| Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|
12.1.A |
|
12.1.B |
|
12.1.C |
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磁学与电磁学
AP 物理 2 · 第 12 主题
12.1
磁场
大纲
来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明

不同的材料对磁场的响应差别很大,本课程点名三种。铁磁性(ferromagnetic)材料(铁、镍、钴)的磁偶极子强烈对齐并保持对齐,所以能成为永久磁体。顺磁性(paramagnetic)材料(铝、钛)只微弱地对齐,且不保持对齐。抗磁性(diamagnetic)材料 - 事实上所有材料都有一些抗磁性 - 微弱地朝相反于磁场的方向对齐。这种行为来自一个材料属性,即磁导率(permeability):自由空间有一个固定的真空磁导率 $\mu_0$,而物质的磁导率不同于它,对于给定材料甚至不是常数。
一个磁场(magnetic field)$\vec{B}$ 围绕磁体和移动的电荷。场线在磁体外部从一个磁体的北极跑向它的南极,而更密的线意味着一个更强的场。磁极总是成对出现——把一个磁体切成一半制造两个更小的磁体,从不制造一个孤立的极。

See a magnet's field lines
Magnetic field lines run from the north pole to the south pole outside the magnet. Where the lines crowd together the field is strongest.
| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| Ferromagnetic | 铁磁性 | tiě cí xìng |
| Paramagnetic | 顺磁性 | shùn cí xìng |
| Diamagnetic | 抗磁性 | kàng cí xìng |
| permeability | 磁导率 | cí dǎo lǜ |
| magnetic field | 磁场 | cí chǎng |
12.2
磁场与运动电荷
大纲
| Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|
12.2.A |
|
12.2.B |
Boundary statement: Quantitative treatment of the magnitude of the magnetic force exerted by a magnetic field on a moving charge is limited to angles of 0, 90, and 180 degrees between the velocity and the magnetic field. Qualitative analysis of other angles is permitted. |
来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
一个移动过一个磁场的电荷感受一个磁力(magnetic force):

Worked example. 一个质子($q=1.6\times10^{-19}\ \text{C}$,$m=1.67\times10^{-27}\ \text{kg}$)以 $2.0\times10^{5}\ \text{m/s}$、与场成直角进入一个 $0.50\ \text{T}$ 的场。磁力是
| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| magnetic force | 磁力 | cí lì |
12.3
磁场与载流导线
大纲
| Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|
12.3.A |
|
12.3.B |
|
来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
因为一个电流是移动的电荷,一个磁场推一根载流导线:

Worked example. 一段 $0.30\ \text{m}$ 长的导线以直角于一个 $0.20\ \text{T}$ 的场携带 $4.0\ \text{A}$。它上的力是 $F=BIL=0.20\times4.0\times0.30=0.24\ \text{N}$ ——转动一个马达线圈的推力。

Find the force on a current in a field
A current in a magnetic field feels a force $F = BIL$, at right angles to both. Use the left-hand rule; reverse the current or field and the force flips.
12.4
电磁感应与法拉第定律
大纲
| Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|
12.4.A |
|
来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
一个通过一个环的变化的磁场驱动一个电流——电磁感应(electromagnetic induction)。磁通量(magnetic flux)$\Phi=BA\cos\theta$ 测量多少场通过环。法拉第定律(Faraday's law)给出感应 emf:

Worked example. 通过一个单一环的磁通量在 $0.030\ \text{s}$ 里从 $0.020\ \text{Wb}$ 降到 $0.008\ \text{Wb}$。平均感应 emf 是

Induce a voltage by moving a magnet
Faraday's law: a changing magnetic flux through a coil induces a voltage. Move the magnet faster and the induced EMF grows; Lenz's law sets its direction to oppose the change.
| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| electromagnetic induction | 电磁感应 | diàn cí gǎn yìng |
| magnetic flux | 磁通量 | cí tōng liàng |
| Faraday's law | 法拉第定律 | fǎ lā dì dìng lǜ |
| Lenz's law | 楞次定律 | léng cì dìng lǜ |
12.4
考试技巧
- 磁力 $F=qvB\sin\theta$ 垂直于速度,所以它改变方向(一个圆)但不改变速率;一个静止的电荷或一个沿场移动的电荷感受不到力。
- 对一根载流导线上的力用 $F=BIL$(马达效应)。
- 一个电流创造一个磁场(围绕一根导线的圆;一个螺线管像一根条形磁体)。
- 感应需要一个变化的磁通量 $\Phi=BA$ ——一个线圈里的静止磁体感应不出任何东西。
- 法拉第:$\varepsilon=\Delta\Phi/\Delta t$(乘 $N$ 匝);楞次:感应电流反对变化(能量守恒)。
本主题的互动课程
逐步学习,并即时检测练习。