電荷和庫(kù)侖定律課件

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電荷和靜電場(chǎng)

*§7-1電荷和庫(kù)侖定律

原子是電中性的，原子核中的中子不帶電、質(zhì)子帶正電、核外電子帶負(fù)電，并且所帶電量的絕對(duì)值相等。自然界中只有正電荷

（絲綢摩擦過(guò)的玻璃棒）、負(fù)電荷（毛皮摩擦過(guò)的橡膠棒）兩種。一、電荷(charge)

原子失去或獲得電子的過(guò)程稱為電離。

電荷守恒定律。

物體所帶過(guò)剩電荷的總量稱電荷量，電荷或電量。2002年元電荷的推薦值為e=1.60217653(14)×10-19C(庫(kù)侖)電荷量子化是個(gè)實(shí)驗(yàn)規(guī)律。

實(shí)驗(yàn)證明微小粒子帶電量的變化是不連續(xù)的，它只能是元電荷e

的整數(shù)倍，即粒子的電荷是量子化的：Q=ne，n=1,2,3，……*自然界中的微觀粒子有幾百種,其中帶電粒子所具有的電荷數(shù)均為＋e或－e的整數(shù)倍。因此電荷量子化是普遍的量子化規(guī)律?，F(xiàn)代實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明電荷量子化具有相當(dāng)高的的精度。在近代物理中發(fā)現(xiàn)強(qiáng)子(如質(zhì)子、中子、介子等）是由夸克(quark)構(gòu)成，夸克所帶電量為e的1/3或2/3。但是到目前為止還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)以自由狀態(tài)存在的夸克。電量的最小單元不排除會(huì)有新的結(jié)論，但是電量量子化的基本規(guī)律是不會(huì)變的。在相對(duì)論中物質(zhì)的質(zhì)量會(huì)隨其運(yùn)動(dòng)速率而變化，但是實(shí)驗(yàn)證明一切帶電體的電量不因其運(yùn)動(dòng)而改變，電荷是相對(duì)論性不變量。*二、庫(kù)侖定律(Coulomblaw)

1.點(diǎn)電荷

當(dāng)帶電體自身幾何線度比起帶電體之間距離小得多時(shí)，在測(cè)量精度內(nèi)，帶電體的大小和形狀對(duì)它們之間的相互作用沒(méi)有影響，決定這種相互作用的只是帶電體之間距離和電量。當(dāng)帶電體自身的大小與帶電體之間的距離相比很小時(shí)，可看作點(diǎn)電荷。點(diǎn)電荷是對(duì)實(shí)際情況的抽象，是一種理想化的模型。一個(gè)帶電體能否看成為一個(gè)點(diǎn)電荷，必須根據(jù)具體情況來(lái)決定。有時(shí)不能把一個(gè)帶電體看成為點(diǎn)電荷，但可看作許多點(diǎn)電荷的集合體，從而能夠由點(diǎn)電荷所遵從的規(guī)律出發(fā)，得出結(jié)論。*

2.庫(kù)侖定律

在真空中兩個(gè)相對(duì)于觀察者靜止的點(diǎn)電荷之間的相互作用力的大小與它們所帶電量的乘積成正比，與它們之間距離的平方成反比，方向沿兩電荷的連線，同號(hào)相斥，異號(hào)相吸。，庫(kù)侖力滿足牛頓第三定律。其中為q1指向q2的矢量。設(shè)：q2受到q1的作用力

，則當(dāng)q2與q1異號(hào)時(shí),與

方向相反；*是國(guó)際單位制中的比例系數(shù)稱為真空電容率或真空介電常量。

自然界存在四種力：強(qiáng)力、弱力、電磁力和萬(wàn)有引力，把10-15m的尺度上兩個(gè)質(zhì)子間的強(qiáng)力的強(qiáng)度規(guī)定為1，其他各力的強(qiáng)度是：電磁力為10-2，弱力為10-9，萬(wàn)有引力為10-39。在原子、分子的構(gòu)成以及固體和液體的凝聚等方面，庫(kù)侖力都起主要作用。*靜電力的疊加原理：

實(shí)驗(yàn)表明，庫(kù)侖力滿足線性疊加原理，即不因第三者的存在而改變兩者之間的相互作用。*例1

三個(gè)點(diǎn)電荷q1=q2=2.0×10-6C,Q=4.0×10-6C，如圖所示，求q1

和q2

對(duì)Q的作用力。解：

q1

和q2對(duì)Q的作用力的方向雖然不同，但大小相等，即由對(duì)稱性可以看出兩個(gè)力在y方向的分力大小相等，方向相反而相互抵消，Q僅受沿x方向的作用力q1q2QyxOr1r20.30.30.4θ*例

氫原子中電子和質(zhì)子的