大學(xué)物理電學(xué)

§8-1電荷庫侖定律電荷對電的最早認(rèn)識：摩擦起電和雷電電荷種類：正電荷和負(fù)電荷電性力：同號相斥、異號相吸電荷量：物體帶電的多少（帶電粒子的屬性）負(fù)電荷膠木棒毛皮物質(zhì)的電結(jié)構(gòu)。摩擦起電——電荷的轉(zhuǎn)移：在物體帶電過程中，正負(fù)電荷總是同時(shí)出現(xiàn)，而且量值相等。異號電荷相遇則互相中和，在數(shù)值上相等。電荷的轉(zhuǎn)移，伴隨著質(zhì)量的轉(zhuǎn)移。當(dāng)一種電荷出現(xiàn)時(shí)，必然有相等量值的異號電荷同時(shí)出現(xiàn)；一種電荷消失時(shí)，也必然有相等量值的異號電荷同時(shí)消失。在一個(gè)與外界沒有電荷交換的系統(tǒng)內(nèi)，無論進(jìn)行怎樣的物理過程，系統(tǒng)內(nèi)正、負(fù)電荷的代數(shù)和總是保持不變，這就是由實(shí)驗(yàn)總結(jié)出來的電荷守恒定律。電荷守恒定律2.

電荷守恒定律對于一個(gè)系統(tǒng)，如果沒有凈電荷出入其邊界，則系統(tǒng)正負(fù)電荷的代數(shù)和保持不變。如：電荷守恒定律起電機(jī)

宏觀帶電體的帶電量

q

e，準(zhǔn)連續(xù)

夸克模型

e

=

1.60210-19庫侖，為電子電量3.電荷量子化電荷量子化密立根微觀基本概念,能量、角動量等亦量子化點(diǎn)電荷可以簡化為點(diǎn)電荷的條件:Q1rddr<<觀察點(diǎn)P4.庫侖定律庫侖定律：在真空中，兩個(gè)靜止點(diǎn)電荷之間相互作用力與這兩個(gè)點(diǎn)電荷的電荷量q1和q2的乘積成正比，而與這兩個(gè)點(diǎn)電荷之間的距離r12（或r21）的平方成反比，作用力的方向沿著這兩個(gè)點(diǎn)電荷的連線，同號相斥，異號相吸。庫侖定律庫侖定律

1785年，法國庫侖（C.A.Coulomb)適用于點(diǎn)電荷疊加性q0q1q2r02F2r01F1F庫侖定律庫侖庫侖定律說明：1.單位制有理化

0=8.8510-12C2·m-2·

N-12.距離平方反比關(guān)系的證明卡文迪許同心球庫侖定律扭秤實(shí)驗(yàn)3.

4л的引入,雖然使得庫侖定律的表式變得復(fù)雜一些,但以后可以看到,由此而推導(dǎo)出來的一些常用的公式中,卻不出現(xiàn)因子4л.4.引入的新常量ε0和在第十一章引入的新常量μ0(真空磁導(dǎo)率)(ε0μ0=1/c2).5.庫侖定律是直接由實(shí)驗(yàn)總結(jié)出來的規(guī)律,庫侖定律中力與距離平方成反比為基礎(chǔ)將導(dǎo)出其它重要的電場方程,因此定律中平方反比規(guī)律的精確性以及定律的適用范圍一直是物理學(xué)家關(guān)心的問題.例8-1按量子理論，在氫原子中，核外電子快速地運(yùn)動著，并以一定的概率出現(xiàn)在原子核（質(zhì)子〕的周圍各處，在基態(tài)下，電子在半徑ｒ＝0.529×10-10ｍ的球面附近出現(xiàn)的概率最大.試計(jì)算在基態(tài)下,氫原子內(nèi)電子和質(zhì)子之間的靜電力和萬有引力,并比較兩者的大小.引力常數(shù)為G=6.67×10-11N﹒m2/kg2．

解:

按庫侖定律計(jì)算,電子和質(zhì)子之間的靜電力為庫侖定律應(yīng)用萬有引力定律,電子和質(zhì)子之間的萬有引力為由此得靜電力與萬有引力的比值為庫侖定律可見在原子中,電子和質(zhì)子之間的靜電力遠(yuǎn)比萬有引力大,由此,在處理電子和質(zhì)子之間的相互作用時(shí),只需考慮靜電力,萬有引力可以略去不計(jì).而在原子結(jié)合成分子,原子或分子組成液體或固體時(shí),它們的結(jié)合力在本質(zhì)上也都屬于電性力.庫侖定律例8-2設(shè)原子核中的兩個(gè)質(zhì)子相距4.0×10-15m,求此兩個(gè)質(zhì)子之間的靜電力.

可見,在原子核內(nèi)質(zhì)子間的斥力是很大的。質(zhì)子之所以能結(jié)合在一起組成原子核,是由于核內(nèi)除了有這種斥力外,還存在著遠(yuǎn)比斥力強(qiáng)的引力的緣故。上述兩個(gè)例題,說明了原子核的結(jié)合力遠(yuǎn)大于原子的結(jié)合力,原子的結(jié)合力又遠(yuǎn)大于相同條件下的萬有引力。解:兩個(gè)質(zhì)子之間的靜電力是斥力,它的大小按庫侖定律計(jì)算庫侖定律例8-3在圖中,三個(gè)點(diǎn)電荷所帶的電荷量分別為q1=-86

C,q2=50

C,q3=65

C。各電荷間的距離如圖所示。求作用在q3上合力的大小和方向。解:選用如圖所示的直角坐標(biāo)系。q2q1q3

F31F32F30.4m0.52m0.3mijx庫侖定律電荷q2作用于電荷q3上的力的大小為力沿x軸和y軸的分量分別為按庫侖定律算得q1作用于電荷q3上的

的大小為:庫侖定律力沿x軸和y軸的分量分別為根據(jù)靜電力的疊加原理,作用于電荷q3上的合力為合力的大小為庫侖定律合力與x軸的夾角為可見,由庫侖定律算出的作用力比較大。例如兩個(gè)各帶電荷量為1C的帶電體,相距1m時(shí),根據(jù)庫侖定律算出其作用力達(dá)9.0×109

N。然而,通常在實(shí)驗(yàn)室里,利用摩擦起電使物體能獲得的電荷量的數(shù)量級只是10-6C,此時(shí)相距1m時(shí)的靜電力僅為10-2N的數(shù)量級，因?yàn)橥ǔ５钠痣姺?/p>