100學年上學期高二物理 黃信健

電磁學、光學與量子物理

課程表 日期 內容 2010/10/15 (一) 1電荷、電力與電場 2009/10/29 (二) 2靜電的應用 2009/11/12 (三) 3高斯定律 2009/11/26 (四) 4電位 2009/12/10 (五) 5電容 2009/12/24 (六) 6電流與電阻 2009/01/07 (七) 7電路

What causes the “sparking” of a wintergreen lifesaver? 電磁學 What causes the “sparking” of a wintergreen lifesaver?

電磁學

電磁學 (Electromagnetism) 電學（Electricity） 1. 電荷、電力與電場 2. 靜電的應用 3. 電位與電容 4. 電流與電阻 5. 電路

磁學 (Magnetism) 磁場 電流與磁場 電磁感應 物質的磁性 麥斯威爾方程式 電磁波 Lasers and X-rays

1-1 電荷、電力與電場 1-1.1 電荷（electric charge） 1-1.2 庫倫定律 (Coulomb’s law ) 1-1.3 電場（electric field）與 場線（電力線）

1-1.1 電荷 摩擦充電 塑膠棒（負荷電）與毛皮（正荷電） 玻璃棒（正荷電）與絲綢（負荷電） 感應充電

正荷電與負荷電

摩擦充電 http://courses.science.fau.edu/~rjordan/rev_notes/movies/EFA02VD1.MOV

感應充電 http://www.physicsclassroom.com/mmedia/estatics/isop.html

The Electric Interaction

Charge is quantized The electric charge (e) is discrete (quantized) SI unit: coulomb (C), defined in term of ampere

Millikan’s Oil Drop Experiment Quarks:

Charge is conserved The radioactive decay The annihilation process (對滅)

Elementary Particles The pair production process (對生) The bubble (cloud) chamber

1-1.2 Coulomb’s Law

Ex. 1-1 一庫倫負電荷含有多少電子 Ex. 1-2 氫原子內電子與質子之間電 力與重力之比

Ex. 1-3 鐵（Fe26）原子核中，兩個相距一個原子核半徑的質子間之斥力 R = 410-15m 如此大之斥力，必須有更強的核力與之抗衡，方能維持原子核的穩定。

1-1.3 電場與場線 （electric field） （Lines of force）

電場的定義 電力: q與q0之間的電力 or q在q0所建立的電場中受到的電力

點電荷

帶電平板

二正電荷與電雙極 q0

電場的計算 電雙極 均勻帶電圓環 均勻帶電圓盤

電雙極

兩電荷的電場相加

電雙極的電場

均勻帶電圓環

均勻帶電圓環的電場

極限情形 If z » R,

均勻帶電圓盤

均勻帶電圓盤的電場

The electric field on an oil drop A drop of R = 2.76m has 3 excess electrons,  = 920kg/m3

2 靜電的應用 Ink-Jet Printing Soil Decontamination Electroplating Electromagnetic Predators Electric Precipitator Xerography Laser Printer

Ink-Jet Printing ink droplet直徑＜1 ×10-4m 每秒可噴出150000顆速度~64km/h 印字頭移到不需印出之位置時，充電電極使墨滴充電，再由偏向版偏折進入Gutter。 彩色印表機使用三支噴頭（青藍、紫紅、黃）或四支（加黑）

An ink drop with

Soil Decontamination and Electroplating Positive contaminant and negative soil, loosen by LF sound wave

Electromagnetic Predators 510-9 V

電磁掠食者

The torpedo ray and electric eel 電鰩：整個電細胞組成的「發電器官」會形成70～80伏特的電壓，一秒鐘能連續放電100多次，人體接觸牠所釋放的電流，會感覺麻痹。非洲有一種電鰩能釋放220伏特的電，碰上牠很難活。

Electroplaques

Electric Precipitator

影印機 鍍鍶鋁滾筒 鍶在暗處為絕緣體（insulator）在亮處為導體（conductor）－photoconductor 光導體 為鋁良導體使滾筒電帶正電之電極；使影印紙帶正電（大於滾筒）之corotron

The copying process

Laser Printer

A RAM Chip A charged capacitor means that a “one” has been stored.

電容式鍵盤

電容式麥克風

心電圖和腦波圖 EKG EEG

視網膜電圖 ERG

Automatic Coffee Maker

Bimetallic Strip Flasher and 3-way Light Bulb

Electrical Grounding 0.001A : Mild tangling sensation 0.01-0.02A: Muscle spasms 0.2A: fatal (fibrillation)

敬請期待 電、磁、近代物理

3 高斯定律 Gauss’ Law Flux  enclosed charge

4點電荷的電位圖

等位面3例 E.S. for a uniform field, a point charge, and an electric dipole

5 電容器

6 I-V curves conductor semiconductor

7 Multiloop Circuits The Junction rule: 流入接點之電流必等於流出者 (Kirchhoff’s junction/current rule)

8 磁場 The electric field and the magnetic field Electromagnets and permanent magnets

9 Maxwell’s Equations

10 Applications of Lasers Barcode scanning, CO2 laser welding and retina surgery

10 2D and 3D X-ray Images