IV. 電和磁(Electricity and Magnetism)

1. 靜電學

• 電荷與庫侖定律：

  • 驗證正負電荷的相互作用（吸引/排斥），應用庫侖定律計算點電荷間的靜電力。

  • 解釋摩擦起電（如梳子吸引紙屑）與感應起電的微觀機制（電子轉移）。

• 電場與電場強度：

  • 用電場線描述點電荷與平行板間的電場分布，定義電場強度 E=FqE=qF​。

2. 電路與家居用電

• 電流與電勢差：

  • 定義電流（電荷流動率）與電勢差（電能轉換率）。

  • 區分電動勢（電源供能）與端電壓（實際輸出）。

• 歐姆定律與電阻：

  • 驗證 V=IR，分析金屬、半導體（如二極管）的 I−V特性曲線差異。

  • 探究影響電阻的因素（長度、截面積、電阻率 $\rho$），並計算電阻溫度係數。

• 串聯與並聯電路：

  • 推導總電阻公式。

• 家居電學與安全：

  • 計算電器功率 P=VI與電費（千瓦時，kWh），討論保險絲與漏電斷路器的作用。

3. 電磁學

• 磁場與電流磁效應：

  • 用磁力線描述條形磁鐵、載流導線（右手定則）與螺線管的磁場。

  • 應用公式計算長直導線與螺線管的磁場強度。

• 磁場中的力：

  • 分析載流導線在磁場中的受力，解釋電動機運作原理。

  • 探討帶電粒子在磁場中的圓周運動（如質譜儀）。

• 電磁感應：

  • 驗證法拉第定律 與楞次定律（感生電流方向）。

  • 比較發電機（機械能→電能）與變壓器的原理。

  • 討論高壓輸電的優點（減少能量損耗）。