自然界里只有兩種電荷

自然界里只有兩種電荷：正電荷和負(fù)電荷，而且同種電荷互相排斥，異種電荷相互吸引。物體所帶電荷的多少叫做電量，用符號(hào)Q或q表示。在國(guó)際單位制中，電量的單位為庫(kù)倫，簡(jiǎn)稱為庫(kù)。一個(gè)電子或一個(gè)質(zhì)子所帶的電量是1.602X10-19庫(kù)。物體所帶電量總是一個(gè)電子或一個(gè)質(zhì)子所帶電量的整數(shù)倍，因此把1?602x10-19庫(kù)作為基本電荷,用符號(hào)e表示,即e=1.602x10-19庫(kù)。在討論帶電體的相互作用時(shí)，如果帶電體的線度與帶電體之間的距離相比，可以略而不計(jì)時(shí)，這種帶電體稱為點(diǎn)電荷。1785年，法國(guó)物理學(xué)家?guī)靷惛鶕?jù)精確測(cè)定，總結(jié)出點(diǎn)電荷相互作用的規(guī)律：在真空中，兩個(gè)點(diǎn)電荷Q和Q之間的相互作用力F的大小跟Q、Q的電量的乘積成1212正比，跟它們之間的距離r的平方成反比，作用力的方向在兩個(gè)點(diǎn)電荷的連線上。這個(gè)規(guī)律叫做真空中的庫(kù)倫定律，用公式表示為F二K燙r2式中K是比例常數(shù)。在上式中，如果Q和Q符號(hào)相同，F(xiàn)為正值，表示兩個(gè)電荷相互排斥；如果Q和Q符1212號(hào)相反，F(xiàn)為負(fù)值，表示兩個(gè)電荷相互吸引。實(shí)驗(yàn)證明，如果電荷不是在真空中，而是在電介質(zhì)中（絕緣體）里，兩個(gè)電荷間的相互1作用力是在同等情況下在真空中的一倍。因此在電介質(zhì)中庫(kù)倫定律的公式為￡￡r2式中￡是電介質(zhì)的介電常數(shù)。力是通過物質(zhì)而發(fā)生作用的。電荷間的作用是通過電荷周圍的電場(chǎng)發(fā)生的。在真空中，電荷之間的相互作用證明，在電荷周圍，存在著一種特殊物質(zhì)----電場(chǎng)。兩個(gè)電荷之間的相互作用，實(shí)際上式一個(gè)電荷的電場(chǎng)對(duì)另一個(gè)電荷的作用，這個(gè)作用力叫做電場(chǎng)力。電場(chǎng)的傳播速度等于光速。在電場(chǎng)中某一點(diǎn)，.…電荷在該點(diǎn)所受的電場(chǎng)力一F.跟電荷所帶.電量q.的比值是.一個(gè)恒量，這個(gè)比值叫做該點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度，簡(jiǎn)稱場(chǎng)強(qiáng)，用符號(hào)E表示，即電場(chǎng)強(qiáng)度是一個(gè)矢量。正電荷在某點(diǎn)所受電場(chǎng)力的方向，規(guī)定為該點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度的方向。根據(jù)電場(chǎng)強(qiáng)度的定義，設(shè)在點(diǎn)電荷Q電場(chǎng)中有一點(diǎn)電荷Q，那么Q電場(chǎng)中各點(diǎn)的電場(chǎng)121強(qiáng)度可用庫(kù)倫定律求得K徑E=整=K-^-q 8r22如果知道了電場(chǎng)中某點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)E,那么任何電荷在該點(diǎn)所受的電場(chǎng)力就是F=qE為了描述電場(chǎng)的分布情況，物理學(xué)上引入了一系列假設(shè)的曲線 電力線。曲線上各點(diǎn)的切線方向和該點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度的方向一致；曲線的疏密程度跟該點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)弱成正比。電場(chǎng)中的電力線總是從正電荷起始，到負(fù)電荷終止，是不閉合、不相交的曲線。在電場(chǎng)中某一區(qū)域里，如果各點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度的大小和方向都相同，那么這個(gè)區(qū)域里的電場(chǎng)就叫做勻強(qiáng)電場(chǎng)。在勻強(qiáng)電場(chǎng)里各點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度的大小和方向都相同，所以勻強(qiáng)電場(chǎng)的電力線是間隔相等，互相平行的直線。電勢(shì)能研究表明，電荷在電場(chǎng)中的每一點(diǎn)都具有一定的勢(shì)能，這種勢(shì)能叫做電勢(shì)能。電勢(shì)能用W表示。電勢(shì)在電場(chǎng)中某點(diǎn)，電荷在該點(diǎn)所具有的電勢(shì)能W跟電荷所帶電量q的比值是一個(gè)恒量，這個(gè)比值叫做該點(diǎn)的電勢(shì)，用符號(hào)U表示，那么有電勢(shì)是一個(gè)標(biāo)量，只有相對(duì)的意義。在國(guó)際單位制中，電勢(shì)的單位為伏特。電勢(shì)差在電場(chǎng)中，任意兩點(diǎn)的電勢(shì)之差，叫做電勢(shì)差，也叫電壓。電勢(shì)差的單位和電勢(shì)的單位相同。根據(jù)電勢(shì)的定義，在電場(chǎng)中a點(diǎn)和b點(diǎn)的電勢(shì)差為U=Wababq于是電荷從a點(diǎn)移動(dòng)到另一點(diǎn)b點(diǎn)時(shí)電場(chǎng)力所做的功為W=qUabab在勻強(qiáng)電場(chǎng)中，設(shè)有沿著電力線方向有a、b兩點(diǎn)，它們的電勢(shì)差為U,距離為d,電場(chǎng)強(qiáng)度的方向由a指向b。如果把一個(gè)正電荷q放在a點(diǎn)，那么從a點(diǎn)到b點(diǎn)電場(chǎng)力所做的功為W二qU由于F二qE，所以，電場(chǎng)力從a點(diǎn)到b點(diǎn)所做的功又為W二qEd因此有qU=qEd于是得d電容電容器兩個(gè)互相絕緣而又相互靠近的導(dǎo)體就組成一個(gè)電容器。兩個(gè)導(dǎo)體稱為電容器的兩個(gè)極。兩塊正對(duì)的、相互平行的、相距很近有彼此絕緣的金屬板所組成的電容器叫做平行板電容器把電容器的兩塊板極分別和電源的兩極相連接，兩塊板極就分別帶上等量的異種電荷電容器每塊板極所帶電量的絕對(duì)值叫做電容器所帶電量，這時(shí)兩極之間就產(chǎn)生一定的電勢(shì)差。電容實(shí)驗(yàn)證明，同一電容器所帶電量與它兩極之間電勢(shì)差的比值為一恒量，不同的電容器這個(gè)恒量不同。這個(gè)比值稱為電容器的電容。用Q表示電容器所帶電量，U表示兩極間的電勢(shì)差，C表示電容器的電容，則因此，電容器的電容大小與它所帶電量多少、兩極間電勢(shì)差大小無(wú)關(guān)，只與電容器本身一些因素有關(guān)。如平行板電容器電容的大小與它兩個(gè)極板的有效面積，板極間距離及電介質(zhì)種類有關(guān)。在國(guó)際單位制中，電容的單位為法拉（F）。法拉這個(gè)單位太大，實(shí)際上常用的單位是微法（卩F）和皮法pF，它們的關(guān)系是1法拉=106微法=1012皮法穩(wěn)恒電流1?電流強(qiáng)度電流是電量電荷的定向移動(dòng)形成的。習(xí)慣上把正電荷移動(dòng)方向規(guī)定為電流的方向。產(chǎn)生電流的兩個(gè)條件：要有可以自由移動(dòng)的電荷；必須在導(dǎo)體的兩端保持恒定的電勢(shì)差，使導(dǎo)體中總存在著電場(chǎng)。能夠使導(dǎo)體兩端保持電勢(shì)差的裝置，叫做電源。電流的強(qiáng)弱用電流強(qiáng)度I表示，通過導(dǎo)體橫截面的電量q跟通過這些電量所用的時(shí)間t的比值，叫做電流強(qiáng)度。公式為i二qt在國(guó)際單位制中，電流強(qiáng)度的單位是安培。除此之外，還有毫安、微安。它們的符號(hào)分別是A、mA、卩A，它們之間的關(guān)系是1安培=103毫安=106微安電流方向不隨時(shí)間改變的電流叫做直流電。電流方向和強(qiáng)度都不隨時(shí)間改變的電流叫做穩(wěn)恒電流。通常所說的直流電往往是指穩(wěn)恒電流。2?電阻金屬導(dǎo)體中的自由電子在電場(chǎng)力作用下移動(dòng)時(shí)，不斷地跟在平衡位置附近作不規(guī)則振動(dòng)的金屬離子和原子相互碰撞，使得自由電子的定向移動(dòng)受到阻礙，這種阻礙作用叫做導(dǎo)體的電阻。在溫度不變時(shí)，導(dǎo)體的電阻跟它的長(zhǎng)度和電阻率成正比，跟它的橫截面積成反比。這個(gè)規(guī)律叫做電阻定律。公式為RS金屬導(dǎo)體的電阻率隨著溫度的升高而增大，材料不同，增大的程度不同。有些金屬和合金，如鉛、錫、汞等，在溫度降低到接近絕對(duì)零度時(shí)，電阻會(huì)突然消失。這種現(xiàn)象叫做超導(dǎo)現(xiàn)象。處于超導(dǎo)狀態(tài)的導(dǎo)體叫做超導(dǎo)體。3.歐姆定律1827年，德國(guó)物理學(xué)家歐姆總結(jié)了實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得出：通過一段導(dǎo)體中的電流強(qiáng)度跟這段導(dǎo)體兩端的電壓成正比，跟這段導(dǎo)體的電阻成反比。公式為I丄或U IRR這就是一段電路的歐姆定律。4.電流做功如圖所示，負(fù)載兩端的電勢(shì)分別為U”和U,且U大于U 電流通過負(fù)載，可以看ABAB作是正電荷q在電場(chǎng)力的作用下，從電勢(shì)較高的A端移向電勢(shì)較低的B端。此時(shí)，電場(chǎng)力所做的功為Wq(UU)qUAB上面電場(chǎng)力所做的功叫做電流的功，簡(jiǎn)稱電功。由于負(fù)載里通過的電量q=It把它代入上式，得W=UIt式中WUIt的單位分別是焦耳、伏特、安培和秒。上式表明，電流在一段電路上所做的功，跟這段電路兩端的電壓、電路中的電流強(qiáng)度和通電時(shí)間成正比。如果負(fù)載時(shí)純電阻，根據(jù)U=IR，公式W=UIt可改寫為W I2Rt或者電流做功的過程，實(shí)際上是電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的過程。電流做的功，跟完成這些功所用的時(shí)間的比值，叫做電功率，用符號(hào)P表示。公式為P=UI式中PUI的單位分別是瓦特、伏特和安培。上式表明，一段電路上的電功率，跟這段電路兩端的電壓和電路里的電流強(qiáng)度成正比如果放在是純電阻，根據(jù)歐姆定律，公式P=UI可以改寫為U2P=12R或P= R注意：用電器上通常所標(biāo)示的電功率和電壓，是用電器的額定功率和額定電壓。?電流的熱效應(yīng)當(dāng)電流通過金屬導(dǎo)體的時(shí)候，自由電子不斷地和金屬離子發(fā)生碰撞，使得金屬離子的熱振動(dòng)加劇，導(dǎo)體內(nèi)能增大，溫度上升，電能轉(zhuǎn)化為物體的內(nèi)能，這叫做電流的熱效應(yīng)。物理學(xué)家焦耳和楞次分別通過實(shí)驗(yàn)得出以下結(jié)論：電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量，跟電流強(qiáng)度的平方、導(dǎo)體的電阻和通電時(shí)間成正比。這就是焦耳-楞次定律，用公式表示為Q二12Rt式中的Q為熱量，在國(guó)際單位制中用焦耳作單位。?串聯(lián)電路把若干個(gè)電阻不分支地順次連接，叫做電阻的串聯(lián)。當(dāng)電流通過串聯(lián)電路時(shí)，⑴電路中各處的電流強(qiáng)度相等I二I=I=I123⑵電路兩端的總電壓等于各部分電路兩端的電壓之和U=U+U+U123⑶總電阻等于各段電阻之和R=R+R+R123⑷各段電阻兩端的電壓與它們的電阻成正比U:U:U=R:R:R123123⑸各個(gè)電阻消耗的功率與它們的電阻成正比P:P:P=R:R:R123123?并聯(lián)電路把若干個(gè)電阻并列地連接，叫做電阻的并聯(lián)（如圖所示）。當(dāng)電流通過并聯(lián)電路時(shí)，⑴電路中各支路兩端的電壓相等U二U二U二U123⑵總電流強(qiáng)度等于各支路電流強(qiáng)度之和I二I+1+1123⑶總電阻的倒數(shù)等于各支路電阻的倒數(shù)之和111 1=++—RRR R123⑷各支路的電流強(qiáng)度與它們的電阻成反比11R1⑸各支路消耗的功率與它們的電阻成反比P:P121.1

R:~RP:P1223&電源和電動(dòng)勢(shì)要使導(dǎo)體中有恒定的電流，就必須在導(dǎo)體兩端保持恒定的電勢(shì)差。電源就是使導(dǎo)體兩端保持恒定電勢(shì)差的裝置。電池和發(fā)動(dòng)機(jī)就是常見的電源。電源中有一種非靜電性質(zhì)的力，它能使物質(zhì)中的正負(fù)電荷克服靜電引力而分離，分離后，正電荷聚集的地方叫電源的正極，負(fù)電荷聚集的地方叫做電源的負(fù)極，于是在電源中產(chǎn)生了電勢(shì)差。非靜電力反抗電場(chǎng)力所做的功，使分離后的電荷具有電勢(shì)能。電源里這種非靜電力做功的過程，也就是把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電源電能的過程。由于各種非靜電力分離電荷的能力不同，因此各類電源所獲得的電勢(shì)差也不相同。非靜電力將非靜電能轉(zhuǎn)化為電勢(shì)能的能力，用電源電動(dòng)勢(shì)表示。在電源內(nèi)部非靜電力把正電荷從電源負(fù)極移送到電源正極所做的功W,跟被移送的電源電量q的比值，叫做電源的電動(dòng)勢(shì)，用￡表示，貝I」電源的電動(dòng)勢(shì)簡(jiǎn)稱為電動(dòng)勢(shì)，它的方向?yàn)殡娫磧?nèi)部的負(fù)極指向正極的方向。電動(dòng)勢(shì)不是矢量，而是標(biāo)量。電動(dòng)勢(shì)的單位和電勢(shì)、電壓的單位一樣，都為伏特。電源的電動(dòng)勢(shì)的大小決定于電源本身的因素，跟電路的組成無(wú)關(guān)。9?閉合電路中的歐姆定律⑴全電路歐姆定律要利用電源里的電能做功，就必須把電源盒負(fù)載連接成閉合回路，電源內(nèi)部的電路叫做內(nèi)電路，電源外部的電路叫做外電路。電流通過閉合回路時(shí)，由于內(nèi)、外電路都有電阻，電流所做的功，等于非靜電力移送電荷所做的功，即有W二W+W外內(nèi)q￡二qU+qU外內(nèi)￡=U+U外內(nèi)上式表明，電源電動(dòng)勢(shì)等于內(nèi)外電路的電壓之和。設(shè)外電路的電阻是R,內(nèi)電路的電阻是r,電路中的電流強(qiáng)度是I,從部分歐姆定律,可得Ut=IR；U二Ir外內(nèi)把以上兩式代入￡=U+U，有外內(nèi)￡=U+U二IR+Ir=I(R+r)外內(nèi)因而R+r可見，閉合回路中的電流強(qiáng)度，跟電源的電動(dòng)勢(shì)成正比，跟整個(gè)電路的總電阻成反比。這個(gè)定律叫做全電路歐姆定律。⑵外電路的斷開和短路全電路歐姆定律公式可變形為IR=￡+Ir或U=￡一Ir式中U是外電路兩端的電壓，叫做路端電壓。一個(gè)電源的電動(dòng)勢(shì)和它的內(nèi)電阻可以認(rèn)為是不變的。因此外電路電阻越大，電流強(qiáng)度就越小，路端電壓就越大?？梢?，路端電壓隨著外電路電阻的增大而增大。當(dāng)電路斷開時(shí)，此時(shí)外電路的電阻R ，電路中電流為0,Ir=O。因此，U=￡。也即當(dāng)外電路斷開時(shí)，路端電壓等于電源的電動(dòng)勢(shì)。當(dāng)外電路的電阻變小而趨近于0時(shí)，即RT0。此時(shí)外電路的電壓也趨近于0,即UT0。因此，IrT￡，這時(shí)的電流強(qiáng)度I叫做電路電流。￡I一=

短路r由此可見，電路電流的大小，還和電源的內(nèi)電阻有關(guān)。一般地說，電源的內(nèi)電阻都很小，因而短路電流往往很大。10?電池的串聯(lián)和并聯(lián)⑴電池的串聯(lián)電池的串聯(lián)，就是按順序把一個(gè)電池的負(fù)極跟另一個(gè)電池的正極相連，最前面的一個(gè)電池的正極就是電池組的正極，最后一個(gè)電池的負(fù)極就是電池組的負(fù)極。設(shè)每個(gè)電池的電動(dòng)勢(shì)都是￡，每個(gè)電池的內(nèi)電阻都是r。在外電路斷開的情況下，串聯(lián)電池組的總電動(dòng)勢(shì)為n￡，即串聯(lián)電池組的電動(dòng)勢(shì)等于