大學(xué)物理12章1

1、12.1 電荷電荷摩擦起電和雷電：對(duì)電的最早認(rèn)識(shí)摩擦起電和雷電：對(duì)電的最早認(rèn)識(shí)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(fù)電荷負(fù)電荷。 實(shí)驗(yàn)證明：實(shí)驗(yàn)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(fù)整數(shù)倍。電量的正負(fù)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(shí)驗(yàn)測(cè)元電荷密立根油滴實(shí)驗(yàn)測(cè)元電荷 1909年年密立根密立根創(chuàng)造出測(cè)量電子電荷的平衡水珠創(chuàng)造出測(cè)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(shí)驗(yàn)上確證了元電荷的存在。他測(cè)的這樣，就從實(shí)驗(yàn)上確證了元電荷的存在。他測(cè)的精確值最終結(jié)束了關(guān)于對(duì)電子離散性的爭論，并精確值最終結(jié)束了關(guān)于對(duì)電子離散性的爭論，并使許多物理常數(shù)的計(jì)算獲得較高的精度，

3、獲得使許多物理常數(shù)的計(jì)算獲得較高的精度，獲得1923年年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng) 。2. 電荷守恒定律電荷守恒定律 摩擦起電是電子由一個(gè)物摩擦起電是電子由一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體的結(jié)果。體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體的結(jié)果。因此原來不帶電的兩個(gè)物體因此原來不帶電的兩個(gè)物體摩擦起電時(shí)，它們所帶的電摩擦起電時(shí)，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(fù)電荷電量的系統(tǒng)所帶的正負(fù)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(yùn)動(dòng)速度無任何帶電體的電量與其運(yùn)動(dòng)速度無關(guān)，或者說，不同的參照系對(duì)同一帶電關(guān)，或者說，不同的參照系對(duì)同一帶電體所測(cè)的電

4、量是相同的。體所測(cè)的電量是相同的。三三 電荷電量的相對(duì)論不變性電荷電量的相對(duì)論不變性庫侖（庫侖（Coulomb 1736 -1806），法國工程師、），法國工程師、物理學(xué)家。物理學(xué)家。17851789年，用扭秤測(cè)量靜電力，年，用扭秤測(cè)量靜電力，導(dǎo)出著名的庫侖定律。導(dǎo)出著名的庫侖定律。庫侖定律使電磁學(xué)的研庫侖定律使電磁學(xué)的研究從究從定性進(jìn)入定量定性進(jìn)入定量階段，階段，是電磁學(xué)史上一塊重要是電磁學(xué)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(shí)驗(yàn)裝置扭秤實(shí)驗(yàn)裝置 一一 庫侖定律庫侖定律 在真空中，在真空中， 兩個(gè)靜止點(diǎn)兩個(gè)靜止點(diǎn)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(hào)電荷相斥，異號(hào)電聯(lián)線，同號(hào)電荷相斥，異號(hào)電荷相吸。荷相吸。1. 表述：表述：q1q2rF221rqqkF 2、庫侖定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式：、庫侖定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式：221rqqkF q1q2rF標(biāo)量式標(biāo)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(diǎn)電荷：只帶電荷而沒有形狀和大小的物體。點(diǎn)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(diǎn)電荷相互作用。庫侖定律只適合于真空中的點(diǎn)電荷相互作用。1q12rd21F12F2q）（12rd 點(diǎn)電荷模型點(diǎn)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(shí)引入同時(shí)引入 ，雖使庫侖定律形式變得復(fù)，雖使庫侖定律形式變得復(fù)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(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：在實(shí)驗(yàn)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(jì)不計(jì). .）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(diǎn)電荷點(diǎn)電荷 對(duì)對(duì) 的作用力的作用力 iiiierqqF200 41 0qiq niiFFFFF1n21 niiiierqq1200 41 實(shí)驗(yàn)證實(shí)了兩靜止電荷間存在相互作用的靜實(shí)驗(yàn)證實(shí)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(shí)現(xiàn)的？電力，但其相互作用是怎樣實(shí)現(xiàn)的？12.3 電場(chǎng)電場(chǎng) 電場(chǎng)強(qiáng)度電場(chǎng)強(qiáng)度 兩種觀點(diǎn)兩種觀點(diǎn)超距觀點(diǎn)超距觀點(diǎn)作用作用作用作用場(chǎng)的場(chǎng)的觀點(diǎn)觀點(diǎn)電荷電荷1 1電荷電荷2 2電場(chǎng)電場(chǎng)1 1電場(chǎng)電

9、場(chǎng)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(chǎng)電場(chǎng)場(chǎng)是一種特殊形態(tài)的物質(zhì)場(chǎng)是一種特殊形態(tài)的物質(zhì)實(shí)物實(shí)物物物 質(zhì)質(zhì) 場(chǎng)場(chǎng)靜電場(chǎng)：靜電場(chǎng)：相對(duì)于觀察者靜止的電荷在周圍空間激相對(duì)于觀察者靜止的電荷在周圍空間激發(fā)的電場(chǎng)。發(fā)的電場(chǎng)。試驗(yàn)電荷試驗(yàn)電荷q q0 0及條件及條件（1 1）點(diǎn)電荷點(diǎn)電荷( (尺寸小尺寸小) )（2 2）q q0 0電量足夠小，對(duì)電量足夠小，對(duì)待測(cè)電場(chǎng)影響可忽略待測(cè)電場(chǎng)影響可忽略二二 電場(chǎng)強(qiáng)度電場(chǎng)強(qiáng)度Q0qF：場(chǎng)源電荷：場(chǎng)源電荷Q0q：試驗(yàn)電荷：試驗(yàn)電荷定義電場(chǎng)強(qiáng)度定義電場(chǎng)強(qiáng)度AFq00qFE q0BFAB 電場(chǎng)中某點(diǎn)的電場(chǎng)電場(chǎng)中某點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)

10、度等于單位正電荷在強(qiáng)度等于單位正電荷在該點(diǎn)所受的電場(chǎng)力。該點(diǎn)所受的電場(chǎng)力。答案答案B . 關(guān)于電場(chǎng)強(qiáng)度定義式，下列說法中關(guān)于電場(chǎng)強(qiáng)度定義式，下列說法中哪個(gè)是正確的？哪個(gè)是正確的？ (A) 場(chǎng)強(qiáng)的大小與試探電荷場(chǎng)強(qiáng)的大小與試探電荷q0的大小成反比的大小成反比 (B) 對(duì)場(chǎng)中某點(diǎn)，試探電荷受力與對(duì)場(chǎng)中某點(diǎn)，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(chǎng)強(qiáng)的方向試探電荷受力的方向就是場(chǎng)強(qiáng)的方向 (D) 若場(chǎng)中某點(diǎn)不放試探電荷若場(chǎng)中某點(diǎn)不放試探電荷q0，則，從而，則，從而0/qFE EEF0 F0 E場(chǎng)點(diǎn)場(chǎng)點(diǎn)源點(diǎn)源點(diǎn)一一 點(diǎn)電荷的電場(chǎng)點(diǎn)電荷的電場(chǎng)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(chǎng)強(qiáng)度電場(chǎng)強(qiáng)度計(jì)算計(jì)算+ErEr特點(diǎn)特點(diǎn)2041rqE E與場(chǎng)源與場(chǎng)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(shí)，沿徑向向外時(shí)，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(shí)，該點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)的大小為：時(shí)，該點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)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(biāo)如圖所示，在坐標(biāo)(a，0)處放置一點(diǎn)電荷處放置一點(diǎn)電荷+q，在坐標(biāo)在坐標(biāo)(-a，0)處放置另一點(diǎn)電荷處放置另一點(diǎn)電荷qP點(diǎn)是點(diǎn)是x軸上軸上的一點(diǎn)，坐標(biāo)為的一點(diǎn)，坐標(biāo)為(x，0)當(dāng)當(dāng)xa時(shí)，該點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)的時(shí)，該點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)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