【人教版】高中物理 選擇性必修 第二冊

📚 內容摘要

本課程基於普通高中物理選擇性必修教材，涵蓋電磁學的進階知識，包括安培力、洛倫茲力、電磁感應、交變電流以及傳感器等核心物理概念與規律。

深入探索電磁奧秘，掌握高中物理核心規律。

作者： 人民教育出版社 課程教材研究所 物理課程教材研究開發中心

致謝： 國家教材委員會專家委員會審核通過 (2019)

🎯 學習目標

1. 能夠準確使用左手定則判斷安培力與洛倫茲力的方向，並理解負電荷受力方向的特殊性。
2. 掌握洛倫茲力的大小計算公式，並能獨立推導帶電粒子在均勻磁場中做圓周運動的半徑與週期公式。
3. 能夠分析並解釋質譜儀、迴旋加速器、速度選擇器及磁流體發電機的工作原理。
4. 學生能夠準確敘述楞次定律與法拉第電磁感應定律的內容，並運用右手定則判斷切割磁感線時的電流方向。
5. 能夠靈活運用公式 E = n \frac{\Delta \Phi}{\Delta t} 與 E = Blv \sin \theta 計算不同物理情境下的感應電動勢。
6. 能夠從能量轉化角度分析自感、渦流、電磁阻尼等複雜電磁現象，並解決相關的實際物理問題。
7. 能夠分析線圈轉動產生交變電流的過程，熟練書寫瞬時值表達式，並進行峰值與有效值（RMS）的換算。
8. 掌握理想變壓器的基本原理，利用電壓與匝數成正比的關係解決電路問題。
9. 理解遠距離輸電的功率損耗機制，能夠計算輸電線上電壓損失與功率損失，並解釋高壓輸電的經濟性。
10. 能夠描述 LC 振盪電路中電荷、電流、電場能與磁場能的週期性變化過程。

🔹 第一課：安培力與洛倫茲力——磁場對物質的作用

概述： 本課程旨在探討磁場對宏觀通電導線（安培力）及微觀運動電荷（洛倫茲力）的作用規律。透過學習左手定則、洛倫茲力公式及其在均勻磁場中引起的圓周運動，學生將掌握質譜儀、迴旋加速器等現代科學儀器的基本物理原理，並理解安培力與洛倫茲力之間的微觀聯繫。

學習成果：

• 能夠準確使用左手定則判斷安培力與洛倫茲力的方向，並理解負電荷受力方向的特殊性。
• 掌握洛倫茲力的大小計算公式，並能獨立推導帶電粒子在均勻磁場中做圓周運動的半徑與週期公式。
• 能夠分析並解釋質譜儀、迴旋加速器、速度選擇器及磁流體發電機的工作原理。

🔹 第二課：電磁感應——規律、本質與應用

概述： 本教學設計涵蓋了電磁感應的核心規律及其應用。重點在於透過實驗探究揭示楞次定律與法拉第電磁感應定律的本質，深入解析動生與感生電動勢的微觀機制。同時，透過探討自感、互感、渦流及電磁阻尼等現象，展示電磁感應在現代科技中的能量轉化與實際應用。

學習成果：

• 學生能夠準確敘述楞次定律與法拉第電磁感應定律的內容，並運用右手定則判斷切割磁感線時的電流方向。
• 能夠靈活運用公式 E = n \frac{\Delta \Phi}{\Delta t} 與 E = Blv \sin \theta 計算不同物理情境下的感應電動勢。
• 能夠從能量轉化角度分析自感、渦流、電磁阻尼等複雜電磁現象，並解決相關的實際物理問題。

🔹 第三課：交變電流——產生原理、變壓與電能輸送

概述： 本課程涵蓋了從交變電流的產生到最終遠距離輸電的全過程。學生將首先透過矩形線圈在均勻磁場中轉動的物理模型，理解正弦式交變電流的產生原理及其數學描述（瞬時值、峰值與有效值）；隨後探討電感與電容對交流電的特殊阻礙作用；最後進入應用層面，學習理想變壓器的變壓規律，以及如何透過高壓輸電降低遠距離輸電中的功率損耗。

學習成果：

• 能夠分析線圈轉動產生交變電流的過程，熟練書寫瞬時值表達式，並進行峰值與有效值（RMS）的換算。
• 掌握理想變壓器的基本原理，利用電壓與匝數成正比的關係解決電路問題。
• 理解遠距離輸電的功率損耗機制，能夠計算輸電線上的電壓損失與功率損失，並解釋高壓輸電的經濟性。

🔹 第四課：電磁振盪與電磁波——麥克斯韋理論與物質性

概述： 本課程旨在幫助學生理解電磁現象從宏觀電路到空間傳播的躍遷。課程首先探討 LC 電路產生電磁振盪的過程及其能量轉換規律，隨後深入解析麥克斯韋電磁場理論的兩大核心假設，最終揭示電磁波的發射、接收原理、物質特性及其廣闊的光譜。

學習成果：

• 能夠描述 LC 振盪電路中電荷、電流、電場能與磁場能的週期性變化過程。
• 掌握電磁振盪週期與頻率公式，並能進行相關定量計算。
• 理解麥克斯韋電磁場理論的核心內容，能解釋電磁波的物質性並識別電磁波譜。

🔹 第五課：傳感器——核心元件、應用原理與電路設計

概述： 本課程旨在透過對傳感器定義、組成及應用模式的深入探討，使學生掌握光敏、熱敏、磁敏（霍爾元件）等核心敏感元件的工作原理。透過分析電容式、電感式位移傳感器以及電飯鍋溫度控制系統，學生將理解非電學量如何轉化為電學量。最後，透過門窗防盗報警裝置與光控開關的電路設計，培養學生解決實際問題的工程思維。

學習成果：

• 能夠準確描述傳感器的定義、組成結構（敏感元件與轉換元件）及通用應用模式。
• 掌握光敏電阻、熱敏電阻、霍爾元件、電容/電感式傳感器將物理量轉化為電信號的物理機制。
• 能夠分析電飯鍋控溫原理，並能根據實驗需求設計簡單的自動控制電路（如防盗報警、光控開關）。