量纲揭示了物理量的内在物理属性。
无量纲量
其数值与基本单位选择无关的物理量。在量纲表达式中，所有基本量纲的指数均为零，其量纲为1（或称“无量纲”）。
数值与单位无关：量值是一个纯数，不因单位制变化而改变（如圆周率π≈3.14，在任何单位制下数值不变）。
由同类量之比形成：通常由两个具有相同量纲的物理量相除得到。
可进行超越函数运算：如三角函数、指数函数、对数函数的自变量和函数值通常为无量纲量。
在物理中，通常用大写字母表示常量或总量，小写字母表示变量、特定值或能量中的特定形式
增量
在物理学和数学中，“增量”或“变化量”（通常用希腊字母 Δ，Delta，表示）是一个中性术语，它表示末态量减去初态量。
光速c固定为299792458 m/s≈3*10^8
标量
只有大小，没有方向，遵循代数运算法则。
矢量
有大小、有方向，合成与分解遵循平行四边形定则。
点乘（标量积）
定义：两个矢量的一种乘法运算，其结果是一个标量，其数值等于两个矢量的大小与它们之间夹角的余弦值的乘积。该运算反映了两个矢量在方向上的相似程度。
运算性质
数乘（标量与矢量的乘法）
定义：一个标量与一个矢量相乘的运算，其结果是一个新的矢量， 方向与原矢量相同（标量为正时）、相反（标量为负时）或为零（标量为零时），其大小等于原矢量大小与标量绝对值的乘积。
运算性质
叉乘（矢量积）
定义：两个矢量的一种乘法运算，其结果是一个新的矢量，该矢量垂直于原有两个矢量所确定的平面， 大小等于两个矢量的大小与它们之间夹角的正弦值的乘积，方向由右手螺旋定则确定。
运算性质
右手螺旋定则
伸开右手，使拇指与其余四指垂直，且四指弯曲方向与第一个矢量沿最小角度转向第二个矢量的方向一致，则拇指所指的方向即为叉乘结果矢量的方向。
物质的固有属性
定义：物质本身所具有的、不依赖于其运动状态和外部环境的内在性质。
最终目标：知晓一物质实体的全部固有属性，以近乎对一个单一物质实体达到全知。
惯性
定义：物体抵抗其运动状态改变的内在属性。它是一个描述物质基本行为的抽象概念。
注：惯性是物质固有的属性，其大小由质量量度。一切具有质量的物体都具有惯性。
质量(m)
定义：物体惯性（抵抗运动状态改变的内在能力）的量度，是产生和感受引力的源泉。其效果决定了物体获得加速度的难易程度以及所受引力的大小。
注：质量不是重量，但可以约等于重量，重量是地球物体质量受地球引力吸引而成的重力再由人用机械反推的物体"质量"。 而由重力反推的物体"质量"由于地球重力与机械预设标准重力的细微不同，"质量"并不等于物体真实的质量，但无限接近
电荷(Q/q)
定义：物体所含元电荷的多少的量度，决定了物体参与电磁相互作用的能力。
注：电荷是标量，其值可正可负。自然界中只存在两种电荷，同种电荷相斥，异种电荷相吸。电荷是量子化的，任何带电体的电荷量都是元电荷的整数倍。
磁矩 (μ)
定义：描述微观粒子（如电子、质子）或闭合电流回路所具有的内禀磁性质的物理量。
注：粒子的磁矩主要源于其自旋（自旋磁矩）和轨道运动（轨道磁矩）。它是理解原子光谱、核磁共振等现象的关键。
寿命 (τ)
定义：不稳定基本粒子或原子核从产生到自发衰变所能存在的平均时间。
注：寿命是物质内在稳定性的量度。稳定粒子的寿命极长，而不稳定粒子有特定的有限寿命。它与半衰期相关，但描述的是单个粒平均存活时间。
半衰期 (T_{1/2})
定义：在放射性衰变过程中，大量相同原子核的数目减少到其初始值一半时所需要的时间。
注：半衰期是原子核内在稳定性的量度，与原子核所处的物理或化学环境无关。不同的放射性核素具有其特定的半衰期。
静质量 (m₀)
定义：物体在相对于其静止的参考系中测量到的质量。
注：静质量是物体固有的、不随其运动速度改变的内禀属性。在相对论中，物体的运动质量会随速度增加，但静质量保持不变。
原时 (τ)
定义：在相对于物体静止的参考系中测量得到的时间间隔。
注：原时是固有时，是 Lorentz 不变量。对于加速运动的物体，其经历的真实时间就是沿其世界线累积的原时。它是狭义相对论中时间膨胀效应的比较基准。
自旋 (S)
定义：微观粒子固有的内禀角动量。
注：自旋是纯粹的量子力学概念，与经典物体的旋转有本质区别。其空间取向和大小都是量子化的。
色荷
定义：夸克和胶子所具有的、决定其参与强相互作用能力的内在属性。它是一个抽象的概念，类比于电荷，但有三种类型。
注：色荷是夸克之间通过交换胶子产生强相互作用、从而被束缚成质子、中子等强子的根本原因。与电荷不同，色荷具有“禁闭”特性，无法被单独观测到。
味 (Flavor)
定义：区分基本粒子（如夸克和轻子）不同种类或代（例如上夸克与下夸克，电子与μ子）的内禀属性。
注：这是一个抽象的分类标签。常见的味包括夸克的“上、下、奇、粲、底、顶”和轻子的“电子、μ子、τ子”及其相应的中微子。
物质的运动状态
定义：描述物质在时空中的存在形式及其变化。
个人感悟：一切运动的改变，本质上都只是能量之间的相互转化罢了。
最终目标：知悉物质的全部固有属性及当前运动状态，以期在已知物理定律下近乎完全地预知其整个演化历程。
力(F/f)
定义：物质实体间因固有属性（如质量、电荷）差异而产生的瞬时相互作用，其直接效果是改变受力物体的运动状态（产生加速度）或使其发生形变。
力是物质(单一实体)与外界(其他实体)之间的互动方式
万有引力
定义：由于物体具有质量而在其间产生的一种长程吸引力，其效果是将物体相互拉近，是维系天体运行的根本原因。
重力
定义：地球（或其他天体）对物体的引力衍生力（忽略地球自转的离心力）。
电磁力
电荷或磁体间的长程相互作用力，源于电荷/磁矩激发的电场/磁场。
弹力
定义：弹性体发生形变时，由于微观粒子间电磁相互作用而产生的、试图恢复原状的力。
（胡克定律）
摩擦力
定义：接触面间阻碍相对运动/趋势的力，本质是接触面分子间电磁力的耗散效应
滑动摩擦力
定义：两个相互接触的物体发生相对滑动时，阻碍它们相对运动的力。
最大静摩擦力
定义：两个相互接触的物体间，即将发生相对滑动但尚未滑动时的临界摩擦力。
库仑力 (静电力)
定义：真空中两个静止点电荷之间的相互作用力。
(公式备份)LaTeX：\vec{F} = k \frac{q_1 q_2}{r^2} \hat{r}
F：库仑力 (矢量)，单位：牛顿 (N)
k： 静电力常数，k ≈ 8.988×10⁹ N·m²/C²
q₁, q₂：电荷量 (标量)，单位：库仑 (C)
r：电荷间距 (标量)，单位：米 (m)
r̂： 从施力电荷指向受力电荷的单位矢量 (矢量)，无量纲
物理意义：库仑力 F 等于静电力常数 k 与电荷量乘积 q₁q₂ 的乘积，再除以距离平方 r² 所得的商。 大小在数值上等于真空中两个静止点电荷之间相互作用力的大小，方向沿两电荷的连线，同种电荷相斥，异种电荷相吸。
安培力
通电导线在磁场中受的宏观电磁力，本质是导线中所有运动电荷所受洛伦兹力的总和
(公式备份)LaTeX：\vec{F} = I \vec{L} \times \vec{B} \quad
F： 安培力 (矢量)，单位：牛顿 (N)
B： 磁感应强度 (矢量)，单位：特斯拉 (T)
I： 电流强度 (标量)，单位：安培 (A)
L： 导线有效长度 (标量)，单位：米 (m)
×： 矢量叉乘符号
θ： 电流方向与磁场方向的夹角 (标量)，单位： 度 (°) 或 弧度 (rad)，无量纲
物理意义：安培力 F 的大小等于磁感应强度 B、电流 I、导线长度 L 及夹角正弦 sinθ 四者的乘积。 大小在数值上等于一段通电直导线在均匀磁场中所受宏观力的大小，方向由左手定则判定。
洛伦兹力
定义：运动电荷在电磁场中所受的力。
(公式备份)LaTeX：\vec{F} = q\vec{E} + q\vec{v} \times \vec{B}
F：洛伦兹力 (矢量)，单位：牛顿 (N)
q：电荷量 (标量)，单位：库仑 (C)
E：电场强度 (矢量)，单位：伏特/米 (V/m)
v：电荷速度 (矢量)，单位：米/秒 (m/s)
B：磁感应强度 (矢量)，单位：特斯拉 (T)
×： 矢量叉乘符号
物理意义：洛伦兹力是电场力 qE 与磁场力 q(v×B) 的矢量和。 大小在数值上等于运动电荷在电磁场中某一点所受合力的大小，方向垂直于运动方向。
强相互作用力
作用于所有携带“色荷”的粒子之间，主要是夸克与胶子。
表现形式
色禁闭：将夸克永久地束缚在一起，形成质子、中子等复合粒子（统称为强子）。我们无法观察到自由的夸克。
核力：是强相互作用在更大尺度上的“残余力”，它将质子和中子束缚在原子核内，是核能的来源。
作用机制：由胶子传递。夸克之间通过交换胶子而产生强大的束缚力，核子间的残余强相互作用力将质子和中子束缚在原子核内。
特点：四种基本相互作用中最强的力，但力程极短，约在 10^-15m 范围内。
弱相互作用力
原子核内中子、质子等粒子间的短程力，由玻色子传递，负责粒子衰变。
作用对象：大多数基本粒子，如电子、中微子、夸克等。
作用机制：由 W⁺、W⁻、Z⁰中间玻色子传递。
特点：力程比强相互作用更短（约 10^-18 m），强度比电磁力弱。其主要表现形式是粒子种类的转变，即负责粒子的衰变过程（如β衰变）。
注：弱相互作用是四种基本相互作用中唯一被发现能破坏“宇称守恒”（镜像对称性）的力。
能量(E)
定义：能量是物理学中描述物体系统状态的一个基本物理量，是物质运动的一般量度。
个人感悟：物质和能量本就一体，能量是物质运动状态的量化描述，是人类设想出来的，依托于物质而存在
注：在一个孤立系统中，能量总量守恒（在不考虑相对论效应和量子效应的经典物理框架下）。可以将其理解为物质运动所具有的“做功潜力”。
能量守恒与转化定律
能量既不能凭空产生，也不能凭空消失，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另一个物体。在转化和转移过程中，能量的总量保持不变。
动能(Ek)
定义：由于物体本身具有质量并处于运动状态而具有的能量，其效果是衡量该物体依靠自身运动能够对外做功的多少。
动量(P)
定义：物体运动量的量度，是描述物体运动状态的矢量。其变化由力在时间上的累积效应所决定。动量越大，改变该物体的运动状态就越困难。
冲量 (I)
定义：力在时间上的累积效应
重力势能(Ep)
定义：物体因处于重力场中特定位置而具有的能量。
弹性势能(Ep)
定义：弹性体因发生弹性形变而具有的能量。
内能(U)
定义：物质内部所有微观粒子（分子、原子等）各种运动能量的总和，与温度有关。
U： 内能 (标量)，单位： 焦耳 (J)
电磁能
定义： 电荷系统或电磁场由于其电荷分布、电流或场本身的配置而具有的能量。其效果是电磁相互作用中做功和能量转化的基础。
核能
定义： 原子核内核子（质子和中子）之间由于强相互作用而束缚在一起所对应的能量。其效果是核反应（如裂变、聚变）中巨大能量释放的来源。
化学能
定义： 分子或原子团内部由于化学键（本质是电磁相互作用）的配置而储存的能量。其效果是化学键断裂和形成过程中能量释放或吸收的度量，是化学反应的驱动力。
功能关系
动能定理
定义：合外力对物体所做的总功，等于物体动能的变化量。
动量守恒定律
定义：如果一个系统不受外力或所受外力的矢量和为零，那么这个系统的总动量保持不变。
机械能守恒定理
定义：在只有重力或弹力做功的系统内，物体的动能与势能可以相互转化，而总和保持不变。
功(W)
定义：能量转化的量度。其量值等于力与物体在力的方向上发生位移的乘积。
个人感悟
物质通过力做功，来进行与其他物质的互动(运动状态的改变)和能量之间的相互转化， 力是物质之间的相互作用，功是能量转化的量度。
经典力学
热学与统计物理
定义：研究热现象的规律、本质及其应用的学科。 其名称源于“热”这一最原始、最直观的自然现象，中心思想为"能量守恒，过程不可逆"。 可以分为从宏观实验定律出发，研究能量转化与传递的热学，与从微观粒子运动出发，揭示热现象本质的统计物理。
历史
18世纪中叶，罗蒙诺索夫提出“热是物质微粒运动的表现”。
19世纪40年代，迈耶、焦耳等人通过实验确立了热力学第一定律。
1850年代，克劳修斯和开尔文分别提出了热力学第二定律的不同表述。
电磁学
定义：研究电场与磁场的产生、相互作用及传播规律的学科。 其名称源于“电”与“磁”这两种紧密关联、互为因果的自然现象，中心思想为"变化的电磁场相互激发并传播"。 可以分为研究由静止电荷激发的静电场的静电学、研究由稳态电流激发的静磁场的静磁学，以及研究变化电磁场相互激发并传播的电动力学。
历史
1820年，丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应
1831年，法拉第发现了电磁感应现象
1865年，麦克斯韦提出了感应电场和位移电流假说，总结了完整的电磁场理论，该理论预言了电磁波的存在，并指出光是一种电磁波。
1897年，汤姆逊通过观测阴极射线发现了电子
1913年，密立根通过油滴实验发现带电体的电荷量总是以基本单元(元电荷)的整数倍出现
基本常识
子主题
元电荷（e）
带电物质实体“电荷属性”的最小可测量单位，数值上等于电子或质子所携带的电荷量绝对值。
e=1.602176634·10-19C
电荷量子化
定义： 任何宏观带电体所带的电荷量，只能是元电荷（e）这一基本单元的整数倍。电荷的这种只能取离散的、不连续的量值的性质，叫做电荷的量子化。
电荷守恒定律
在一个孤立系统中，无论发生了怎样的物理过程，电荷都不会产生，也不会消失， 只能从一个物体转移到另一个物体上，或从物体的一部分转移到另一部分，电荷的代数和是守恒的。
电荷量(Q/q)
单位是库仑，简称库，符号为C
物体所带电荷的多少
电流 (I)
定义： 描述电荷定向移动强弱程度的物理量。其大小等于单位时间内通过导体某一横截面的电荷量。
电压 (U)
定义： 描述电场中两点间能量属性的物理量，也称电势差。其大小等于电场力将单位正电荷从一点移动到另一点所做的功。
电动势 (ℰ)
定义： 描述电源内部非静电力将其他形式能量转化为电能能力的物理量。其量值等于非静电力将单位正电荷从电源负极通过电源内部搬运到正极所做的功。它是电源本身特性的反映，与外电路是否接通无关。
闭合电路欧姆定律
定义：无
电势(V)
定义：描述电场能量属性的物理量。
注：电势沿电场线方向降低。
与电场强度的关系：电场强度是电势的负梯度。在均匀电场中，这一关系可简化为：电场强度的大小等于单位距离上的电势差，其方向指向电势降低最快的方向。
电势能 (Eₚ)
定义：电荷在静电场中由于位置而具有的能量。
Eₚ=qv
电场强度(E)
定义：描述电场本身强弱和方向的矢量
电功 (W)
定义： 电流在一段电路上做功的量度，即电能转化为其他形式能量的量。其大小等于电路两端的电压、流过电路的电流和通电时间的乘积。
电功率 (P)
定义： 表示电流做功快慢的物理量。其大小等于单位时间内电流所做的功。
电阻 (R)
定义： 表征导体对电流阻碍作用的物理量。是导体本身的一种属性，由导体的材料、长度、横截面积和温度决定。
电容 (C)
定义：表征电容器储存电荷能力的物理量。
电场线
描述电场分布的假想曲线。某点切线方向表示场强方向，曲线疏密表示场强大小。电场线始于正电荷，终于负电荷。
等势面
电场中电势相等的点构成的面。等势面与电场线处处垂直。沿等势面移动电荷，电场力不做功。
安培力
定义： 通电导线在磁场中所受的宏观电磁力，其微观本质是导线中所有定向运动的自由电荷所受洛伦兹力的总和。
洛伦兹力
定义： 运动电荷在电磁场中所受的力。其完整形式包含电场力分量和磁场力分量，是电磁学中最基本的力公式之一。
闭合曲面
一个封闭的、没有边界的曲面，它将空间分隔为两个不连通的区域：曲面内部和曲面外部。
静电学
研究静止不动的电荷（即“静电荷”）所激发的电场及其相互作用规律的物理学分支。其所有物理量（电荷分布、电场分布）均不随时间变化。
自然界只有两种电荷，分别分为正电荷和负电荷。同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。
物体能产生电磁现象，主要是因为物体所带的电荷，以及这些电荷的运动。人们对电荷的认识最早是从摩擦起电现象和自然界的雷电现象开始的。 实验指出，硬橡胶棒与皮毛摩擦后或玻璃棒与丝绸摩擦后对轻微物体都有吸引作用。这种现象称为带电现象，经过摩擦后的物体带有电荷。
摩擦起电的根本原因与物体的电结构有关。按照原子理论，任何物体都是由分子、原子构成的， 原子又是由质子和中子组成的原子核以及核外的电子构成的。中子不带电，质子带正电，电子带负电。 通常状态下，质子所带的正电荷和核外电子所带的负电荷在电荷量上相等，因此原子整体上对外不显示电性。 当物体经受摩擦等作用而造成物体中的电子发生转移时，物体便带了电，失去电子时带正电，得到电子时带负电。
静电平衡
定义： 导体内部自由电荷定向移动停止，导体上电荷分布达到稳定的状态。
静电平衡条件
导体内部场强为零：E_内 = 0
导体是等势体，表面是等势面：导体内部各点电势相等，且等于表面电势
电荷只分布在导体外表面：净电荷仅分布于导体外表面，内表面无净电荷（对于空腔导体）
表面场强垂直于表面：导体表面附近电场强度方向与表面垂直，大小 E = σ/ε₀
物理意义： 静电平衡是电荷分布达到稳定的状态； 该状态下导体内部场强处处为零，整个导体电势相等，电荷分布满足静电平衡条件。
静电场
当电荷相对于某参考系静止时，电荷在这个相对静止的参考系中就只激发电场，这个电场就是静电场。
电通量 (Φₑ)
定义： 描述电场强度穿过一个给定曲面的通量的物理量，其数值上等于电场强度在该曲面上的面积分，直观效果是衡量电场线穿过该面的数量。
点电荷系
定义：由两个或两个以上彼此之间存在相互作用的点电荷组成的系统。其核心物理性质是电荷间的相互作用力与能量。
相互作用能（电势能）
定义： 点电荷系因其中各电荷处于彼此激发的静电场中而具有的总势能。其数值等于将各个电荷从无限远离的状态移动到当前构型时，外力克服静电力所做的总功。
左手定则（电动机定则）
定义： 用于判断磁场对电流（或运动电荷）作用力方向的定则。
手势规则（判断安培力/洛伦兹力方向）： 伸开左手，使拇指与其余四指垂直，且与手掌在同一平面内； 使磁感线垂直穿入手心，四指指向电流方向（或正电荷运动方向），则拇指所指的方向即为通电导线或运动电荷所受安培力（或洛伦兹力）的方向。
右手定则（发电机定则）
定义： 用于判断电流所激发磁场方向，以及导体切割磁感线时产生的感应电动势方向的定则。
手势规则（判断直线电流的磁场方向）： 用右手握住直导线，拇指指向电流方向，弯曲四指所指的方向即为磁感线的环绕方向。
手势规则（判断环形电流/螺线管的磁场方向）： 用右手握住环形线圈或螺线管，使四指弯曲方向与电流方向一致，则拇指所指的方向即为环形电流中心或螺线管内部的磁场方向（N极）。
手势规则（判断导体切割磁感线产生的感应电动势方向）： 伸开右手，使磁感线垂直穿入手心，拇指指向导体切割磁感线的运动方向，则四指所指的方向即为感应电动势（或感应电流）的方向。
库仑定律
高斯定理
定义：在真空静电场中，穿过任一闭合曲面的电通量，等于该闭合曲面内所包围的电荷代数和除以真空介电常数。
注：正方体或长方体的六个面也可以看作是一个闭合曲面。
(公式备份)LaTeX：\oint_S \vec{E} \cdot d\vec{A} = \frac{Q_{内}}{\varepsilon_0}
∮S：对闭合曲面的积分。
E：电场强度 (矢量)，单位：伏特每米 (V/m)。
dA：面积微元 (矢量)，单位：平方米 (m²)。
Q内：闭合曲面内的净电荷量 (标量)，单位：库仑 (C)。
ε0叫做真空电容率，又称真空介电常量，其量值为8.854·10-12C2·N-1·m-2
物理意义：揭示了静电场是有源场，电场线始于正电荷，终于负电荷。
物理意义：揭示了静电场是有源场，电场线始于正电荷，终于负电荷。
电通量为零条件：内无电荷 或 外对称
曲面内无电荷 ( Q_内 = 0 )
根据高斯定理 Φ = Q_内 / ε₀ ，当 Q_内 = 0 时，电通量 Φ 必然为零。
场与面几何对称
当电场分布和闭合曲面形状满足某种对称性时，穿入和穿出曲面的电场线数量相等，相互抵消，导致净通量为零。
例：匀强电场中的对称面：在无限大均匀带电平面的匀强电场中，放置一个圆柱体状的闭合曲面，其轴线与电场方向平行。 此时，穿入和穿出曲面的电场线数量相等。
例：点电荷电场中的同心球面：虽然点电荷在球面内时通量不为零，但若点电荷在球面外，其电场线会穿入又穿出该球面，净通量也为零。
环路定理
定义：在恒定磁场中，磁感应强度沿任意闭合路径的线积分，等于该路径所包围的电流的代数和与真空磁导率的乘积。
(公式备份)LaTeX：\oint_L \vec{E} \cdot d\vec{l} = 0
∮L：对闭合路径的积分。
矢量E是电场强度。
矢量dl是路径微元。
物理意义：揭示了磁场是有旋场（非保守场），其漩涡源是电流。
揭示了静电场是一种保守场（无旋场），电场力做功与路径无关，从而可以引入“电势”的概念。
平行板电容器
定义内容：由两块面积很大、相距很近且平行的导体板构成的、用以储存电荷和电能的常见电路元件。其间的电场可视为匀强电场。
电容
定义： 表征平行板电容器储存电荷能力的物理量。其大小由导体板的面积、板间距离及板间介质的属性共同决定。
球形电容器
定义：由两个同心金属球壳构成的电容器。电荷均匀分布在球壳的外表面和内表面，其间的电场具有球对称性。
电容
定义： 表征球形电容器储存电荷能力的物理量。其大小由内外球壳的半径及其间介质的属性决定。
圆柱形电容器
定义内容：由两个同轴圆柱导体面构成的电容器。其间的电场分布具有柱对称性。
电容
定义： 表征圆柱形电容器储存电荷能力的物理量。其大小与圆柱的长度、内外半径及介质属性有关。
带电金属导体球
孤立带电导体球
电势
定义： 半径为R、带电量为Q的孤立金属导体球在真空中静电平衡时的电势。
导体球壳系统
电势
定义： 带电小导体球置于不带电大导体球壳内，用导线连接后静电平衡时小球的电势。
无限大均匀带电平面
定义： 一个电荷面密度为 \sigma 的无限大均匀带电平面，在其两侧产生的电场是匀强电场。 大小由该公式决定，方向垂直于平面。(需要修改)
电势 (V)
定义： 在无限大均匀带电平面产生的匀强电场中，某点相对于零势能参考点的电势差。此公式设定带电平面本身（x=0 处）的电势为零。
电场强度(E)
定义： 由电荷面密度为 σ 的无限大均匀带电平面在其两侧所激发的静电场，该电场是匀强电场。
单位面积电容 (Cₐ)
定义： 将无限大带电平面视为一个极板，与另一平行放置的无限大极板构成电容器时，单位面积所对应的电容。
静电能量密度 (ω_e)
定义： 匀强电场单位体积内所储存的静电能。
均匀带电圆盘
中心轴线上任意点电场强度(E)
中心轴线上任意点电势(V)
静磁学
研究恒定不变的电流（即“稳恒电流”）所激发的磁场及其相互作用规律的物理学分支。其所有物理量（电流、磁场分布）均不随时间变化。
磁通量 (Φₘ)
定义： 描述磁感应强度穿过一个给定曲面的通量的物理量，其数值上等于磁感应强度在该曲面上的面积分，直观效果是衡量磁感线穿过该面的数量。
磁链 (Ψ)
定义： 表征穿过一个多匝线圈的总磁通量的物理量。其值等于穿过线圈各匝的磁通量之和。
磁矩 (m)
定义： 描述平面载流线圈本身磁性质（强弱和方向）的物理量。其大小等于电流与线圈面积的乘积，方向由右手螺旋定则确定。
磁力矩
定义： 载流线圈在均匀外磁场中所受的力矩。
毕奥-萨伐尔定律
定义：描述了恒定电流元在空间任意一点所激发的磁感应强度的规律。
高斯定理（磁场）
定义：穿过任意闭合曲面的磁通量恒为零。
物理意义： 穿过任意闭合曲面的磁通量恒等于零； 大小在数值上反映了磁场是无源场的基本性质，表明磁感线是闭合的曲线，不存在独立的磁单极。
安培环路定理
定义： 在恒定磁场中，磁感应强度沿任意闭合路径的环流（线积分），等于该路径所包围的电流的代数和与真空磁导率的乘积。
物理意义：揭示了磁场是有旋场（非保守场），其漩涡源是电流。
无限长直载流导线
定义： 一种理想化模型，指长度可视为无限、截面大小可忽略的直导线，当通有恒定电流时，在其周围空间激发磁场。
磁感应强度
定义： 无限长直载流导线在其周围空间某点所激发的磁场的强弱和方向。
圆形电流线圈
定义内容：导线围成圆形回路并通有恒定电流时，称为圆形电流线圈。它在周围空间激发非均匀磁场，并具有磁矩。
轴线上的磁感应强度
定义： 通有电流 I、半径为 R 的圆形线圈，在其通过中心的轴线上任意一点所激发的磁感应强度。
无限长密绕螺线管
定义内容：一种理想化模型，指长度远大于直径、线圈缠绕紧密且均匀的直螺线管。当通有电流时，其内部产生匀强磁场，外部磁场近似为零。
内部的磁感应强度
定义： 单位长度上匝数为 n 的无限长密绕螺线管，在通有电流 I 时，其内部产生的匀强磁场的磁感应强度。
动态电磁场与麦克斯韦方程组
麦克斯韦将静电学和静磁学的定理进行统一与推广，加入了“变化”的思想，从而完整描述了电磁场。
法拉第电磁感应定律
定义： 揭示了变化磁场会激发电场的现象。其核心是：当穿过导体回路的磁通量发生变化时，回路中会产生感应电动势，其效果总是阻碍引起它的磁通量变化。
楞次定律： 感应电流的方向总是试图抵消引起它本身的磁通量变化。即“阻碍变化”。
位移电流假说：变化的电场会激发磁场，等效于一种“电流”。
动生电动势
定义： 一段导体在恒定磁场中运动时，由于导体中自由电荷随导体一起运动而受到洛伦兹力，从而在导体两端产生的感应电动势。
感生电动势
定义： 导体回路保持静止，由于穿过回路的磁通量发生变化，从而在回路中产生的感应电动势。其非静电力源于变化磁场激发的涡旋电场。
光学
定义：研究光与物质相互作用的学科。 其名称源于“光”这一最直观的视觉现象，中心思想为“光是波也是粒子”。 可以分为以光的直线传播模型为基础研究成像规律的几何光学，和以光的波动性为基础研究干涉、衍射等现象的波动光学。
相对论
定义：研究物质在高速运动或强引力场中的运动及时空结构规律的学科。 其名称源于“相对性”这一核心原则，中心思想为“时空是统一的、相对的，并且是动力学的实体”。 可以分为摒弃绝对时空观、建立在光速不变原理之上的狭义相对论，和将引力几何化、描述物质如何弯曲时空的广义相对论。
相对性
物理定律在所有参考系中应具有相同形式
量子力学
定义：研究微观粒子运动与相互作用规律的物理学基础理论。 其名称源于“量子”这一基本概念，中心思想为“微观世界的本质是量子化的概率波”。 可以分为以波函数和薛定谔方程描述粒子概率分布的波动力学，以及其他等效的数学表述形式。
量子
物理量存在最小的不可再分单元
原子物理学
常识
原子质量单位（u）
物质“微观粒子”质量固有属性的量化基准
1u=1/12C12≈1.6605×10-27kg
国际计量大会（CGPM）规定把碳-12同位素原子质量的1/12作为原子质量单位
质子
带正电（电荷量+e），质量约为 1.6726*10^-27kg（约1.0007u）
中子
中性（电荷量0），质量约 1.6749*10^-27kg，（约1.0089u）
电子
带负电（电荷量-e），质量约9.109*10^-31kg，（约0.0005486u）
核子
核子是原子核的“基本构建单元”，即组成原子核的每一个独立物质粒子。目前公认的核子只有两种：质子和中子。
原子核物理学
粒子物理学
凝聚态物理学
个人感悟
物理中没有什么是绝对不变的，除非那是理想状态。