靜電的基本現(xiàn)象和基本規(guī)律

關(guān)于靜電的基本現(xiàn)象和基本規(guī)律2起電：使物體帶電摩擦起電：用摩擦方法使物體帶電帶電體：帶電的物體帶電體性質(zhì)：吸引輕小物體兩種電荷：正電荷和負(fù)電荷；同種電荷相斥，異種電荷相吸。一

兩種電荷第一章

靜電場1-1靜電場的基本現(xiàn)象和基本規(guī)律第2頁,共24頁，2024年2月25日，星期天3二

靜電感應(yīng)和電荷守恒定律+++++++++感應(yīng)電荷1

靜電感應(yīng)+第3頁,共24頁，2024年2月25日，星期天42電荷守恒定律在與外界沒有電荷交換的系統(tǒng)內(nèi),任一時刻存在于系統(tǒng)中的正、負(fù)電荷的代數(shù)和始終保持不變要點：電荷的代數(shù)和不變性：孤立系統(tǒng)中正、負(fù)電荷各自的量可能發(fā)生變化，但其代數(shù)和保持不變。例如，正、負(fù)電子相遇轉(zhuǎn)化為兩個光子。高能光子經(jīng)過另一粒子附近時轉(zhuǎn)換為正、負(fù)電子對。電荷的相對論不變性：孤立系統(tǒng)的電量，與其運動狀態(tài)無關(guān)，在不同參考系內(nèi)進行觀察，系統(tǒng)總電量保持不變。宏觀和微觀過程均適用第4頁,共24頁，2024年2月25日，星期天5三物體的分類1導(dǎo)體：電荷能從產(chǎn)生的地方迅速轉(zhuǎn)移或傳導(dǎo)到其它部分的那種物體叫做導(dǎo)體。2絕緣體：電荷幾乎只停留在產(chǎn)生的地方的那種物體叫絕緣體。3半導(dǎo)體：半導(dǎo)體是介于導(dǎo)體與絕緣體之間的物體，而且對溫度，光照，雜質(zhì)，壓力，電磁場等外加條件極為敏感。第5頁,共24頁，2024年2月25日，星期天6常見導(dǎo)體:金屬，石墨，電解液（酸，堿，鹽類的水溶液），人體，地，電離的氣體等；常見絕緣體:玻璃，橡膠，絲綢，琥珀，松香，硫磺，瓷器，油類，未電離的氣體等。電荷量子化

*1897年J.J.湯姆遜從實驗中測出了電子的比荷。*1913年R.A.密立根從實驗中測定所有電子都有相同的電量，帶電體的電量是電子電荷的整數(shù)倍；電子電荷帶電體電量第6頁,共24頁，2024年2月25日，星期天7

電荷量子化是個實驗規(guī)律。

迄今所知，電子是經(jīng)實驗驗證的自然界中存在的最小負(fù)電荷，質(zhì)子是最小的正電荷。

電荷只能取離散的、不連續(xù)的量值的性質(zhì)，叫做電荷的量子化。電子電荷的絕對值e稱為元電荷?；蚍Q作電荷的量子。

強子的夸克模型具有分?jǐn)?shù)電荷（或電子電荷）但實驗上尚未直接證明.

量子化是近代物理的一個基本概念，當(dāng)研究范圍達到原子線度大小時，很多物理量如頻率、能量也都是量子化的。第7頁,共24頁，2024年2月25日，星期天8四

物質(zhì)的電結(jié)構(gòu)物質(zhì)是由分子，原子組成的，而原子又由帶正電的原子核和帶負(fù)電的電子組成。原子核中有質(zhì)子和中子，中子不帶電，質(zhì)子帶正電。一個質(zhì)子所帶電荷和一個電子所帶電量數(shù)值相等。如果用e代表一個質(zhì)子的電量，則一個電子的電量就是-e。自由電荷：可以自由移動束縛電荷：只能在一個原子或分子范圍內(nèi)作微小位移第8頁,共24頁，2024年2月25日，星期天9庫侖(C.A.Coulomb1736

1806）

法國物理學(xué)家，1785年通過扭秤實驗創(chuàng)立庫侖定律,使電磁學(xué)的研究從定性進入定量階段.電荷的單位庫侖以他的姓氏命名.五

庫侖定律第9頁,共24頁，2024年2月25日，星期天101點電荷模型

點電荷是一個抽象的理想模型。當(dāng)帶電體本身的線度遠比問題中涉及的距離小很多時，帶電體就可近似當(dāng)成點電荷。第10頁,共24頁，2024年2月25日，星期天112庫侖定律1785年，法國物理學(xué)家?guī)靵鲇门こ訉嶒灉y定了兩帶電球體之間相互作用的電力，并在其基礎(chǔ)上提出了兩點電荷之間相互作用的規(guī)律，即庫侖定律。第11頁,共24頁，2024年2月25日，星期天12SI制

在真空中，兩個靜止的點電荷之間的相互作用力，其大小與其電量的乘積成正比，與它們之間距離的平方成反比。作用力的方向沿著兩個點電荷的連線方向.同號電荷相斥，異號電荷相吸。第12頁,共24頁，2024年2月25日，星期天13（為真空電容率）

令

庫侖定律

庫侖力遵守牛頓第三定律第13頁,共24頁，2024年2月25日，星期天14

實驗表明，庫侖力滿足線性疊加原理，即多個點電荷同時作用于一個點電荷的力等于每個點電荷單獨作用力之矢量和3庫侖力的疊加原理第14頁,共24頁，2024年2月25日，星期天15解

例1

氫原子內(nèi),電子和質(zhì)子的間距為

.求它們之間電相互作用和萬有引力,并比較它們的大小.（微觀領(lǐng)域中,萬有引力比庫侖力小得多,可忽略不計.）第15頁,共24頁，2024年2月25日，星期天16庫侖定律的進一步討論：成立條件：靜止、真空、點電荷該條件可以拓寬到靜源——靜電荷，不能延拓到動源——動電荷？問題：上述結(jié)論是否與牛頓第三定律矛盾？結(jié)果合理嗎？靜止：點電荷相對靜止，且相對于觀察者也靜止第16頁,共24頁，2024年2月25日，星期天17被作用者靜止，滿足牛三被作用者運動，不滿足牛三看上去與牛三矛盾實際上正說明電荷間有第三者——場，前者電荷靜止，場的動量不變——作用力對等后者場的動量發(fā)生變化，作用力不對等第17頁,共24頁，2024年2月25日，星期天18真空條件作用：為了除去其他電荷的影響，使兩個點電荷只受對方作用。如果真空條件破壞會如何？——不僅只有兩個電荷；總作用力比真空時復(fù)雜些，但由于力的獨立作用原理，兩個點電荷之間的力仍遵循庫侖定律因此可以推廣到介質(zhì)、導(dǎo)體

第18頁,共24頁，2024年2月25日，星期天19點電荷

理想模型質(zhì)點剛體理想流體平衡態(tài)（熱學(xué)）點電荷：忽略了帶電體形狀、大小以及電荷分布情況的電荷。第19頁,共24頁，2024年2月25日，星期天20適用范圍和精度原子核尺度——地球物理尺度天體物理、空間物理大概無問題

精度：Coulomb時代

1971年第20頁,共24頁，2024年2月25日，星期天21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)

第21頁,共24頁，2024年2月25日，星期天22后果？靜電場的基本定理——高斯定理將不成立動搖了電磁理論的基礎(chǔ)電力平方反比律與m光（靜）是否為零有密切關(guān)系m光是有限的非零值？還是一個零？有本質(zhì)的區(qū)別現(xiàn)有理論以m光=0為前提,若m光不為零，后果嚴(yán)重電動力學(xué)的規(guī)范不變性被破壞

電荷將不守恒

光子偏振態(tài)要發(fā)生變化

黑體輻射公式要修改

會出現(xiàn)真空色散，即不同頻率的光波在真空中的傳播速度不同，從而破壞光速不變。

第22頁,共24頁，2024年2月25日，星期天23電量單位－MKSA制1庫侖：當(dāng)導(dǎo)線中通過1安培穩(wěn)恒電流時，一秒鐘內(nèi)通過導(dǎo)線某一給定截面的電量為

1C=