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.
Mục tiêu học tập 8.1.A: Mô tả lực điện phát sinh từ tương tác giữa các vật hoặc hệ mang điện.
- 8.1.A.1 Điện tích là một tính chất cơ bản của mọi vật chất.
- 8.1.A.1.i Điện tích là đại lượng vô hướng và được mô tả là dương hoặc âm.
- 8.1.A.1.ii Độ lớn điện tích của một electron hay proton đơn lẻ, điện tích nguyên tố $e$, có thể được coi là lượng điện tích nhỏ nhất không thể chia nhỏ được.
- 8.1.A.1.iii Điện tích của electron là $-e$ và điện tích của proton là $+e$, còn neutron thì không mang điện tích.
- 8.1.A.1.iv Điện tích điểm là một mô hình trong đó kích thước vật lý của vật mang điện hoặc hệ mang điện là không đáng kể so với bối cảnh đang được phân tích.
- 8.1.A.2 Định luật Coulomb mô tả lực tĩnh điện giữa hai vật mang điện tỷ lệ thuận với độ lớn của từng điện tích và tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa các vật.
- Phương trình liên quan: $\left| \vec{F}_E \right| = \dfrac{1}{4\pi\varepsilon_0} \dfrac{|q_1 q_2|}{r^2} = k \dfrac{|q_1 q_2|}{r^2}$
- 8.1.A.3 Hướng của lực tĩnh điện phụ thuộc vào dấu của các điện tích trên các vật tương tác và nằm dọc theo đường nối giữa các vật.
- 8.1.A.3.i Hai vật mang điện cùng dấu sẽ đẩy nhau.
- 8.1.A.3.ii Hai vật mang điện trái dấu sẽ hút nhau.
- 8.1.A.4 Các lực điện chịu trách nhiệm cho một số tính chất vĩ mô của vật thể trong trải nghiệm hàng ngày. Tuy nhiên, do số lượng tương tác hạt rất lớn, nên thuận tiện hơn khi xử lý các lực hàng ngày thông qua các lực phi cơ bản gọi là lực tiếp xúc, chẳng hạn như lực pháp tuyến, lực ma sát và lực căng dây.
Mục tiêu học tập 8.1.B: Mô tả các lực điện và lực hấp dẫn phát sinh từ tương tác giữa các vật mang điện có khối lượng.
- 8.1.B.1 Lực tĩnh điện có thể là lực hút hoặc lực đẩy, trong khi lực hấp dẫn luôn là lực hút.
- 8.1.B.2 Đối với bất kỳ hai vật nào có cả khối lượng và điện tích, độ lớn của lực hấp dẫn thường nhỏ hơn nhiều so với độ lớn của lực tĩnh điện.
- 8.1.B.3 Lực hấp dẫn chiếm ưu thế ở quy mô lớn dù chúng yếu hơn lực静电, vì các hệ ở quy mô lớn có xu hướng trung hòa về mặt điện.
Mục tiêu học tập 8.1.C: Mô tả điện suất môi của một vật liệu hay môi trường.
- 8.1.C.1 Điện suất môi là phép đo mức độ mà một vật liệu hay môi trường bị phân cực khi có mặt điện trường.
- 8.1.C.2 Sự phân cực điện có thể được mô hình hóa như sự sắp xếp lại các electron được cảm ứng bởi điện trường ngoài, dẫn đến sự tách biệt các điện tích dương và âm bên trong vật liệu hay môi trường.
- 8.1.C.3 Không gian tự do có giá trị hằng số của điện suất môi, $\varepsilon_0$, xuất hiện trong các mối quan hệ vật lý.
- 8.1.C.4 Điện suất môi của vật chất có giá trị khác với không gian tự do, xuất phát từ thành phần và cấu trúc của vật chất.
- 8.1.C.4.i Trong một vật liệu nhất định, điện suất môi được xác định bởi khả năng dễ dàng mà các electron có thể thay đổi cấu hình bên trong vật liệu.
- 8.1.C.4.ii Chất dẫn điện được làm từ vật liệu dẫn điện trong đó các hạt tải điện di chuyển dễ dàng; chất cách điện được làm từ vật liệu không dẫn điện trong đó các hạt tải điện không thể di chuyển dễ dàng.
Tuyên bố giới hạn: AP Physics C: Điện & Từ chỉ yêu cầu học sinh thực hiện các phép tính về lực điện giữa bốn hoặc ít hơn các vật/hệ mang điện tương tác. Phân tích lực điện tổng hợp từ nhiều điện tích hơn được chấp nhận trong các trường hợp có tính đối xứng cao. Lưu ý rằng học sinh được yêu cầu tính toán điện trường của các phân bố điện tích, như được mô tả trong các chủ đề 8.4 và 8.6.



















