Learning Objective 8.1.A: Describe the electric force that results from the interactions between charged objects or systems.
- 8.1.A.1 Charge is a fundamental property of all matter.
- 8.1.A.1.i Charge is a scalar quantity and is described as positive or negative.
- 8.1.A.1.ii The magnitude of the charge of a single electron or proton, the elementary charge $e$, can be considered to be the smallest indivisible amount of charge.
- 8.1.A.1.iii The charge of an electron is $-e$ and the charge of a proton is $+e$, and a neutron has no electric charge.
- 8.1.A.1.iv A point charge is a model in which the physical size of a charged object or system is negligible in the context of the situation being analyzed.
- 8.1.A.2 Coulomb's law describes the electrostatic force between two charged objects as directly proportional to the magnitude of each of the charges and inversely proportional to the square of the distance between the objects.
- Relevant equation: $\left| \vec{F}_E \right| = \dfrac{1}{4\pi\varepsilon_0} \dfrac{|q_1 q_2|}{r^2} = k \dfrac{|q_1 q_2|}{r^2}$
- 8.1.A.3 The direction of the electrostatic force depends on the signs of the charges of the interacting objects and is along the line of separation between the objects.
- 8.1.A.3.i Two objects with charges of the same sign exert repulsive forces on each other.
- 8.1.A.3.ii Two objects with charges of opposite signs exert attractive forces on each other.
- 8.1.A.4 Electric forces are responsible for some of the macroscopic properties of objects in everyday experiences. However, the large number of particle interactions that occur make it more convenient to treat everyday forces in terms of nonfundamental forces called contact forces, such as normal force, friction, and tension.
Learning Objective 8.1.B: Describe the electric and gravitational forces that result from interactions between charged objects with mass.
- 8.1.B.1 Electrostatic forces can be attractive or repulsive, while gravitational forces are always attractive.
- 8.1.B.2 For any two objects that have mass and electric charge, the magnitude of the gravitational force is usually much smaller than the magnitude of the electrostatic force.
- 8.1.B.3 Gravitational forces dominate at larger scales even though they are weaker than electrostatic forces, because systems at large scales tend to be electrically neutral.
Learning Objective 8.1.C: Describe the electric permittivity of a material or medium.
- 8.1.C.1 Electric permittivity is a measurement of the degree to which a material or medium is polarized in the presence of an electric field.
- 8.1.C.2 Electric polarization can be modeled as the induced rearrangement of electrons by an external electric field, resulting in a separation of positive and negative charges within a material or medium.
- 8.1.C.3 Free space has a constant value of electric permittivity, $\varepsilon_0$, that appears in physical relationships.
- 8.1.C.4 The permittivity of matter has a value different from that of free space that arises from the matter's composition and arrangement.
- 8.1.C.4.i In a given material, electric permittivity is determined by the ease with which electrons can change configurations within the material.
- 8.1.C.4.ii Conductors are made from electrically conducting materials in which charge carriers move easily; insulators are made from electrically nonconducting materials in which charge carriers cannot move easily.
Boundary statement: AP Physics C: Electricity & Magnetism only expects students to make calculations of the electric force between four or fewer interacting charged objects or systems. The analysis of the resulting electric force from more charges is allowed in situations of high symmetry. Note that students are expected to calculate the electric fields of charge distributions, as described in Topics 8.4 and 8.6.
วัตถุประสงค์การเรียนรู้ 8.1.A: อธิบายแรงไฟฟ้าที่เกิดขึ้นจากการมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างวัตถุหรือระบบที่มีประจุ
- 8.1.A.1 ประจุเป็นคุณสมบัติพื้นฐานของสสารทุกชนิด
- 8.1.A.1.iประจุเป็นปริมาณสเกลาร์และอธิบายได้ว่าเป็นบวกหรือลบ
- 8.1.A.1.ii The magnitude of the charge of a single electron or proton, the elementary charge $e$, can be considered to be the smallest indivisible amount of charge.
- 8.1.A.1.iii The charge of an electron is $-e$ and the charge of a proton is $+e$, and a neutron has no electric charge.
- 8.1.A.1.iv A point charge is a model in which the physical size of a charged object or system is negligible in the context of the situation being analyzed.
- 8.1.A.2 กฎของคูลอมบ์อธิบายแรงสถิตไฟฟ้าระหว่างวัตถุสองชิ้นที่เป็นประจุ โดยมีความสัมพันธ์โดยตรงกับขนาดของประจุแต่ละด้าน และสัมพันธ์ผกผันกับกำลังสองของระยะห่างระหว่างวัตถุทั้งสอง
- สมการที่เกี่ยวข้อง: $\left| \vec{F}_E \right| = \dfrac{1}{4\pi\varepsilon_0} \dfrac{|q_1 q_2|}{r^2} = k \dfrac{|q_1 q_2|}{r^2}$
- 8.1.A.3 ทิศทางของแรงสถิตไฟฟ้าขึ้นอยู่กับเครื่องหมายของประจุของวัตถุที่มีปฏิสัมพันธ์กัน และเป็นไปตามเส้นตรงที่เชื่อมระหว่างวัตถุทั้งสอง
- 8.1.A.3.i Two objects with charges of the same sign exert repulsive forces on each other.
- 8.1.A.3.ii Two objects with charges of opposite signs exert attractive forces on each other.
- 8.1.A.4 แรงไฟฟ้ามีส่วนทำให้เกิดคุณสมบัติระดับมหภาคบางอย่างของวัตถุในชีวิตประจำวัน อย่างไรก็ตาม จำนวนการมีปฏิสัมพันธ์ของอนุภาคจำนวนมากที่เกิดขึ้นทำให้สะดวกกว่าที่จะจัดการกับแรงในชีวิตประจำวันโดยใช้แรงที่ไม่ใช่พื้นฐานที่เรียกว่า "แรงสัมผัส" (contact forces) เช่น แรงปกติ แรงเสียดทาน และแรงตึงเชือก
วัตถุประสงค์การเรียนรู้ 8.1.B: อธิบายแรงไฟฟ้าและแรงโน้มถ่วงที่เกิดจากการมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างวัตถุที่มีประจุและมีมวล
- 8.1.B.1 แรงสถิตไฟฟ้าอาจเป็นแรงดูดหรือแรงผลัก ในขณะที่แรงโน้มถ่วงจะเป็นแรงดูดเสมอ
- 8.1.B.2 สำหรับวัตถุสองชิ้นที่มีทั้งมวลและประจุไฟฟ้า ขนาดของแรงโน้มถ่วงมักจะมีค่าน้อยกว่ามากเมื่อเทียบกับขนาดของแรงสถิตไฟฟ้า
- 8.1.B.3 แรงโน้มถ่วงมีอิทธิพลเหนือในระดับมหภาคแม้ว่าจะอ่อนกว่าแรงสถิตไฟฟ้าก็ตาม เนื่องจากระบบในระดับมหภาคมักจะมีความเป็นกลางทางไฟฟ้า
วัตถุประสงค์การเรียนรู้ 8.1.C: อธิบายค่าความยอมให้ประจุไฟฟ้า (electric permittivity) ของวัสดุหรือสื่อ
- 8.1.C.1 ค่าความยอมให้ประจุไฟฟ้าเป็นการวัดระดับที่วัสดุหรือสื่อเกิดการขั้วไฟฟ้า (polarized) เมื่ออยู่ในสนามไฟฟ้า
- 8.1.C.2 การขั้วไฟฟ้าสามารถจำลองได้เป็นการจัดเรียง ulangของอิเล็กตรอนที่ถูกเหนี่ยวนำโดยสนามไฟฟ้าภายนอก ส่งผลให้เกิดการแยกตัวของประจุบวกและประจุลบภายในวัสดุหรือสื่อ
- 8.1.C.3 สペースว่างมีค่าคงที่ของความจุไฟฟ้า $\varepsilon_0$ ซึ่งปรากฏในความสัมพันธ์ทางฟิสิกส์ต่างๆ
- 8.1.C.4 ค่าความยอมให้ประจุไฟฟ้าของสสารมีค่าแตกต่างจากอวกาศว่าง ซึ่งเกิดจากองค์ประกอบและการจัดเรียงตัวของสสารนั้นเอง
- 8.1.C.4.i In a given material, electric permittivity is determined by the ease with which electrons can change configurations within the material.
- 8.1.C.4.ii Conductors are made from electrically conducting materials in which charge carriers move easily; insulators are made from electrically nonconducting materials in which charge carriers cannot move easily.
คำชี้แจงขอบเขต: AP Physics C: ไฟฟ้าและแม่เหล็ก ต้องการให้นักเรียนทำการคำนวณแรงไฟฟ้าระหว่างวัตถุหรือระบบที่มีประจุสี่ตัวหรือน้อยกว่าเท่านั้น การวิเคราะห์แรงไฟฟ้าที่เกิดขึ้นจากประจุที่มากกว่านี้สามารถทำได้ในสถานการณ์ที่มีความสมมาตรสูง หมายเหตุ: นักเรียนต้องสามารถคำนวณสนามไฟฟ้าจากการกระจายของประจุได้ตามหัวข้อ 8.4 และ 8.6



















