IB 物理/场和力

主题 6 场和力

6.1 引力场和力

6.1.1 说明牛顿万有引力定律

• 每个点质量都以与其质量乘积成正比、与其距离平方成反比的力吸引其他每个点质量

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

     • G = 万有引力常数 (6.67 x 10^-11)Nm²kg^-2，由亨利·卡文迪什测定
     • M = 源质量（场源自哪里）
     • m = 测试质量（受力影响的质量，尽管它本身也具有引力）
     • r = 每个质量中心的距离

6.1.2 定义引力场强

一个空间，一个小的测试质量由于其质量而在这个空间中受到力。

• 1. $g={\frac {F}{m}}$

6.1.3 确定由一个或多个点质量产生的引力场

• 引力场可以用引力线来表示
• 引力线必须均匀分布在点质量周围
• 线越多表示场强越大

6.1.4 推导出行星表面引力场强度的表达式，假设其所有质量都集中在中心

换句话说，必须找到一个表达式，用距离源的距离来表示引力场强度；一个函数 g(r)，当知道距离时，可以计算引力场强度。这是因为在这种情况下，我们想找到当知道表面离源多远时，引力场强度。

• 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 电场和力

6.2.1 说明两种电荷类型

• 正 (+) = 电子缺乏
• 负 (-) = 电子过剩

6.2.2 说明并应用电荷守恒定律

• 孤立系统的净电荷守恒。电荷保持不变。
• 电荷既不能产生也不能消灭。
• 利用这个定律，我们总能预测有多少正电荷和负电荷存在

6.2.3 描述并解释导体和绝缘体的电学性质差异

• 导体
  • 允许电子轻松通过的物质
  • 例如：金属石墨
  • 超导体：完美的导体，所有物质在 0 绝对零度时都变成超导体
• 绝缘体
  • 不允许电子轻松通过的物质
  • 例如：塑料、橡胶
  • 没有完美的绝缘体

6.2.4 说明库仑定律

• 两个电荷之间的电力与其电荷乘积成正比、与其距离平方成反比
• 它沿连接两个电荷的直线作用

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

  • F = 电荷吸引/排斥力
  • q₁ = 源电荷
  • q₂ = 检验电荷
  • r = 电荷中心之间的距离
  • k = 库仑常数 (8.99 x 10⁹)Nm²C^-2 （真空）
    • 在其他介质中使用 ${\frac {1}{4\pi E_{0}}}$，其中E₀ 是自由空间的介电常数

6.2.5 定义电场强度

• 在电子场中，该点处一个小的正检验电荷所感受到的单位电荷力。

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

• 电场存在于电荷和电荷组合周围

6.2.6 确定一个或多个点电荷产生的电场强度

• 1. $E=k{\frac {q}{r^{2}}}$

6.2.7 绘制不同电荷构型的电场模式

• 需要图片
• 电场总是从正极流向负极

6.3 磁力与磁场

6.3.1 说明运动电荷产生磁场

• 奥斯特的电磁学基本原理：运动电荷产生磁场

6.3.2 绘制电流产生的磁场模式

• 通过导线的电荷
• 螺线管
• 磁场中自由移动的电荷

6.3.3 确定运动电荷在磁场中受到的力的方向

• 右手定则 #3
  • 手指代表磁场
  • 拇指代表速度方向
  • 手掌代表力
• 或左手定则 (FBI 规则)
  • 用左手手指从拇指开始按顺序标记 FBI，保持三指相互垂直。
  • F (拇指) 代表力
  • B (食指) 代表磁场方向
  • I (中指) 代表电流方向 (与正电荷的速度方向相同，与负电荷的速度方向相反)

6.3.4. 定义磁场的强度和方向

• 磁场从北极指向南极，并在磁铁内部反转

参考资料

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