電荷庫侖定律

§1－1電荷庫侖定律第一章靜電場的基本規(guī)律2023/2/21一、對電荷的基本認(rèn)識兩種電荷：實(shí)驗(yàn)1----用毛皮或絲綢摩擦過的橡膠棒或玻璃棒可吸引輕小物體（羽毛，頭發(fā)）。

實(shí)驗(yàn)2---相互吸引，相互排斥2.導(dǎo)體：可傳導(dǎo)電荷的物體（金屬，電解液）絕緣體（電介質(zhì)）：不能傳導(dǎo)電荷的物體（橡膠，干燥的玻璃棒）半導(dǎo)體：傳導(dǎo)電荷的能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物體，而且電性質(zhì)非常特殊的材料，對溫度、光照、壓力等外界條件極為敏感。2023/2/227.電荷量子化：密立跟實(shí)驗(yàn)（1906－1917年）Q=Ne,e=1.6010-19C在一個(gè)和外界沒有電荷交換的系統(tǒng)內(nèi)，正負(fù)電荷的代數(shù)和在任何物理過程中保持不變。6.電荷守恒定律-物理學(xué)中普遍的基本定律5.起電方式：摩擦起電和靜電感應(yīng)2023/2/238.基本粒子：夸克帶分?jǐn)?shù)電荷，夸克摸型，理論成立，但至今在實(shí)驗(yàn)中未找到自由的夸克。原子核質(zhì)子中子上夸克（兩個(gè)）下夸克（一個(gè)）上夸克（一個(gè)）下夸克（兩個(gè)）相互作用有四種：強(qiáng)相互作用，電磁作用，弱相互作用，萬有引力。2023/2/241.夸克和反夸克，以色和味來標(biāo)記，它們是組成質(zhì)子、中子和所有強(qiáng)子的基本單元，已發(fā)現(xiàn)30種。輕子族：只參加弱相互作用，它們是電子，電子型中微子等以及這些粒子的反粒子，共12種。媒介子：它們是傳遞相互作用的粒子。

相互作用有四種：萬有引力，電磁作用，弱相互作用，強(qiáng)相互作用。二、組成宇宙萬物的基本粒子分三類：2023/2/25三、庫侖定律（Coulombslaw）庫侖生平

1736年6月庫侖生于法國的安古萊姆，先后就讀馬扎蘭學(xué)院和法蘭西學(xué)院。1760年（24歲）又考入梅齊埃爾工兵學(xué)校，在此認(rèn)識了地磁學(xué)家波爾達(dá)(j.c.borda),在1764年~1781年（28~45歲）他一直以工程師的身份在軍隊(duì)服役。1781年才在巴黎定居組織了家庭。在1781年~1801年（45~65歲）共宣讀了二十五篇論文，其中1785年發(fā)表的第一篇“論電和磁”是關(guān)于扭力秤的論文，給出了測量靜電力的扭力秤的結(jié)構(gòu)。另外還有七篇電學(xué)和磁學(xué)的論文，其余是關(guān)于土木工程、機(jī)械力學(xué)和摩擦研究的論文，這些論文均被法蘭西物理學(xué)會(huì)收集在《物理學(xué)論文集》中。1801年（65歲）他被當(dāng)選為法蘭西研究院名譽(yù)主席。2023/2/262.點(diǎn)電荷模型可抽象為一個(gè)幾何點(diǎn)的帶電體，它本身的幾何線度與它到其它帶電體的距離相比小得多以庫侖定律為例說明：

一個(gè)物理定律建立本身就是物理學(xué)取得很大進(jìn)展的標(biāo)志物理定律具有豐富、深刻的內(nèi)涵和外延對于基本定律，我們究竟從那些方面考察？2023/2/27四.庫侖定律的建立Franklin首先發(fā)現(xiàn)金屬小杯內(nèi)的軟木小球完全受杯上電荷的影響;在Franklin的建議下，Priestel做了實(shí)驗(yàn)——提出問題1、提出問題2、猜測答案a、現(xiàn)象與萬有引力有相同規(guī)律2023/2/28b、由牛頓力學(xué)可知：球殼對放置在殼外的物體有引力，而放置在球殼內(nèi)任何位置的物體受力為零。c、類比：電力與距離平方成反比（1766年做的實(shí)驗(yàn)，未被重視）

2023/2/293、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)a、1769年Robison首先用直接測量方法確定電力定律，得到兩個(gè)同號電荷的斥力

b、兩個(gè)異號電荷的引力比平方反比的方次要小些。（研究結(jié)果直到1801年發(fā)表才為世人所知）2023/2/2104、Cavendish實(shí)驗(yàn)a、1772年Cavendish遵循Priestel的思想設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證電力平方反比律，如果實(shí)驗(yàn)測定帶電的空腔導(dǎo)體的內(nèi)表面確實(shí)沒有電荷，就可以確定電力定律是遵從平方反比律的即b、他測出不大于0.02（未發(fā)表，100年以后Maxwell整理他的大量手稿，才將此結(jié)果公諸于世。

2d±-μrf越小，內(nèi)表面電荷越少2023/2/211a、精度與十三年前Cavendish的實(shí)驗(yàn)精度相當(dāng)庫侖是扭稱專家;電斥力——扭稱實(shí)驗(yàn)，數(shù)據(jù)只有幾個(gè)，且不準(zhǔn)確（由于漏電）——不是大量精確的實(shí)驗(yàn)；b、電引力——單擺實(shí)驗(yàn)得c、電引力單擺周期正比于距離d、與萬有引力單擺周期類比，得5、1785年Coulomb測出結(jié)果2023/2/212f.真空中，兩個(gè)靜止的點(diǎn)電荷之間相互作用力的大小，與它們的電量的乘積成正比，與它們之間距離的平方成反比。靜電作用力大小相等而方向相反，并且沿著它們的聯(lián)線；同號電荷相斥，異號電荷相吸。（1）結(jié)構(gòu)；（2）測量方法（同性電荷，異性電荷，類比法）e.扭力秤的設(shè)計(jì)思想：2023/2/213q2q1rq2q1r其中，表示點(diǎn)電荷q1對點(diǎn)電荷q2的作用力，表示點(diǎn)電荷q2對點(diǎn)電荷q1的作用力。6、數(shù)學(xué)表述：2023/2/214q—庫侖（C），實(shí)驗(yàn)定出：

k=8.9880109N·m2/C2國際單位制（SI）中：F—牛頓（N），r—米（m）F12F21rq2q12023/2/215五.庫侖定律和萬有引力定律的比較相似性：形式相同不同：(1)萬有引力,只存在吸引力，庫侖力存在吸引力和排斥力（2）在大質(zhì)量物體之間，在很小的帶電體之間2023/2/216適用范圍和精度

原子核尺度——地球物理尺度天體物理、空間物理

基本實(shí)驗(yàn)規(guī)律。宏觀、微觀均適用；精度：Coulomb時(shí)代

1971年2023/2/217理論地位和現(xiàn)代含義庫侖定律是靜電學(xué)的基礎(chǔ)，說明了

帶電體的相互作用問題

原子結(jié)構(gòu)，分子結(jié)構(gòu)，固體、液體的結(jié)構(gòu)化學(xué)作用的微觀本質(zhì)都與電磁力有關(guān)，其中主要部分是庫侖力靜電場的性質(zhì)

2023/2/218▲庫侖定律適用的條件：

?真空中點(diǎn)電荷間的相互作用

?施力電荷對觀測者靜止（受力電荷可運(yùn)動(dòng)）有：有理化后的庫侖定律：

▲有理化：引入常量0，令

0—真空介電常量（dielectricconstantofvacuum）2023/2/219電量單位－MKSA制1庫侖：當(dāng)導(dǎo)線中通過1安培穩(wěn)恒電流