第四章 物質間的基本交互作用4-1 重力萬有引力定律4-2 電力與磁力4-3 強力與弱力高中基礎物理(一) 4-2電力與磁力靜電力電性摩擦起電靜電感應電量庫侖定律磁性磁場地球的磁場地磁的傾角與偏角電場範例題靜電力有不同電性的物體，彼此之間也就會呈現出吸引或排斥力，這種帶有電荷物體之間的作用力，稱為靜電力。電性1747 年，美國人富蘭克林將摩擦後的電性分為正、負兩種，並且歸納出同性電相斥與異性電相吸的性質。A.玻璃棒用絲綢摩擦後，玻璃棒上所帶的電命名為正電荷。B.塑膠棒用毛皮摩擦後，塑膠棒上所帶的電命名為負電荷。依照這規則使得質子帶有正電，電子帶有負電。摩擦起電（1/2）1.當電中性的兩物體互相摩擦，電子由一物體轉移至另一物體的現象稱為摩擦起電。塑膠棒和玻璃棒分別用毛皮和絲絹摩擦之後的帶電情形。塑膠棒和玻璃棒分別用毛皮和絲絹摩擦之後的帶電情形。摩擦起電（2/2）2.兩物相互摩擦而帶電，所帶電荷電性如下：（前者帶正電，後者帶負電）3.得到電子的物體因為多出了電子而帶負電，失去電子的物體因為少了電子而帶正電，兩物體所帶的電量相等，電性相反。靜電感應1.靜電感應：帶電體靠近不帶電體，而使物體內部正、負電荷分離的現象。近端生成異性電，遠端生成同性電。當帶電體靠近已絕緣的導體，驅使自由電子移動，而將電荷分離。2.絕緣體的靜電感應：當帶電體靠近絕緣體，電荷不分離，但原子或分子內正負電荷會錯開而極化。電量物體本身所帶電荷數量稱為電量：1.基本單位：一個電子的電量為 e 2.SI單位：庫侖 C1 庫侖的電量約為 6.251018 個電子電量，一個電子的帶電量是 1.610-19 庫侖。庫侖定律（1/2）1.兩帶電質點間的靜電力大小與所帶的電量乘積成正比，與兩質點間的距離平方成反比，此稱為庫侖定律。庫侖定律（2/2）2.兩點電荷間作用力的方向沿著兩電荷的連線。A.若兩點電荷為同性電，則 F 為正值，靜電力為排斥力。B.若兩點電荷為異性電，則 F 為負值，靜電力為吸引力。3. 靜電力與萬有引力一樣，是一種超距力，兩質點遵守作用力反作用力定律。磁性（1/3）1.某些物質具有吸引鐵、鈷、鎳等磁性材料的能力，此種能力稱為磁性。2.磁鐵兩端磁性最強的地方，稱為磁極。A.以細線水平懸吊磁鐵棒，磁鐵指向北方的一端，稱為指北極（N 極）。B.以細線水平懸吊磁鐵棒，磁鐵指向南方的一端，稱為指南極（S 極）。磁性（2/3）3.N 極、S 極必定同時存在於同一磁鐵。把一磁鐵棒折為兩段，在 N 極的那段磁鐵，其缺口產生新的 S 極，另一段磁鐵的缺口則產生新的 N 極，如圖所示。無論如何分割磁鐵，目前尚無法獲得磁單極。磁性（3/3）4.兩磁極間互相吸引或排斥的作用力稱為磁力，相同磁極間互相排斥，相異磁極間互相吸引。5.能被磁化的物質稱為磁性物質。1.經磁化後，其磁性可以長期保持者，稱為永久磁鐵或硬磁鐵。2.若磁化的條件消失後即失去其磁性者，稱為暫時磁鐵或軟磁鐵。磁場（1/2）1.磁力作用所及的區域稱為磁場，空間中各點的磁場方向等於磁針 N 極在該處所指的方向。2.磁力線：法拉第提出用磁力線來描述空間中磁場的分布。A.磁力線從 N 極出發經磁鐵外部到 S 極，再從 S 極出發經磁鐵內部回到 N 極，形成一封閉曲線。B.磁力線上某一點的切線方向即是該點的磁場方向，亦是 N 極受力方向。C.兩磁力線互不相交。D.磁力線密度愈大表示該處磁場愈強。磁場（2/2）磁鐵周圍的鐵粉排成磁力線的形狀磁鐵周圍的鐵粉排成磁力線的形狀(A)與與(B)為為 N-S 極及極及 N-N 極間的磁力線形狀。極間的磁力線形狀。(C)放置多個小磁針也可排列出磁力線，同時可定出磁力線的放置多個小磁針也可排列出磁力線，同時可定出磁力線的方向。方向。地球的磁場1.地球本身的磁場可用一巨大的磁棒來模擬。2.地磁 N 極在地球的地理南極附近，地磁 S 極在地球的地理北極附近。3.磁軸方向（地磁南北極 的連線）與地球自轉軸 方向（地理南北極的連 線）之夾角約為 11 度。4.地球外部的磁力線方向 由地理南極附近指向北 方。地磁的傾角與偏角磁傾角：地磁的磁力線分布與地表不一定平行，其磁力線方向與地表水平方向的夾角，稱為磁傾角。北半球下傾，南半球上傾。磁偏角：地表的磁場並不一定指向正北方，地磁北方與地球正北方的夾角，稱為磁偏角。電場（1/2）磁場和磁力線的觀念，也可應用到靜電作用力上。A.空間中若因帶電荷物體的存在，而改變了原來空間的性質，稱為帶電體在其附近空間中形成電場（electric field）。B.正電荷置於電場中的受力情形，可由電場中的電力線（line of electric force）來描述。C.愈靠近點電荷源的地方，電力線愈密集，表示該處電場愈強，正電荷在該處所受的力也愈大，且受力方向為沿著電力線方向。電場（2/2）(A)帶正電的點電荷附近之電力線。帶正電的點電荷附近之電力線。(B)帶負電的點電荷附近之電力線。帶負電的點電荷附近之電力線。(C)兩電荷兩電荷q 與與4q 附近之電力線分布。附近之電力線分布。範例範例 靜電感應與感應起電靜電感應與感應起電範例範例 解答解答範例範例 3 類題類題一帶正電之玻璃棒接近一絕緣金屬球，由於帶電體的接近而使金屬球內部正、負電荷分離，如圖所示，則下列敘述何者正確？ (A)金屬球內電子總數不變(B)玻璃棒內無任何負電荷(C)金屬球只受玻璃棒吸力作用(D)玻璃棒施予金屬球之力大於金屬球施予玻璃棒之力(E)金屬球右側只有負電荷，無正電荷。範例範例 3 類題類題 解答解答 範例範例 庫侖定律庫侖定律範例範例 4 解答解答範例範例 4 類題類題範例範例 4 類題類題 解答解答範例範例 電場與磁場電場與磁場下列有關磁力線的敘述，何者正確？(A)磁力線在磁鐵外部由 N 極指向 S 極，在磁鐵內部，磁力線由 S 極指向 N 極，磁力線不是封閉的曲線(B)磁力線只分布在水平面上，磁力線愈密表示磁場愈弱(C)利用鐵粉顯示周圍磁場實驗，由鐵粉可以判斷磁力線的方向(D)磁力線上任一點的切線方向，為磁針 N 極受磁力的方向(E)置一玻璃板於兩磁極間，可以完全隔絕磁力。範例範例 5 解答解答答答 (D)解解 (A)磁力線為一封閉的曲線。(B)磁力線分布在整個空間，磁力線愈密，磁場愈強。(C)由鐵粉只能判斷磁力線的分布，磁力線的方向須由磁針 N 極決定。(E)玻璃無法隔絕磁力。範例範例 5 類題類題電場的觀念和定義，與磁場相似。下列關於電場特性的敘述，何者不正確？ (A)電場有方向性 (B)電場中的帶電粒子必定沿電力線運動 (C)電力線密度即電場強度 (D)電場的任何兩條電力線在中途必定不能相交 (E)電場的電力線不一定是直線。答答 (B)解解 (B)若帶電粒子原來靜止，且處於直線型電力線中， 該粒子才會沿電力線運動。範例範例 地球磁場地球磁場宋朝時的學者沈括在他所著的夢溪筆談中，記載著一段話：以磁石磨針鋒，則能指南，然常微偏東，不全南也。關於這段話所提供的訊息，下列敘述何者錯誤？ (A)地球磁極具有微小的偏角是因為地磁有緩慢自轉的現象(B)中國人早就知道應用天然磁石製作成指南針，並藉它來 辨別方向 (C)指南針之所以能指向南方，是因為地球表面有方向相當 穩定的磁力線 (D)微偏東，不全南指出地球磁極相對於地理南北極具 有微小的偏角 (E)根據地表的磁場可以想像地球為一個磁極與地理南北極 很接近的磁性球體範例範例 6 解答解答答答 (A)解解 (1)指南針所指的南方並不是地理上的南極，而 是地磁上的南極，這中間的差異，就是所謂 的磁偏角。 (2)地磁的來源：一般相信地球磁場是由液態地 核（地核外層液體部分）的電流所造成，地 球不可能是一永久磁鐵，因為地核的溫度高 ，會使天然磁鐵失效。範例範例 6 類題類題下列有關地磁的說法，何者正確？ (A)在北半球磁針 S 極向上傾(B)在南半球磁針 S 極向上傾(C)赤道地區的磁傾角約為 90(D)各地區的磁偏角都相同(E)在北半球，由赤道愈往北方前進則磁傾角逐漸變小。答答 (A)解解 (B)南半球磁針的 S 極向下。(C)赤道的磁傾角約為零。 (D) 各地區的磁偏角不盡相同。(E)應變大。