IB 物理/場和力

主題 6 場和力

6.1 引力場和力

6.1.1 說明牛頓萬有引力定律

• 每個點質量都以與其質量乘積成正比、與其距離平方成反比的力吸引其他每個點質量

  1. $F=G{\frac {Mm}{r^{2}}}$

     • G = 萬有引力常數 (6.67 x 10^-11)Nm²kg^-2，由亨利·卡文迪什測定
     • M = 源質量（場源自哪裡）
     • m = 測試質量（受力影響的質量，儘管它本身也具有引力）
     • r = 每個質量中心的距離

6.1.2 定義引力場強

一個空間，一個小的測試質量由於其質量而在這個空間中受到力。

• 1. $g={\frac {F}{m}}$

6.1.3 確定由一個或多個點質量產生的引力場

• 引力場可以用引力線來表示
• 引力線必須均勻分佈在點質量周圍
• 線越多表示場強越大

6.1.4 推匯出行星表面引力場強度的表示式，假設其所有質量都集中在中心

換句話說，必須找到一個表示式，用距離源的距離來表示引力場強度；一個函式 g(r)，當知道距離時，可以計算引力場強度。這是因為在這種情況下，我們想找到當知道表面離源多遠時，引力場強度。

• 1. $g={\frac {F}{m}}$

     $F=G{\frac {Mm}{r^{2}}}$

     $g={\frac {G{\frac {Mm}{r^{2}}}}{m}}$

• m 被抵消，所以

  1. $g=G{\frac {M}{r^{2}}}$

6.2 電場和力

6.2.1 說明兩種電荷型別

• 正 (+) = 電子缺乏
• 負 (-) = 電子過剩

6.2.2 說明並應用電荷守恆定律

• 孤立系統的淨電荷守恆。電荷保持不變。
• 電荷既不能產生也不能消滅。
• 利用這個定律，我們總能預測有多少正電荷和負電荷存在

6.2.3 描述並解釋導體和絕緣體的電學性質差異

• 導體
  • 允許電子輕鬆透過的物質
  • 例如：金屬石墨
  • 超導體：完美的導體，所有物質在 0 絕對零度時都變成超導體
• 絕緣體
  • 不允許電子輕鬆透過的物質
  • 例如：塑膠、橡膠
  • 沒有完美的絕緣體

6.2.4 說明庫侖定律

• 兩個電荷之間的電力與其電荷乘積成正比、與其距離平方成反比
• 它沿連線兩個電荷的直線作用

  1. $F=k{\frac {q_{1}q_{2}}{r^{2}}}$

  • F = 電荷吸引/排斥力
  • q₁ = 源電荷
  • q₂ = 檢驗電荷
  • r = 電荷中心之間的距離
  • k = 庫侖常數 (8.99 x 10⁹)Nm²C^-2 （真空）
    • 在其他介質中使用 ${\frac {1}{4\pi E_{0}}}$，其中E₀ 是自由空間的介電常數

6.2.5 定義電場強度

• 在電子場中，該點處一個小的正檢驗電荷所感受到的單位電荷力。

  1. $E={\frac {F}{q}}$

• 電場存在於電荷和電荷組合周圍

6.2.6 確定一個或多個點電荷產生的電場強度

• 1. $E=k{\frac {q}{r^{2}}}$

6.2.7 繪製不同電荷構型的電場模式

• 需要圖片
• 電場總是從正極流向負極

6.3 磁力與磁場

6.3.1 說明運動電荷產生磁場

• 奧斯特的電磁學基本原理：運動電荷產生磁場

6.3.2 繪製電流產生的磁場模式

• 透過導線的電荷
• 螺線管
• 磁場中自由移動的電荷

6.3.3 確定運動電荷在磁場中受到的力的方向

• 右手定則 #3
  • 手指代表磁場
  • 拇指代表速度方向
  • 手掌代表力
• 或左手定則 (FBI 規則)
  • 用左手手指從拇指開始按順序標記 FBI，保持三指相互垂直。
  • F (拇指) 代表力
  • B (食指) 代表磁場方向
  • I (中指) 代表電流方向 (與正電荷的速度方向相同，與負電荷的速度方向相反)

6.3.4. 定義磁場的強度和方向

• 磁場從北極指向南極，並在磁鐵內部反轉

參考資料

1. ^ http://www.alsunseng.com/IB%20Physics/Curriculum%20Summary/Unit%206.pdf
2. ^ http://www.scribd.com/doc/13750977/IB-Physics-Core-Syllabus-Summary-2009-Draft1