高二物理競賽電荷課件

第一章靜止電荷的電場本章主要講解靜止電荷相互作用的規(guī)律。本章的基本要求掌握電場強(qiáng)度和電通量的概念。掌握庫侖定律。掌握用點(diǎn)電荷場強(qiáng)公式及場強(qiáng)疊加原理求場強(qiáng)的方法。確切理解高斯定律，并掌握用高斯定律求場強(qiáng)的方法?！?.1電荷1.正負(fù)性電荷有兩種，美國科學(xué)家富蘭克林將其命名為"正電荷"與"負(fù)電荷"。電荷是實(shí)物的一種屬性，它具有以下性質(zhì)：一切電磁現(xiàn)象都起源于電荷的存在或電荷的運(yùn)動。2.量子性實(shí)驗(yàn)證明，電子帶有最小負(fù)電荷，其所帶電量－基本電荷，其絕對值的國際通用值為★宏觀帶電體所帶電荷種類的不同根源于組成它們的微觀粒子所帶電荷種類的不同。電子帶負(fù)電荷質(zhì)子帶正電荷中子呈電中性★通過高能電子束散射實(shí)驗(yàn)測出的質(zhì)子和中子內(nèi)部的電荷分布圖r/10-15mr/10-15m質(zhì)子內(nèi)電荷分布圖中子內(nèi)電荷分布圖＋＋－物體所帶電荷的多少(電量)的值以q

或Q

表示?！镫姾傻膯挝辉趪H單位制中，電荷的單位是C，稱為庫侖，簡稱庫。實(shí)驗(yàn)證明，在自然界中，任何物體所帶的電量都是e的整數(shù)倍，也就是說，并不是任何數(shù)值的電量都是可能的，或者說電量是不連續(xù)的——電荷的量子化★電荷數(shù)－－微觀粒子所帶的基本電荷數(shù)，用N

表示：強(qiáng)子的夸克模型具有分?jǐn)?shù)電荷（或電子電荷）但實(shí)驗(yàn)上尚未直接證明。★點(diǎn)電荷模型帶電體本身的線度<<所涉及的距離帶電的點(diǎn)－點(diǎn)電荷：忽略其形狀及電荷的分布狀況注意：點(diǎn)電荷是一個(gè)相對的概念，依問題所要求的精度而定。與外界沒有電荷的交換3.守恒性在一個(gè)孤立系統(tǒng)中總電荷量是不變的。即在任何時(shí)刻，系統(tǒng)中的正電荷與負(fù)電荷的代數(shù)和保持不變，這稱為電荷守恒定律。從實(shí)際的物體中抽象出來的理想模型點(diǎn)電荷不一定是體積很小的帶電體，只要它本身的幾何線度與它到其他帶電體的距離相比，是微不足道的，因而它的形狀和大小可以不必考慮，可用一個(gè)具有帶電體全部電荷的幾何點(diǎn)來表示；這樣，它在空間的位置也就便于確定。電學(xué)：點(diǎn)電荷力學(xué)：質(zhì)點(diǎn)★電荷可以產(chǎn)生和消失一個(gè)高能光子一個(gè)重原子核一個(gè)正電子一個(gè)負(fù)電子電子對的產(chǎn)生一個(gè)正電子一個(gè)負(fù)電子兩個(gè)或三個(gè)光子電子對的湮滅電荷的產(chǎn)生和消失并不改變系統(tǒng)中的電荷的代數(shù)和－－電荷守恒定律仍然保持有效4.相對論不變性電荷的電量與其運(yùn)動狀態(tài)無關(guān)，在不同的參考系內(nèi)觀察，同一帶電粒子的電量不變——電荷的相對論不變性。實(shí)驗(yàn)證實(shí)：氫分子和氦原子都精確地是電中性的?！锉容^氫分子和氦原子的電中性實(shí)驗(yàn)＋＋－－氫分子結(jié)構(gòu)示意圖＋＋－－氦原子結(jié)構(gòu)示意圖§1.2

庫侖定律與疊加原理靜電學(xué)：研究靜止電荷之間的相互作用的理論式中k

為比例系數(shù)，真空中的電容率（介電常數(shù)）真空中庫侖定律：靜止電荷之間的相互作用力——庫侖力令：q1

與q2

同號q1q2>0F21

沿er21

的方向，斥力q1

與q2

異號q1q2<0F21

沿er21

的反向，引力討論：注意：由于自由空間是各向同性的，對于兩個(gè)靜止的點(diǎn)電荷而言，只有它們的連線才具有唯一確定的方向。庫侖定律反映了自由空間的各向同性。er21r21F21q1q2er21r21F21q1q2F12F12(1)庫侖定律適用于真空中的點(diǎn)電荷；(2)庫侖力滿足牛頓第三定律；(3)F電

>>F萬（見書上例1.1）注意:

2.電力疊加原理有兩個(gè)以上的電荷存在時(shí)，兩點(diǎn)電荷間的作用力并不因其它電荷的存在而改變，所以總的作用力等于各個(gè)點(diǎn)電荷作用力的矢量和——電力疊加原理電荷q3

受的力：F1F2設(shè)F1、F2

、…、Fn

分別為點(diǎn)電荷q1、