AP Physics C: Electricity and Magnetism（AP物理C：電磁學）是美國大學預修課程（Advanced Placement, AP）中的一門高階物理課程，專為那些對電磁學領域有深厚興趣，或打算攻讀工程、物理學、數學或其他STEM領域的大學科系的學生設計。這門課程將物理學的核心概念與微積分結合，讓學生在掌握電與磁的理論基礎的同時，也能學習如何運用數學推導來描述自然界的現象。

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AP Physics C: Electricity and Magnetism 課程內容大綱

AP Physics C: E&M 專注於電場、磁場及電磁現象，使用微積分進行深入的數學推導，並且涉及以下幾個關鍵主題：

1. Electrostatics（靜電學）

• 庫倫定律（Coulomb’s Law）：描述兩個靜止電荷之間的相互作用力。
• 電場與電勢：介紹電場的概念以及如何用電場線來描述電荷對周圍空間的影響。
• 電場與電位能的關係：如何利用電位能來計算電荷在電場中的運動。
• 導體、絕緣體與介質：理解物質對電場的影響及電荷在其中的行為。

2. Electric Circuits（電路學）

• 歐姆定律（Ohm’s Law）：電流、電壓與電阻之間的關係。
• 電路元件：包括電阻、電容、電感等基本元件，及其在直流電路中的作用。
• 電流與電壓的計算：在多種電路中計算電流、電壓降及功率等物理量，並且處理串聯和並聯電路。
• 基爾霍夫定律（Kirchhoff’s Laws）：包括電流定律和電壓定律，幫助分析複雜電路。

3. Magnetic Fields（磁場）

• 安培定律（Ampère’s Law）：描述電流如何產生磁場，並且能夠計算靜態電流所產生的磁場。
• 比奧-薩伐爾定律（Biot–Savart Law）：分析特定電流配置下磁場的形成。
• 磁場對電流的作用：理解如何通過洛倫茲力（Lorentz Force）計算磁場對移動電荷的影響。
• 磁場的計算：對於一個均勻磁場的粒子運動進行描述與計算。

4. Electromagnetic Induction（電磁感應）

• 法拉第感應定律（Faraday’s Law）：描述變化的磁場如何在導體中感應電流，這是電磁學中一個關鍵的概念。
• 楊氏定律（Lenz’s Law）：感應電流的方向總是抵抗產生該電流的變化，這一原則有助於理解磁場與電流之間的相互作用。
• 自感與互感：描述電感如何影響電流與磁場之間的關係。
• 交流電的概念：進一步探索交流電如何在電路中產生感應電流與磁場。

5. Electromagnetic Waves（電磁波）

• 電磁波的基本理論：電場和磁場如何共同作用，產生具有波動性質的電磁波。
• 電磁波的傳播：如何在空間中以光速傳播，並探討其對物質的影響。

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AP Physics C: Electricity and Magnetism 課程特色

• 數學要求高：AP Physics C: E&M 使用微積分進行物理概念推導，因此學生需要掌握微積分基礎（如積分、微分等）。
• 物理概念深度：本課程深入探討電與磁的物理現象，從電場的基本定義到電磁波的產生與傳播，全面涵蓋物理學的核心領域。
• 應用廣泛：電磁學是現代科技的基礎，這些知識在電子、電氣工程、通訊技術等領域有著廣泛應用。
• 實驗探究與數據分析：學生將進行一系列的實驗來探討電與磁的基本現象，並學會如何運用科學方法進行數據分析與解釋。

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AP Physics C: Electricity and Magnetism 考試結構

AP Physics C: E&M 考試與AP Physics C: Mechanics相似，也分為兩個主要部分：

1. 選擇題（Multiple Choice Section）

• 35 題單選題
• 主要測試學生對電磁學各大主題的理解，特別是基本公式的應用與推導。
• 時間：45 分鐘

2. 自由回答題（Free Response Section）

• 3 題自由回答題
• 涉及更高層次的物理解釋、數值計算與推導，並且需要詳細的過程解釋。
• 時間：45 分鐘

3. 計分方式

• 滿分為 5 分（5 分代表大學水平的頂尖表現），這是很多STEM專業大學申請的高分要求。

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AP Physics C: Electricity and Magnetism 的學習優勢

• 強化數學與物理的結合：此課程的核心是將微積分應用於物理問題，幫助學生建立深入的數學物理思維。
• 大學預科課程對接：這門課的內容與大學的物理課程接軌，特別是工程與物理學領域，對未來學術生涯大有助益。
• 增強問題解決能力：學生在學習過程中，不僅能掌握電磁學的理論，還能提升其分析與解決複雜問題的能力。
• 開拓職業生涯：對於未來有意進入電子工程、電氣工程、通信、物理學等領域的學生，這門課程無疑是必不可少的基礎。

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常見問題 FAQ

1. AP Physics C: Electricity and Magnetism 難嗎？

由於本課程強調微積分應用，對學生的數學基礎要求較高，尤其是對電場、磁場及電磁感應的深入理解。這門課的難度相對較高，適合對物理有深厚興趣且具有一定微積分基礎的學生。

2. 需要先修哪些課程？

學生應該具備：

• 已修習或正在修習微積分（如 AP Calculus AB 或 BC）。
• 完成過AP Physics 1 或基礎物理課程。
• 具備一定的數學基礎，特別是代數、三角函數與微積分。

3. AP Physics C: Electricity and Magnetism 與 AP Physics C: Mechanics 有何不同？

• AP Physics C: Mechanics 主要集中於運動學、牛頓定律、能量與動量等，使用微積分推導與分析力學問題。
• AP Physics C: E&M 聚焦於電磁學領域，涵蓋靜電學、電路、磁場與電磁感應等主題，並且也需要運用微積分進行推導與分析。

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小結

AP Physics C: Electricity and Magnetism 是一門極具挑戰性、要求高的物理課程，對於有志於攻讀物理學、工程學、電子學或其他STEM領域的學生來說，這門課程是必修之選。
透過學習電磁學的核心概念，學生不僅能加深對物理世界的理解，還能在數學推導與問題解決能力方面大幅提升。
AP Physics C: E&M 將為未來的學術與職業生涯奠定堅實的基礎，是每一位有志於科學與技術領域的學生必備的核心課程！