《物理选修3-1》中涉及的公式及其推导过程如下:
速度公式
公式:$v = \frac{\Delta x}{\Delta t}$
推导过程:速度的定义是物体在单位时间内所移动的距离。设物体的初位置为$x_1$,末位置为$x_2$,所需时间为$\Delta t$,则移动的距离$\Delta x = x_2 - x_1$。代入速度的定义可得$v = \frac{\Delta x}{\Delta t}$。
加速度公式
公式:$a = \frac{\Delta v}{\Delta t}$
推导过程:加速度的定义是单位时间内速度的变化率。设物体的初始速度为$v_1$,末速度为$v_2$,时间间隔为$\Delta t = t_2 - t_1$,则加速度$a = \frac{v_2 - v_1}{\Delta t}$,化简后得到$a = \frac{\Delta v}{\Delta t}$。
牛顿第二定律
公式:$F = ma$
推导过程:根据牛顿第二定律,物体的加速度与作用在它身上的力成正比,与物体的质量成反比。设加速度为$a$,质量为$m$,所受的力为$F$,则有$a = \frac{F}{m}$。根据速度的定义$v = at$,将加速度代入可得$v = \frac{F}{m}t$,进一步化简得到$F = ma$。
动能公式
公式:$E_k = \frac{1}{2}mv^2$
推导过程:动能是物体由于其运动而具有的能量。根据动能的定义$E_k = \frac{1}{2}mv^2$,其中$m$是物体的质量,$v$是物体的速度。这个公式可以通过动能原理推导得到。根据动能原理,物体的动能改变等于它所受的净作用力沿着它的运动方向所做的功。根据功的定义$W = Fd$,将$F = ma$和$v = at$代入可以得到$W = mad$,再将$d$替换为$\Delta x$可以得到$E_k = \frac{1}{2}mv^2$。
这些公式是电磁学中的基本公式,涵盖了速度、加速度、力和能量等核心概念。通过这些公式,可以进一步推导出其他相关物理量,从而更深入地理解电磁学的基本原理。