第一章靜電場

第一章靜電場科學(xué)是可以解答的藝術(shù)。科學(xué)的前沿是介于可解與難解、已知與未知之間的全新疆域。致力于這個領(lǐng)域的科學(xué)家們竭盡全力將可解的邊界朝難解方向推進(jìn)，盡其所能揭示未知領(lǐng)域?！ぬ?梅卡瓦1.電荷及其守恒定律電現(xiàn)象兩種電荷物體有了這種吸引輕小物體的性質(zhì),就說它帶了電,或有了電荷.帶電的物體叫帶電體.18世紀(jì)美國科學(xué)家富蘭克林將兩種電荷命名為“正電荷”和“負(fù)電荷”.玻璃棒絲綢毛皮橡膠棒絲綢摩擦玻璃棒，玻璃棒帶正電；毛皮摩擦橡膠棒，橡膠棒帶負(fù)電。同性電荷相互排斥，異性電荷相互吸引。摩擦起電接觸帶電感應(yīng)起電使物體帶電的幾種方法驗電器靜電計金屬球金屬桿絕緣塞金屬箔外殼指針底座驗電器與靜電計思考：如何檢驗物體是否帶電？如何判斷物體所帶電性？如何判斷物體所帶電荷的相對數(shù)量？摩擦為什么能“起電”原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)通過摩擦使原子核束縛不緊的電子脫離原子發(fā)生轉(zhuǎn)移，使失去電子的物體帶正電，得到電子的物體帶負(fù)電。摩擦起電是電子在物體之間發(fā)生轉(zhuǎn)移的結(jié)果。一個有趣的實驗當(dāng)帶電物體與不帶電物體接觸時，帶電體表面的部分電荷向另一物體轉(zhuǎn)移，使其帶電。

當(dāng)帶電物體接近不帶電的金屬導(dǎo)體時，靠近帶電體一端聚集異性電荷，遠(yuǎn)離帶電體的一端聚集同性電荷（靜電感應(yīng)），將金屬導(dǎo)體分開后各自帶電。接觸起電感應(yīng)起電物體帶電的三種方法摩擦起電：相互摩擦的兩個物體帶上異種電荷原因：不同物質(zhì)的原子核束縛電子的能力不同．實質(zhì)：電子的轉(zhuǎn)移．接觸起電：相互接觸的兩個物體帶上同種電荷原因：凈電荷中和后重新分布兩完全相同金屬球：先中和再平分實質(zhì)：凈電荷的轉(zhuǎn)移．感應(yīng)起電：不帶電的物體靠近帶電體，近端和遠(yuǎn)端感應(yīng)出異種電荷原因：導(dǎo)體中自由電荷重新分布導(dǎo)體和絕緣體：有無大量的自由電荷導(dǎo)體如：金屬（自由電子），電解液（自由離子）實質(zhì)：電荷在導(dǎo)體內(nèi)部的重新分布一個與外界沒有電荷交換的系統(tǒng)，電荷的代數(shù)和保持不變。電荷守恒定律正負(fù)電子對撞機(jī)高能光子→一對正負(fù)電子一對正負(fù)電子→光子通常所說的電荷有兩種可能的含義：一是指帶電體；也可能指帶電體帶電的多少，即電荷量電荷量（簡稱電量）q：物體所帶電荷的多少，正負(fù)表示電性。國際單位：庫侖C電荷元電荷

帶電物體的最小電荷量等于一個電子所帶的電荷量，稱為元電荷e。這個值最早由美國物理學(xué)家密立根測定，現(xiàn)在認(rèn)為：所有帶電體的電荷量，均等于元電荷或是其整倍數(shù)。問題與練習(xí)1.一根帶電棒能夠吸引干燥的軟木屑。木屑接觸到棒以后，往往又劇烈地跳離此棒。試著做這個實驗。說說木屑為什么會跳離？2.不帶電的梳子與羊毛衣袖摩擦后帶有10－7C的電荷。這些電荷的電子數(shù)目跟地球人口相比，哪個大？相差多少倍？估計目前地球人口約為63億問題與練習(xí)3.關(guān)于元電荷的理解，下列說法正確的是（）

A．元電荷就是電子

B．元電荷是表示跟電子所帶電量數(shù)值相等的電量

C．元電荷就是質(zhì)子

D．物體所帶的電量只能是元電荷的整數(shù)倍BD問題與練習(xí)4.有兩個完全相同的金屬球A和B，分別帶電＋10Q和－Q，現(xiàn)用第三個完全相同的小球C反復(fù)不斷的與A、B接觸，最后移開C后，A球帶電量為？3Q2.庫侖定律電荷間的相互作用

實驗演示

觀察實驗現(xiàn)象并思考：（1）懸線傾角的大小說明什么？（2）使小球和帶電球距離相等，每個小球帶不同電量，觀察傾角（3）帶電小球受到的電荷間的作用力的大小與哪些因素有關(guān)？

實驗結(jié)論

電荷間的作用力大小與電荷間的距離負(fù)相關(guān)，與電荷量正相關(guān)。猜想：與萬有引力規(guī)律是否相似呢？電荷間的相互作用電荷的相互作用：同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引猜想（卡文迪許）與距離平方成反比猜想（普利斯特利）萬有引力與m1，m2成正比與r2成反比靜電力與Q1，Q2成正比與r2成反比庫侖與庫侖扭秤細(xì)金屬絲配重球帶電球

法國學(xué)者庫侖利用庫侖扭秤測定了電荷間作用力的規(guī)律：

力F與距離r的二次方成反比，與兩個電荷量q1、q2的乘積成正比：旋鈕指針絕緣桿庫侖1736-1806庫侖如何控制變量如何測定力與距離的關(guān)系如何測定力與電量的關(guān)系庫侖定律真空中兩個靜止點電荷之間的相互作用力，與它們的電荷量的乘積成正比，與它們的距離的二次方成反比，作用力的方向在它們的連線上。k=9.0×109N?m2/C2靜電力常量真空中靜止的點電荷點電荷當(dāng)帶電體間的距離比它們自身的大小大得多，以致帶電體的形狀、大小及電荷分布狀況對它們之間的作用力的影響可以忽略時，這樣的帶電體就可以看做帶電的點，叫做點電荷。點電荷類似于力學(xué)中的質(zhì)點，也是一種理想化的模型。問題與練習(xí)1.關(guān)于點電荷，下列說法中正確的是（）A、點電荷是一個帶有電荷的幾何點，它是實際帶電體的抽象，是一種理想化的模型B、點電荷自身不一定很小，所帶電荷不一定很少C、體積小于1mm3的帶電體就是點電荷D、體積大的帶電體，只要滿足一定的條件也可以看成點電荷ABD問題與練習(xí)2.已知氫核（質(zhì)子）的質(zhì)量是1.67×10-27kg，電子的質(zhì)量是9.1×10-31kg，在氫原子內(nèi)它們之間的最短距離為5.3×10-11m。試比較氫核與核外電子之間的庫侖力和萬有引力。3.真空中兩個同性點電荷q1、q2，它們相距較近，保持靜止?fàn)顟B(tài)。今釋放q2，且q2只在q1的庫侖力作用下運(yùn)動，則q2在運(yùn)動過程中受到的庫侖力()A.不斷減小B.不斷增大

C.始終保持不變D.先增大后減小A問題與練習(xí)問題與練習(xí)4.兩個相同的金屬小球（可看作點電荷），帶電荷量之比為1：7，在真空中相距為r，兩者相互接觸后又放回原來的位置上，則它們間的庫侖力可能為原來的幾倍？問題與練習(xí)5.兩個直徑不可忽略的金屬球，分別帶有等量同種電荷Q，球心相距為r，它們之間的庫侖力大小與相比如何？若它們分別帶等量異種電荷結(jié)論又如何問題與練習(xí)6.真空中有三個點電荷，它們固定在邊長50cm的等邊三角形的三個頂點上，每個點電荷都是+2×10－6C

，求它們各自所受的庫侖力。0.25N問題與練習(xí)7.兩個固定的點電荷A和B，分別帶有電荷+q和+9q，它們之間距離為l?，F(xiàn)要在A、B的連線上放入點電荷C，為使C受到的靜電力為零，則C應(yīng)放在什么位置？在A、B連線上距Al/4處。思考：1、對于C的電性與電量有何要求？

無要求2、如果A、B所帶電荷分別為+q和-9q