大學物理12章1

1、12.1 電荷電荷摩擦起電和雷電：對電的最早認識摩擦起電和雷電：對電的最早認識一一 電荷電荷物體帶電最簡單直觀的表現(xiàn)能物體帶電最簡單直觀的表現(xiàn)能吸引輕小物體吸引輕小物體。規(guī)定：規(guī)定：綢子摩擦過的玻璃棒帶綢子摩擦過的玻璃棒帶的電荷叫的電荷叫正電荷正電荷，用毛皮摩擦，用毛皮摩擦過的橡膠棒帶的電荷叫過的橡膠棒帶的電荷叫負電荷負電荷。 實驗證明：實驗證明：自然界中只存在自然界中只存在兩種電荷。兩種電荷。電荷間的相互作用：電荷間的相互作用：同種電荷互相推斥，異種同種電荷互相推斥，異種電荷互相吸引。電荷互相吸引。 e=1.602 10-19庫侖庫侖，為電子電量為電子電量密立根密立根任何電荷的電量總是電子任

2、何電荷的電量總是電子電量的正負整數(shù)倍。電量的正負整數(shù)倍。CeNeq1910602. 1二二 電荷守恒定律電荷守恒定律1.電荷的基元性（量子性）電荷的基元性（量子性）密立根油滴實驗測元電荷密立根油滴實驗測元電荷 1909年年密立根密立根創(chuàng)造出測量電子電荷的平衡水珠創(chuàng)造出測量電子電荷的平衡水珠法法. 1913年他得到電子電荷的數(shù)值：年他得到電子電荷的數(shù)值：e =（1.6020.002）10-19C這樣，就從實驗上確證了元電荷的存在。他測的這樣，就從實驗上確證了元電荷的存在。他測的精確值最終結(jié)束了關(guān)于對電子離散性的爭論，并精確值最終結(jié)束了關(guān)于對電子離散性的爭論，并使許多物理常數(shù)的計算獲得較高的精度，

3、獲得使許多物理常數(shù)的計算獲得較高的精度，獲得1923年年諾貝爾物理學獎諾貝爾物理學獎 。2. 電荷守恒定律電荷守恒定律 摩擦起電是電子由一個物摩擦起電是電子由一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體的結(jié)果。體轉(zhuǎn)移到另一個物體的結(jié)果。因此原來不帶電的兩個物體因此原來不帶電的兩個物體摩擦起電時，它們所帶的電摩擦起電時，它們所帶的電量在數(shù)值上必然相等。量在數(shù)值上必然相等。系統(tǒng)所帶的正負電荷電量的系統(tǒng)所帶的正負電荷電量的代數(shù)和總是保持不變代數(shù)和總是保持不變電荷守恒定律電荷守恒定律 任何帶電體的電量與其運動速度無任何帶電體的電量與其運動速度無關(guān)，或者說，不同的參照系對同一帶電關(guān)，或者說，不同的參照系對同一帶電體所測的電

4、量是相同的。體所測的電量是相同的。三三 電荷電量的相對論不變性電荷電量的相對論不變性庫侖（庫侖（Coulomb 1736 -1806），法國工程師、），法國工程師、物理學家。物理學家。17851789年，用扭秤測量靜電力，年，用扭秤測量靜電力，導出著名的庫侖定律。導出著名的庫侖定律。庫侖定律使電磁學的研庫侖定律使電磁學的研究從究從定性進入定量定性進入定量階段，階段，是電磁學史上一塊重要是電磁學史上一塊重要的里程碑。的里程碑。 12-2 庫侖定律庫侖定律扭秤實驗裝置扭秤實驗裝置 一一 庫侖定律庫侖定律 在真空中，在真空中， 兩個靜止點兩個靜止點電荷電荷q1及及q2之間的相互作用力之間的相互作用力

5、的大小和的大小和q1與與q2的乘積成正比的乘積成正比，和它們之間距離，和它們之間距離r的平方成反的平方成反比；作用力的方向沿著它們的比；作用力的方向沿著它們的聯(lián)線，同號電荷相斥，異號電聯(lián)線，同號電荷相斥，異號電荷相吸。荷相吸。1. 表述：表述：q1q2rF221rqqkF 2、庫侖定律的數(shù)學表達式：、庫侖定律的數(shù)學表達式：221rqqkF q1q2rF標量式標量式229CmN109 k2122112FerqqkF 矢量式矢量式e rerr e為為 矢量矢量單位矢量單位矢量rrre r21F12F1q2qe2132122112FrrqqkerqqkF 點電荷：只帶電荷而沒有形狀和大小的物體。點電

6、荷：只帶電荷而沒有形狀和大小的物體。3、討論：、討論： 庫侖定律只適合于真空中的點電荷相互作用。庫侖定律只適合于真空中的點電荷相互作用。1q12rd21F12F2q）（12rd 點電荷模型點電荷模型221rqqkF （ 為真空電容率）為真空電容率）0212120mNC108542. 841 k041k令令2122101241FerqqF 引入引入 同時引入同時引入 ，雖使庫侖定律形式變得復，雖使庫侖定律形式變得復雜，但重要的是為以后從它推得公式變得簡單。雜，但重要的是為以后從它推得公式變得簡單。04 實驗發(fā)現(xiàn)：在實驗發(fā)現(xiàn)：在10-15米至米至103米范圍內(nèi)庫侖定律都米范圍內(nèi)庫侖定律都成立。這表

7、明庫侖力是長程力。成立。這表明庫侖力是長程力。 庫侖力遵守牛頓第三定律。庫侖力遵守牛頓第三定律。1221FF 解解N101 . 8 416220ereFN107 . 347-2pegrmmGF 例例1 1 在氫原子內(nèi)在氫原子內(nèi), ,電子和質(zhì)子的間距為電子和質(zhì)子的間距為 . . 求它們之間電相互作用和萬有引力求它們之間電相互作用和萬有引力, ,并比較它們的大小并比較它們的大小. .m103 . 511kg101 . 931emkg1067. 127pm2211kgmN1067. 6GC106 . 119e39ge1027.2FF（微觀領(lǐng)域中（微觀領(lǐng)域中, ,萬有引力比庫侖力小得多萬有引力比庫侖力

8、小得多, ,可可忽略忽略不計不計. .）1q2q3q二二 電力的疊加原理電力的疊加原理0q1r1F2r3r2F3F0q由力的疊加原理得由力的疊加原理得 所受合力所受合力 點電荷點電荷 對對 的作用力的作用力 iiiierqqF200 41 0qiq niiFFFFF1n21 niiiierqq1200 41 實驗證實了兩靜止電荷間存在相互作用的靜實驗證實了兩靜止電荷間存在相互作用的靜電力，但其相互作用是怎樣實現(xiàn)的？電力，但其相互作用是怎樣實現(xiàn)的？12.3 電場電場 電場強度電場強度 兩種觀點兩種觀點超距觀點超距觀點作用作用作用作用場的場的觀點觀點電荷電荷1 1電荷電荷2 2電場電場1 1電場電

9、場2 2電荷電荷1 1電荷電荷2 2產(chǎn)生產(chǎn)生作用作用作用作用產(chǎn)生產(chǎn)生正確正確一一 電場電場場是一種特殊形態(tài)的物質(zhì)場是一種特殊形態(tài)的物質(zhì)實物實物物物 質(zhì)質(zhì) 場場靜電場：靜電場：相對于觀察者靜止的電荷在周圍空間激相對于觀察者靜止的電荷在周圍空間激發(fā)的電場。發(fā)的電場。試驗電荷試驗電荷q q0 0及條件及條件（1 1）點電荷點電荷( (尺寸小尺寸小) )（2 2）q q0 0電量足夠小，對電量足夠小，對待測電場影響可忽略待測電場影響可忽略二二 電場強度電場強度Q0qF：場源電荷：場源電荷Q0q：試驗電荷：試驗電荷定義電場強度定義電場強度AFq00qFE q0BFAB 電場中某點的電場電場中某點的電場強

10、度等于單位正電荷在強度等于單位正電荷在該點所受的電場力。該點所受的電場力。答案答案B . 關(guān)于電場強度定義式，下列說法中關(guān)于電場強度定義式，下列說法中哪個是正確的？哪個是正確的？ (A) 場強的大小與試探電荷場強的大小與試探電荷q0的大小成反比的大小成反比 (B) 對場中某點，試探電荷受力與對場中某點，試探電荷受力與q0的比值不因的比值不因q0而變而變 (C) 試探電荷受力的方向就是場強的方向試探電荷受力的方向就是場強的方向 (D) 若場中某點不放試探電荷若場中某點不放試探電荷q0，則，從而，則，從而0/qFE EEF0 F0 E場點場點源點源點一一 點電荷的電場點電荷的電場qerqqF020

11、41 E0qFerq2041 FEr0q根據(jù)庫侖定律，有根據(jù)庫侖定律，有得的定義根據(jù),E12-3-2 電場強度電場強度計算計算+ErEr特點特點2041rqE E與場源與場源電荷電荷q成正比，成正比，與與r2成反比成反比，q 0q 0時，沿徑向向外時，沿徑向向外q1 （）（）x軸上軸上0 x1 (C) x軸上軸上x0 (E) y軸上軸上ya時，該點場強的大小為：時，該點場強的大小為： （）（）（）（）（）（）（）（） O x -a -q +q +a P(0,y) y 204yq 202yq 302yqa 304yqa 答案答案3rPE041E 如圖所示，在坐標如圖所示，在坐標(a，0)處放置一點電荷處放置一點電荷+q，在坐標在坐標(-a，0)處放置另一點電荷處放置另一點電荷qP點是點是x軸上軸上的一點，坐標為的一點，坐標為(x，0)當當xa時，該點場強的時，該點場強的大小為：大小為： O x -a -q +q +a x P(x,0) y （）（）（）（）（）（）（）（）xq04 30 xqa 302xqa 204xq O x -a -q +q +a x P(x,0) y E E20)(4xaqE 20)(4axqE EEE 22022)()(4)()(axx