AP物理C电磁学大纲中文版.docx

A. 静电学 1. 电荷和库仑定律 a）学生应该理解电荷的概念，所以他们能够： 1）描述电荷的类别和电荷之间的相互吸引和排斥 2）描述极化现象和感应电荷 b）学生应该理解库仑定律和叠加原理，所以他们能够 1）计算作用在某一正电荷或者负电荷上力的大小和方向，这个力是由于其他特定的点电荷引起的 2）分析具有特定电荷和质量的粒子在某一静电力作用下的的运动 2. 电场和电势（包含多个点电荷） a）学生应该理解电场的概念，所以他们能够 1）定义电场为作用在试探电荷上的力 2）描述并计算单个点电荷的电场 3）计算由两个或者多个点电荷形成的电场的大小和方向 4）计算处于特定电场中的一个正电荷或者负电荷所受到的力的大小和方向 5）解释电场线图 6）分析具有特定电荷和质量的粒子在匀强电场中的运动 b）学生应该理解电势的概念，所以他们能够 1）求解一个或者多个点电荷附近的电势 2）计算作用在一个电荷上的功或者应用能量守恒求解通过一个特定的电势差之后电荷的速度 3）已知等势面图，求解不同的位置的电场的方向和大小的近似值 4）计算处于匀强电场中的两点的电势差，并说明哪一点的电势高 5）计算把一个处于固定点电荷激发的电场中的试探电荷从一点移动到另一点所需要做的功 6）计算两个或者多个点电荷系统所具有的电势能，并且计算建立这样的系统所需要做的功 7）给定电场关于一条线上的位置的函数，应用积分求解这条线上两点间的电势差 8）陈述电场和电势的一般的关系，定义并且应用（the concept of a conservative electric force）电场是保守力场 3. 高斯定理 a）学生应该理解电场和电通量的关系，所以他们能够 1）计算电场通过任一面的电通量或者大小均匀的电场垂直通过高斯面的电通量 2）当电场垂直于一个矩形，并且电场只是一个坐标的函数时，计算电场通过这样的矩形的电通量 3）应用电通量和电场线的关系 b）学生应该能够理解高斯定理，所以他们能够 1）用积分的形式表达高斯定理，并且对于特定的表面，定性的联系电通量和电荷。 2）结合对称性的讨论。应用高斯定理求解具有面对称，圆柱对称或者球对称的电荷分布的电场 3）若已知某一面附近的电场，求解电荷密度和总电荷量 4. 其他电荷分布的电场和电势 a）学生应该能够应用叠加原理并通过积分求解 1）长直均匀带电线的电场 2）带电细环轴线上的电场和电势，带电圆弧圆心上的电场和电势 3）均匀带电圆盘轴线上的电势 b）学生应该知道高度对称性的电荷分布的电场，所以他们能够 1）能够识别哪一种情况下，电荷分布激发的电场的方向可以通过对称性的讨论给出。 2）能够定性的描述以下电荷分布激发的电场的图像和随距离的变化 a）带异种电荷的平行板 b）长均匀的带电线，薄球壳和圆柱壳的 3）应用叠加原理求解平行带电面，共轴圆柱和同心球的电场 4）推导上述情形中电势随时间变化的函数B. 导体 电容 电介质1. 有导体存在的静电学 a）学生应该理解导体内部和周围电场的性质 1）解释导体内部没有电场的力学原因，并且知道所有的过剩的电荷必须存在于导体的表面 2）解释为何导体一定是等势的，并应用此定律分析，当两个导体通过导线相连时会怎样 3）证明所有的过剩电荷必须存在于导体表面，和导体外的电场必须和导体表面垂直。 b）学生应该能够描述并绘制一个带电导体球内部和外部电场和电势的图像 c）学生应该理解感应电荷和静电屏蔽，所以他们能够 1）描述感应起电的过程 2）解释一个电中性的导体为何会被带电物体吸引 3）解释由一个单独的导体包围的没有电荷存在的区域为何没有电场，并认识到这种结果的效果 4）解释一个封闭的导体表面外部的电场为何不取决于电荷在由导体包围的空间中的位置，并且认识到这种结果的效果2. 电容器 a）学生应该理解电容器的定义和功能，所以他们能够 1）把电容器存储的电荷和电容器的电压联系起来 2）把电容器的电压，电荷和存储的能量联系起来 3）能够识别存储在电容器中的能量转化为其他形式的能量的情形 b）学生应该理解平行板电容器的物理学，所以他们能够 1）描述平行板电容器中的电场，并且把电场强度和两板间电压和板间距联系起来 2）把电场和板上电荷密度联系起来 3）推导平行板电容器的电容表达式 4）判断如何改变尺寸会影响电容的值 5）推导并且应用平板电容器中存储的能量的表达式，推导并且应用存在于两板间电场的能量密度的表达式 6）电容器可以和一个电池相连，此时电容器两端电压不变；电容器也可以不和电池相连，此时电容器的带电量不变。分别在上述两种情况下分析下面两种情形：当电容器两板间距变大或者变小，或者当把一个导体板插入两板之间。 c）学生应该理解圆柱形和球形电容器，所以他们能够 1）描述每种情况下电容器内部的电场 2）推导每种情况下电容的表达式3. 电介质 a）学生应该理解电介质的特征，所以他们能够 1）描述电介质的插入是如何影响带电的平行板电容器的电容，电场强度和两板间电压的。 2）分析两板间插入电介板后的情形C. 电路 1. 电流 电阻 电功率 a）学生应该理解电流的定义，所以他们能够把电流的大小和方向和正负电荷的流动率联系起来 b）学生应该理解电导率，电阻率和电阻，所以他们能够 1）把电阻器的电压和电流联系起来 2）写出导体中电场强度和电流密度的表达式，并且用电子的漂移速度解释这个关系式是可信的 3）描述电阻器的电阻值是如何取决于它的长度和截面积的。并且应用此结果比较不同材料或者不同几何的电阻器中的电流 4）推导有固定截面积的电阻器的电阻值的表达式，表达式用几何尺寸和电阻器的制作材料的电阻率表达。 5）推导把电流，电压，电阻和热功率（电流通过电阻时的发热的功率）联系起来的表达式 6）应用此关系计算电阻器中的发热率 2. 只包含电池和电阻的稳恒直流电路 a）学生应该理解电阻的串联和并联。所以他们能够 1) 判别一个电路是串联还是并联 2）求解串联电路中各电阻的电压之比和并联电路中个电阻中的电流之比 3）计算可以拆解为串并联电路的电阻网格的等效电阻 4）把3）中所述的电阻网格连接到一个电源上，计算每个电阻中的电压，电流和电功率 5）设计一个简单的串并联电路，使得电路可以在一个特定的电阻上产生一个给定的电流和给定的电压，并且能够用约定的符号绘制电路图 b）学生应该理解理想电源和实际电源的特性，所以他们能够 1）计算具有特定电动势和内阻的电池在流出已知电流的情况下的路端电压 2）计算电池为电路提供能量的功率或者是电池在被充电时的充电功率 c）学生能够在直流电路中应用欧姆定律和基尔霍夫定律，以便： 1）求解一个单独的未知的电流电压或电阻 2）当有两个未知量时，列方程组并求解两个未知量（大纲只说了两个，但是，可以用于求解更多的） d）学生应该理解电流表和电压表的特征，所以他们能够 1）陈述哪一个的电阻是高还是低 2）为了测量电压或者电流，判断并展示正确的把电表联入电路的方法 3）当电表联入电路之后，定性的评估电表的电阻对电路的影响。3. 电路中的电容器 a）学生应该理解串联或者并联起来的电容器在t=0和稳恒状态下的特征，所以他们能够 1）计算串联和并联情况下的等效电容值 2）描述存储起来的电荷是如何在并联起来的电容器中分配的 3）求解串联到一起的电容器的电压之比 4）在稳恒状态下，对于一个连接到包含电池和电阻器的电路中的电容器，计算电压和存储的电荷 b）学生应该理解电容器的充电过程和通过一个电阻的放电过程，所以他们能够 1）计算和解释电路的时间常数 2）绘制或者识别电容器的电压或者存储电荷的图像或者电阻器的电流或者电压图像，并且在图像上指出时间常数的意义 3）写出表达式以描述电容器的电压和电荷随时间的关系，电阻器的电流和电压随时间的关系 4）分析包含多个电容器和电阻器的电路的特征，包括分析和绘制正确反映电压和电流随时间变化的图像D. 磁场1. 运动电荷在磁场中的受力 学生应该理解电荷在磁场中受到的力，所以他们能够 a）用电荷q，速度v，和电场B计算磁场力的大小和方向，并解释为何磁场力不做功 b）由在磁场中运动的电荷的受力的有关资料中判断磁场的方向 c）描述在匀强磁场中运动的电荷的运动轨迹 d）当电荷垂直于匀强磁场运动时，电荷做圆周运动。推导并应用电荷的圆周运动的公式e）描述何种情况下，电荷会在交叉到一起的电场和磁场中做速度不变的运动2. 载流导线在磁场中的受力 学生应该理解载流导线在磁场中受到的力，所以它们能够 a）计算处于匀强磁场中的一段直的载流导线受力的大小和方向 b）指出处于磁场中的载流线圈受到的磁场力的方向，并且判断在受这样的力的情况下，线圈趋向于如何旋转 c）计算一个处于磁场中的矩形载流线圈受到的了力矩大小和方向 3. 长直载流导线的磁场 学生应该理解由长直载流导线激发的磁场，所以他们能够 a）计算长直载流导线附近的电的磁场的大小和方向 b）利用叠加原理判断两个长直导线产生的磁场 c）计算两个长直载流导线之间的吸引力和排斥力 4. 毕奥萨夫尔定律和安培定律 a）学生应该理解毕奥萨夫尔定律。所以他们能够 1）推理得出一段短的载流直导线在周围产生的磁场的大小和方向 2）推导并应用在环形电流轴线上的磁场的大小的表达式 b）学生应该理解用积分形式表达的安培环路的内容和应用，所以他们能够 1）准确的陈述安培环路定理的内容 2）应用安培环路定理，加上对称性的讨论和右手定则，把磁场强度和面对称和圆柱对称的电流联系起来 c）学生应该能够应用叠加原理，他们能够求解由上述各种结构所组合而成的结构激发的磁场E. 电磁学1. 电磁感应（包含法拉第电磁感应定律和楞次定律） a）学生应该理解磁通量的概念，所以他们能够 1）计算一个匀强磁场通过任一指向的线圈时的通量 2）用积分求解一个非均匀磁场垂直通过一个矩形线圈时的磁通量。该磁场的大小是某一方向上的坐标的函数 b）学生应该理解法拉第电磁感应定律和楞次定律，所以他们能够 1）识别通过某一线圈磁通量会发生变化的情形，这种情形中，会在线圈中产生感应电动势或者感应电流 2）计算以下情形中在线圈或者导体棒中产生的感应电动势和感应电流的大小，方向 a. 有关的量的大小，比如说磁场或者线圈的面积在以恒定的速率变化 b. 有关的量的大小，比如说磁场或者线圈的面积关于时间的函数是一个特定的非线性的关系 c）学生应该能够分析作用在感应电流上的力，所以由此他们能够判断这些力最终的力学效果 2. 电感（包括LR和LC电路） a）学生应该理解电感的概念，所以他们能够 1）当某特定的变化的电流流过感应线圈时，计算感应线圈中产生的感应电动势的大小和方向 2）推导并且应用长螺线管的自感的表达式 b）学生应该理解包含电阻器和电感器的直流电路的过渡状态和稳恒状态，所以他们能够 1）在LR电路中应用基尔霍夫定律，得到一个电流关于时间的微分方程