大學(xué)物理課完整版

1、大學(xué)物理大學(xué)物理 第三次修訂本第三次修訂本第第6章章 靜電場(chǎng)靜電場(chǎng)1中科院高能物中科院高能物理研究所的北理研究所的北京質(zhì)子直線加京質(zhì)子直線加速器的注入器速器的注入器750eV高壓倍高壓倍壓加速器壓加速器大學(xué)物理大學(xué)物理 第三次修訂本第三次修訂本第第6章章 靜電場(chǎng)靜電場(chǎng)2大學(xué)物理大學(xué)物理 第三次修訂本第三次修訂本第第6章章 靜電場(chǎng)靜電場(chǎng)3大學(xué)物理大學(xué)物理 第三次修訂本第三次修訂本第第6章章 靜電場(chǎng)靜電場(chǎng)4一、電荷的基本性質(zhì)一、電荷的基本性質(zhì) 電荷有兩種電荷有兩種 同種電荷相斥，異種電荷相吸。同種電荷相斥，異種電荷相吸。2.2. 電荷是量子化的電荷是量子化的 任何一個(gè)帶電體的電都是基本電荷的整倍任

2、何一個(gè)帶電體的電都是基本電荷的整倍數(shù)。數(shù)。 Q=Q=nene，n=1n=1，2 2，3 3，e e1.6021.6021010-19-19C C 帶電粒子的電荷是量子化的。帶電粒子的電荷是量子化的。 大學(xué)物理大學(xué)物理 第三次修訂本第三次修訂本第第6章章 靜電場(chǎng)靜電場(chǎng)5 電荷守恒定律適用于一切宏觀和微觀電荷守恒定律適用于一切宏觀和微觀過程過程(例如核反應(yīng)和基本粒子過程例如核反應(yīng)和基本粒子過程)。3 3、電荷守恒定律電荷守恒定律一個(gè)與外界沒有電荷交換的系統(tǒng)內(nèi)一個(gè)與外界沒有電荷交換的系統(tǒng)內(nèi), , 正、負(fù)正、負(fù)電荷的代數(shù)和在任何物理過程中保持不變。電荷的代數(shù)和在任何物理過程中保持不變。 電荷守恒定律是

3、自然界中普遍存在的基電荷守恒定律是自然界中普遍存在的基本定律之一。本定律之一。 大學(xué)物理大學(xué)物理 第三次修訂本第三次修訂本第第6章章 靜電場(chǎng)靜電場(chǎng)6庫(kù)侖庫(kù)侖 (C.A.Coulomb 1736 1806） 法國(guó)物理學(xué)家，法國(guó)物理學(xué)家，17851785年通過扭秤實(shí)驗(yàn)創(chuàng)立庫(kù)年通過扭秤實(shí)驗(yàn)創(chuàng)立庫(kù)侖定律侖定律, , 使電磁學(xué)的研使電磁學(xué)的研究從定性進(jìn)入定量階段究從定性進(jìn)入定量階段. . 電荷的單位庫(kù)侖以他的電荷的單位庫(kù)侖以他的姓氏命名。姓氏命名。大學(xué)物理大學(xué)物理 第三次修訂本第三次修訂本第第6章章 靜電場(chǎng)靜電場(chǎng)7三、庫(kù)侖定律三、庫(kù)侖定律1.點(diǎn)電荷模型點(diǎn)電荷模型（1）帶電體的大小、形狀可以忽略。）帶電體

4、的大小、形狀可以忽略。（2）把帶電體視為一個(gè)帶電的幾何點(diǎn)。）把帶電體視為一個(gè)帶電的幾何點(diǎn)。1q12r12r21F12Fd21F12F2q1q2q大學(xué)物理大學(xué)物理 第三次修訂本第三次修訂本第第6章章 靜電場(chǎng)靜電場(chǎng)8r 在真空中兩個(gè)靜止點(diǎn)電荷之間的靜電在真空中兩個(gè)靜止點(diǎn)電荷之間的靜電作用力與這兩個(gè)點(diǎn)電荷所帶電量的乘積成作用力與這兩個(gè)點(diǎn)電荷所帶電量的乘積成正比，與它們之間距離的平方成反比，作正比，與它們之間距離的平方成反比，作用力的方向沿著兩個(gè)點(diǎn)電荷的連線。用力的方向沿著兩個(gè)點(diǎn)電荷的連線。1q2q210r02122121rrqqkF電荷電荷q1 對(duì)對(duì)q2 的作用力的作用力F2121F2.庫(kù)侖定律庫(kù)侖

5、定律大學(xué)物理大學(xué)物理 第三次修訂本第三次修訂本第第6章章 靜電場(chǎng)靜電場(chǎng)9電荷電荷q2對(duì)對(duì)q1的作用力的作用力F12 01222112rrqqkF1q2qr120r12F041k真空中電容率。真空中電容率。 F/m1085418782. 8120大學(xué)物理大學(xué)物理 第三次修訂本第三次修訂本第第6章章 靜電場(chǎng)靜電場(chǎng)100221041rrqqF(1) 庫(kù)侖定律適用于真空中的點(diǎn)電荷。庫(kù)侖定律適用于真空中的點(diǎn)電荷。(4) 庫(kù)侖力滿足牛頓第三定律庫(kù)侖力滿足牛頓第三定律 (3)大量的實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證明了兩點(diǎn)電荷之間大量的實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證明了兩點(diǎn)電荷之間的庫(kù)侖力是嚴(yán)格服從平方反比定律的。嚴(yán)格的的庫(kù)侖力是嚴(yán)格服從平方反比定律

6、的。嚴(yán)格的平方反比關(guān)系也是證明高斯定理所必需的平方反比關(guān)系也是證明高斯定理所必需的。1221FF討論討論 (2) 庫(kù)侖力為有心力庫(kù)侖力為有心力,它是保守力，可引它是保守力，可引入靜電勢(shì)能的概念。入靜電勢(shì)能的概念。 大學(xué)物理大學(xué)物理 第三次修訂本第三次修訂本第第6章章 靜電場(chǎng)靜電場(chǎng)11例例1 氫原子中電子和質(zhì)子的距離為氫原子中電子和質(zhì)子的距離為 。 解解N101 . 8)103 . 5 ()106 . 1 (100 . 94182112199220reFe求求 此兩粒子間的電力和萬有引力。此兩粒子間的電力和萬有引力。m103 . 511兩粒子間的靜電力大小為兩粒子間的靜電力大小為兩粒子間的萬有引

7、力兩粒子間的萬有引力大小大小為為2112731112)103 . 5(107 . 1101 . 9107 . 6rmmGFpegN107 . 347萬電FF 大學(xué)物理大學(xué)物理 第三次修訂本第三次修訂本第第6章章 靜電場(chǎng)靜電場(chǎng)12 可見在原子中可見在原子中, ,電子和質(zhì)子之間的靜電電子和質(zhì)子之間的靜電力遠(yuǎn)比萬有引力大力遠(yuǎn)比萬有引力大, ,由此由此, ,在處理電子和質(zhì)在處理電子和質(zhì)子之間的相互作用時(shí)子之間的相互作用時(shí), ,只需考慮靜電力只需考慮靜電力, ,萬萬有引力可以略去不計(jì)有引力可以略去不計(jì). . 而在原子結(jié)合成分而在原子結(jié)合成分子子, ,原子或分子組成液體或固體時(shí)原子或分子組成液體或固體時(shí), ,它們的它們的結(jié)合力在本質(zhì)上也都屬于電性力結(jié)合力在本質(zhì)上也都屬于電性力. .大學(xué)物理大學(xué)物理 第三次修訂本第三次修訂本第第6章章 靜電場(chǎng)靜電場(chǎng)13解解N104 . 34132caca0carqqF由庫(kù)侖定律由庫(kù)侖定律例例2 已知帶電粒子已知帶電粒子 a、b、c， 所帶電量分別為所帶電量分別為qa=3.0C， qb=-6.0C， qc=-2.0C。試求帶電。試求帶電粒子粒子 a 和和 b 對(duì)對(duì) c 的作用力。的作用力。ay z OcaFb -ccbFcFjFN)104 . 3(3ca大學(xué)物理大學(xué)物理 第三次修訂本第三次修訂本第第