实物物质的电结构课后版

1、第五章第五章 静电场静电场 物理学物理学 第五版第五版 1 绪论绪论 物理学研究的对象物理学研究的对象核心概念核心概念 物质的结构物质的结构 物理学研究什么？物理学的核心概念有哪些？物理学研究什么？物理学的核心概念有哪些？ 第五章第五章 静电场静电场 物理学物理学 第五版第五版 2 绪论绪论 物理学研究的对象物理学研究的对象核心概念核心概念 物质的结构物质的结构物质物质 物理学研究什么？物理学的核心概念有哪些？物理学研究什么？物理学的核心概念有哪些？ 第五章第五章 静电场静电场 物理学物理学 第五版第五版 3 绪论绪论 物理学研究的对象物理学研究的对象核心概念核心概念 物质的结构物质的结构物质

2、物质 物质与物质间的相互作物质与物质间的相互作 用规律用规律 物理学研究什么？物理学的核心概念有哪些？物理学研究什么？物理学的核心概念有哪些？ 第五章第五章 静电场静电场 物理学物理学 第五版第五版 4 绪论绪论 物理学研究的对象物理学研究的对象核心概念核心概念 物质的结构物质的结构物质物质 物质与物质间的相互作物质与物质间的相互作 用规律用规律 相互作用相互作用 物理学研究什么？物理学的核心概念有哪些？物理学研究什么？物理学的核心概念有哪些？ 第五章第五章 静电场静电场 物理学物理学 第五版第五版 5 绪论绪论 物理学研究的对象物理学研究的对象核心概念核心概念 物质的结构物质的结构物质物质

3、物质与物质间的相互作物质与物质间的相互作 用规律用规律 相互作用相互作用 物质或物体的运动规律物质或物体的运动规律 物理学研究什么？物理学的核心概念有哪些？物理学研究什么？物理学的核心概念有哪些？ 第五章第五章 静电场静电场 物理学物理学 第五版第五版 6 绪论绪论 物理学研究的对象物理学研究的对象核心概念核心概念 物质的结构物质的结构物质物质 物质与物质间的相互作物质与物质间的相互作 用规律用规律 相互作用相互作用 物质或物体的运动规律物质或物体的运动规律运动运动 物理学研究什么？物理学的核心概念有哪些？物理学研究什么？物理学的核心概念有哪些？ 第五章第五章 静电场静电场 物理学物理学 第五

4、版第五版 7 绪论绪论 为什么要学习电磁学？学习电磁学重要吗？为什么要学习电磁学？学习电磁学重要吗？ 以下哪些现象本质上属于电磁现象？以下哪些现象本质上属于电磁现象？ 弹簧的弹力弹簧的弹力 脱衣服发出的噼啪声脱衣服发出的噼啪声 走在干树叶上发出的噼啪声走在干树叶上发出的噼啪声 银河系的螺旋结构银河系的螺旋结构 神经传导神经传导 原子核裂变原子核裂变 极光极光 气体的压强气体的压强 第五章第五章 静电场静电场 物理学物理学 第五版第五版 8 绪论绪论 为什么要学习电磁学？学习电磁学重要吗？为什么要学习电磁学？学习电磁学重要吗？ 以下哪些现象本质上属于电磁现象？以下哪些现象本质上属于电磁现象？ 弹

5、簧的弹力弹簧的弹力 脱衣服发出的噼啪声脱衣服发出的噼啪声 走在干树叶上发出的噼啪声走在干树叶上发出的噼啪声 银河系的螺旋结构银河系的螺旋结构 神经传导神经传导 原子核裂变原子核裂变 极光极光 气体的压强气体的压强 第五章第五章 静电场静电场 物理学物理学 第五版第五版 9 绪论绪论 为什么要学习电磁学？学习电磁学重要吗？为什么要学习电磁学？学习电磁学重要吗？ 四种相互作用的比较四种相互作用的比较 种种 类类相互作用粒子相互作用粒子强度强度力程力程/m/m 引力作用引力作用所有粒子、质点所有粒子、质点长程长程 弱相互作用弱相互作用 带电粒子带电粒子电磁作用电磁作用 核子、介子等强子核子、介子等强

6、子 18 10 强相互作用强相互作用 强子等大多数粒子强子等大多数粒子 15 10 长程长程 传播子传播子 引力子引力子 光子光子 W W，Z Z玻色子玻色子 胶子胶子 1010-38 -38 1010-2 -2 1010-5 -5 1 1 第五章第五章 静电场静电场 物理学物理学 第五版第五版 物理学的第三次大综合物理学的第三次大综合 法拉第法拉第的电磁感应定律（的电磁感应定律（18311831）：）： 电磁一体电磁一体 麦克斯韦麦克斯韦电磁场统一理论（电磁场统一理论（18641864） 赫兹赫兹在实验中证实电磁波的存在，光是电磁波在实验中证实电磁波的存在，光是电磁波. .（18871887

7、） 技术上的重要意义：发电机、电动机、无线电技术等技术上的重要意义：发电机、电动机、无线电技术等. . 库仑库仑定律（定律（17851785）：电荷与电荷间的相互作用）：电荷与电荷间的相互作用 奥斯特奥斯特的发现（的发现（18201820）：）： 电流的磁效应电流的磁效应 安培安培（18221822）发现电流与电流间的相互作用规律）发现电流与电流间的相互作用规律 第五章第五章 静电场静电场 物理学物理学 第五版第五版 5.1 5.1 实物物质的电结构实物物质的电结构 是什么将世界连在一起是什么将世界连在一起 第五章第五章 静电场静电场 物理学物理学 第五版第五版 12 5.1 5.1 最低学习

8、目标最低学习目标 当你完成本内容的学习，你应该能够完成当你完成本内容的学习，你应该能够完成 以下内容。以下内容。 1. 1.描述、解释和应用以下术语：描述、解释和应用以下术语： 分子、原子、电子、离子、分子、原子、电子、离子、电荷电荷、电量、电量、 带电体、电荷量子化、电荷守恒、金属、电介带电体、电荷量子化、电荷守恒、金属、电介 质、化学键（共价键、离子键和金属键）质、化学键（共价键、离子键和金属键） 第五章第五章 静电场静电场 物理学物理学 第五版第五版 13 5.1 5.1 最低学习目标最低学习目标 2.2.描述并作出原子结构图。描述并作出原子结构图。 3.3.作出金属和电介质的结构图。作

9、出金属和电介质的结构图。 4.4.能够利用物质的微观结构定性解释摩擦起电等能够利用物质的微观结构定性解释摩擦起电等 简单静电现象。简单静电现象。 5.5.根据所给现象和研究问题的精度要求，建立实根据所给现象和研究问题的精度要求，建立实 物物质的电结构模型。物物质的电结构模型。 第五章第五章 静电场静电场 物理学物理学 第五版第五版 14 实验实验1:1:摩擦起电现象摩擦起电现象 5-1 5-1 实物物质的电结构实物物质的电结构 第五章第五章 静电场静电场 物理学物理学 第五版第五版 15 实验实验1:1:摩擦起电现象摩擦起电现象 5-1 5-1 实物物质的电结构实物物质的电结构 问题问题1 1

10、：请作图画出电荷在毛衣和气球上的分布情：请作图画出电荷在毛衣和气球上的分布情 况（况（摩擦前后摩擦前后）。）。为什么两个物体摩擦会起电呢？为什么两个物体摩擦会起电呢？ 起电是否源于摩擦？你认为摩擦起电过程中起电是否源于摩擦？你认为摩擦起电过程中摩擦摩擦 的作用是什么？的作用是什么？ 第五章第五章 静电场静电场 物理学物理学 第五版第五版 16 5-1 5-1 实物物质的电结构实物物质的电结构 问题问题2 2：两个两个不摩擦不摩擦仅相互接触的物体，当他们仅相互接触的物体，当他们 分离分离时是否会带电？时是否会带电？同学们在生活中是否遇到过同学们在生活中是否遇到过 这种现象？这种现象？ 第五章第五

11、章 静电场静电场 物理学物理学 第五版第五版 17 实验实验2 2：撕胶带纸：撕胶带纸 stick tape on desk 5-1 5-1 实物物质的电结构实物物质的电结构 第五章第五章 静电场静电场 物理学物理学 第五版第五版 18 实验实验2 2：撕胶带纸：撕胶带纸 5-1 5-1 实物物质的电结构实物物质的电结构 要求：要求：1 1）预测预测实验结果，并实验结果，并描述描述你的推论。你的推论。2 2） 完成实验，如何证实你的推论呢？胶带是否带完成实验，如何证实你的推论呢？胶带是否带 电？带何种电荷？电？带何种电荷？ 第五章第五章 静电场静电场 物理学物理学 第五版第五版 19 实验实验

12、2 2：撕胶带纸：撕胶带纸 stick tape on desk pull off, tape repels 5-1 5-1 实物物质的电结构实物物质的电结构 第五章第五章 静电场静电场 物理学物理学 第五版第五版 题题1 1 你认为以下关于你认为以下关于“电荷电荷”的描述正确的有的描述正确的有 A. A.电荷是一种物质电荷是一种物质 B. B.电荷是带电体的基本属性电荷是带电体的基本属性 C. C.电荷是一切实物物质的基本属性电荷是一切实物物质的基本属性 D. D.电荷是带电的基本粒子的基本属性电荷是带电的基本粒子的基本属性 请解释你的答案？请解释你的答案？ 20 5-1 5-1 实物物质的

13、电结构实物物质的电结构 第五章第五章 静电场静电场 物理学物理学 第五版第五版 21 1. 1.原子由什么构成？原子核由什么构成原子由什么构成？原子核由什么构成? ?请填下表，请填下表， 并画出氦的原子结构图。并画出氦的原子结构图。 ParticleMassCharge 5-1 5-1 实物物质的电结构实物物质的电结构 一一 原子结构原子结构 第五章第五章 静电场静电场 物理学物理学 第五版第五版 22 1. 1.原子由什么构成？原子核由什么构成原子由什么构成？原子核由什么构成? ?请填下表，请填下表， 并画出氦的原子结构图。并画出氦的原子结构图。 ParticleMassCharge Pro

14、tonMp+e Neutron1.01mp0 Electron1/1840mp-e 5-1 5-1 实物物质的电结构实物物质的电结构 一一 原子结构原子结构 第五章第五章 静电场静电场 物理学物理学 第五版第五版 23 HeHe的原子结构的原子结构 第五章第五章 静电场静电场 物理学物理学 第五版第五版 24 第五章第五章 静电场静电场 物理学物理学 第五版第五版 25 2.2.原子为什么能够成为一个稳定的结原子为什么能够成为一个稳定的结 构，什么力在其中起到了作用？质子为什构，什么力在其中起到了作用？质子为什 么能够在原子核内存在，没有因为斥力的么能够在原子核内存在，没有因为斥力的 作用而飞

15、出去？作用而飞出去？ 为什么核外电子在靠近原子核的地方为什么核外电子在靠近原子核的地方 出现的概率高？出现的概率高？ 为什么不同物质接触分离时，有的带为什么不同物质接触分离时，有的带 正电，有的带负电呢？正电，有的带负电呢？ 第五章第五章 静电场静电场 物理学物理学 第五版第五版 26 第五章第五章 静电场静电场 物理学物理学 第五版第五版 27 题题2 2 如图（如图（a a）一个带正电荷的物体靠近一个放在玻）一个带正电荷的物体靠近一个放在玻 璃绝缘底座上的导体，然后在导体的另一面将导体瞬间接璃绝缘底座上的导体，然后在导体的另一面将导体瞬间接 地，如图（地，如图（b b）如果这个导体带上了负

16、电荷，如图（）如果这个导体带上了负电荷，如图（c c）。）。 根据这些信息，我们可以得到在这个导体里面（根据这些信息，我们可以得到在这个导体里面（ ） A. A. 正电荷和负电荷都在自由地移动正电荷和负电荷都在自由地移动 B. B. 只有负电荷自由地移动只有负电荷自由地移动 C. C. 只有正电荷自由地移动只有正电荷自由地移动 D. D. 不能推断上述任何事情不能推断上述任何事情 第五章第五章 静电场静电场 物理学物理学 第五版第五版 28 问题问题1 1：金属金属( (锌锌，铜，铝等），铜，铝等），绝缘体绝缘体 （例如（例如氢气，氢气，氧气氧气，水，水，玻璃，橡胶等）等物，玻璃，橡胶等）等物

17、 质质。它们的内部结构是否存在差异？我们可以。它们的内部结构是否存在差异？我们可以 通过什么方式来了解物质的微观结构呢？通过什么方式来了解物质的微观结构呢？能不能不 能举出在生活中遇到的现象或例子来说明它们能举出在生活中遇到的现象或例子来说明它们 的差异呢？我们学过的什么物理量可以描述它的差异呢？我们学过的什么物理量可以描述它 们之间的差异呢？们之间的差异呢？ 5-1 5-1 实物物质的电结构实物物质的电结构 二二 金属和电介质的电结构金属和电介质的电结构 第五章第五章 静电场静电场 物理学物理学 第五版第五版 29 实验实验3 3：提供实验仪器，自己设计实验方案提供实验仪器，自己设计实验方案

18、 若干验电器若干验电器、金属棒、塑胶棒金属棒、塑胶棒、起电机、毛皮、丝绸、起电机、毛皮、丝绸 还有没有其他的方案来验证你们对于金属和绝缘体的还有没有其他的方案来验证你们对于金属和绝缘体的 认识呢？认识呢？ 第五章第五章 静电场静电场 物理学物理学 第五版第五版 30 第五章第五章 静电场静电场 物理学物理学 第五版第五版 31 第五章第五章 静电场静电场 物理学物理学 第五版第五版 32 实验实验3 3 两个验电器实验两个验电器实验 验电器验电器1 1带电，用带电，用木棒木棒将验电器将验电器1 1和验电和验电 器器2 2的金属板连接，观察现象的金属板连接，观察现象 用用铜棒铜棒连接两个验电器的

19、金属板连接两个验电器的金属板 第五章第五章 静电场静电场 物理学物理学 第五版第五版 33 带正电的物体靠近带正电的物体靠近一不带电的一不带电的可乐可乐瓶瓶（不接触）（不接触） 带正电的物体靠近一不带电的带正电的物体靠近一不带电的矿泉水矿泉水瓶瓶（不接触）（不接触） 实验实验4:4: 易拉罐，矿泉水瓶，金属棒，塑胶棒，毛皮，易拉罐，矿泉水瓶，金属棒，塑胶棒，毛皮， 玻璃棒，支架玻璃棒，支架 预测实验结果，通过实验结果可以预测金预测实验结果，通过实验结果可以预测金 属（可乐瓶）和绝缘体（矿泉水瓶）的结构存属（可乐瓶）和绝缘体（矿泉水瓶）的结构存 在哪些差异在哪些差异 第五章第五章 静电场静电场

20、物理学物理学 第五版第五版 34 问题问题2 2：请比较你所建构的金属模型是否请比较你所建构的金属模型是否 能解释实验现象，以及当带电体靠近（不接触）能解释实验现象，以及当带电体靠近（不接触） 金属锌时金属内部发生了什么变化。金属锌时金属内部发生了什么变化。 请根据实验推测塑料瓶内部的电结构，以请根据实验推测塑料瓶内部的电结构，以 及当带电体靠近（不接触）塑料瓶时塑料瓶内及当带电体靠近（不接触）塑料瓶时塑料瓶内 部发生了什么变化。部发生了什么变化。 为什么不同物体发生的变化不同？金属和为什么不同物体发生的变化不同？金属和 绝缘体的内部结构的主要差异是由什么引起的？绝缘体的内部结构的主要差异是由

21、什么引起的？ 第五章第五章 静电场静电场 物理学物理学 第五版第五版 Pauling L在在The Nature of The Chemical Bond中提出了用得最广泛的化学键定义：中提出了用得最广泛的化学键定义：如果两个如果两个 原子（或原子团）之间的作用力强得足以形成足够稳定原子（或原子团）之间的作用力强得足以形成足够稳定 的、可被化学家看作独立分子物种的聚集体，它们之间的、可被化学家看作独立分子物种的聚集体，它们之间 就存在化学键。简单地说，化学键是指分子内部原子之就存在化学键。简单地说，化学键是指分子内部原子之 间的相互作用力。间的相互作用力。 不同的外在性质反映了不同的内部结构

22、各自内部的结合力不同 第五章第五章 静电场静电场 物理学物理学 第五版第五版 36 以金属锌为例以金属锌为例 第五章第五章 静电场静电场 物理学物理学 第五版第五版 37 第五章第五章 静电场静电场 物理学物理学 第五版第五版 金属原子和金属原子和 金属正金属正 离子沉浸在离子沉浸在“ 电子电子 海海 (electron sea )” 中。中。 第五章第五章 静电场静电场 物理学物理学 第五版第五版 自由电子自由电子+金属离子金属离子金属原子金属原子 + + + + 第五章第五章 静电场静电场 物理学物理学 第五版第五版静电感应 解释现象解释现象 带电体靠近前带电体靠近前 带电体靠近后带电体靠

23、近后 第五章第五章 静电场静电场 物理学物理学 第五版第五版 41 讨论：讨论： 题题2 2 如图（如图（a a）一个带正电荷的物体靠近一个放在）一个带正电荷的物体靠近一个放在 玻璃绝缘底座上的导体，然后在导体的另一面将导体瞬间玻璃绝缘底座上的导体，然后在导体的另一面将导体瞬间 接地，如图（接地，如图（b b）如果这个导体带上了负电荷，如图（）如果这个导体带上了负电荷，如图（c c）。）。 根据这些信息根据这些信息，我们可以得到在这个导体里面（，我们可以得到在这个导体里面（ ） A. A. 正电荷和负电荷都在自由地移动正电荷和负电荷都在自由地移动 B. B. 只有负电荷自由地移动只有负电荷自由

24、地移动 C. C. 只有正电荷自由地移动只有正电荷自由地移动 D. D. 不能推断上述任何事情不能推断上述任何事情 第五章第五章 静电场静电场 物理学物理学 第五版第五版 42 每个氧原子有六个外层电子每个氧原子有六个外层电子 第五章第五章 静电场静电场 物理学物理学 第五版第五版 43 每个氧原子有六个外层电子每个氧原子有六个外层电子 第五章第五章 静电场静电场 物理学物理学 第五版第五版 无极无极分子：（氢、甲烷、石蜡等）分子：（氢、甲烷、石蜡等） 有极有极分子：（水、有机玻璃等）分子：（水、有机玻璃等） 电介质电介质 第五章第五章 静电场静电场 物理学物理学 第五版第五版 无极无极分子：

25、（氢、甲烷、石蜡等）分子：（氢、甲烷、石蜡等） 有极有极分子：（水、有机玻璃等）分子：（水、有机玻璃等） 电介质电介质 第五章第五章 静电场静电场 物理学物理学 第五版第五版 46 实验实验5:5:观看实验，预测结果，解释现象观看实验，预测结果，解释现象 将铝箔紧贴着将铝箔紧贴着金属罐金属罐，将起电机的一个带电，将起电机的一个带电 极柄接触极柄接触金属金属，观察铝箔的运动，观察铝箔的运动 将铝箔紧贴着将铝箔紧贴着塑料瓶塑料瓶，将起电机的一个带电，将起电机的一个带电 极柄接触极柄接触塑料瓶塑料瓶，观察铝箔的运动，观察铝箔的运动 第五章第五章 静电场静电场 物理学物理学 第五版第五版 47 刚刚在

26、把晚上吃剩的刚刚在把晚上吃剩的 菜用保鲜膜裹起来放冰箱，菜用保鲜膜裹起来放冰箱， 女儿突然问我：女儿突然问我：“为什么保为什么保 鲜膜不用胶带能粘住啊鲜膜不用胶带能粘住啊? ”? ”， 偶真是没办法回答。偶真是没办法回答。 第五章第五章 静电场静电场 物理学物理学 第五版第五版 + 第五章第五章 静电场静电场 物理学物理学 第五版第五版 + + + + + + + - - - - - - 第五章第五章 静电场静电场 物理学物理学 第五版第五版 50 5.1 5.1 教学目标教学目标 关注概念关注概念： 结构与功能结构与功能 系统和系统模型系统和系统模型 物质物质 尺度和数量尺度和数量 第五章第

27、五章 静电场静电场 物理学物理学 第五版第五版 题题1 1 你认为以下关于你认为以下关于“电荷电荷”的描述正确的有的描述正确的有 A. A.电荷是一种物质电荷是一种物质 B. B.电荷是带电体的基本属性电荷是带电体的基本属性 C. C.电荷是一切实物物质的基本属性电荷是一切实物物质的基本属性 D. D.电荷是带电的基本粒子的基本属性电荷是带电的基本粒子的基本属性 请解释你的答案？请解释你的答案？ 51 5-1 5-1 实物物质的电结构实物物质的电结构 第五章第五章 静电场静电场 物理学物理学 第五版第五版 52 题题3 3 将一个质量为将一个质量为1kg1kg的原来不带电的金属球的原来不带电的

28、金属球 带上带上+1.6+1.61010-16 -16库仑电荷后，金属球的质量 库仑电荷后，金属球的质量 如何变化？并说明理由？如何变化？并说明理由？ A. A.增大增大 B. B.减小减小 C. C.不变不变 D. D.不确定不确定 第五章第五章 静电场静电场 物理学物理学 第五版第五版 53 第五章第五章 静电场静电场 物理学物理学 第五版第五版 54 第五章第五章 静电场静电场 物理学物理学 第五版第五版 55 第五章第五章 静电场静电场 物理学物理学 第五版第五版静电感应 解释现象解释现象 带电体靠近前带电体靠近前 带电体靠近后带电体靠近后 第五章第五章 静电场静电场 物理学物理学 第

29、五版第五版 57 第五章第五章 静电场静电场 物理学物理学 第五版第五版 58 第五章第五章 静电场静电场 物理学物理学 第五版第五版 59 导体导体上出现上出现感应电荷感应电荷，是其中，是其中自由电子自由电子重新重新 分布的结果；分布的结果； 而而电介质电介质上出现的上出现的极化电荷极化电荷，是其中，是其中束缚电束缚电 荷（电子）荷（电子）的微小移动造成的宏观效果，束缚电的微小移动造成的宏观效果，束缚电 荷在电场的作用下，也可以作荷在电场的作用下，也可以作微小移动微小移动，但其活，但其活 动动不能超出原子不能超出原子的范围，电介质上的极化电荷比的范围，电介质上的极化电荷比 导体上的感应电荷在

30、数量上要少得多。导体上的感应电荷在数量上要少得多。 第五章第五章 静电场静电场 物理学物理学 第五版第五版 60 总结：总结： 1. 1.不存在脱离实物物质而单独存在的电荷；不存在脱离实物物质而单独存在的电荷； 2. 2.电荷是实物粒子（原子、分子、基本粒子）电荷是实物粒子（原子、分子、基本粒子） 的重要属性。的重要属性。 第五章第五章 静电场静电场 物理学物理学 第五版第五版 61 第五章第五章 静电场静电场 物理学物理学 第五版第五版 62 第五章第五章 静电场静电场 物理学物理学 第五版第五版 63 讨论问题：讨论问题： 1. 1.作为电磁学中引入的第一个基本概念，作为电磁学中引入的第一

31、个基本概念， 电荷电荷有哪些基本特征？什么是有哪些基本特征？什么是电荷守恒定律电荷守恒定律， 它有什么广泛的实验依据？它有什么广泛的实验依据？ 2. 2.电荷是否存在电荷是否存在相对论效应相对论效应，什么是电，什么是电 荷的荷的量子性量子性。试将电荷的特征与。试将电荷的特征与质量质量类比。类比。 第五章第五章 静电场静电场 物理学物理学 第五版第五版 64 讨论问题：讨论问题： 3. 3.库仑定律库仑定律的主要内容是什么？的主要内容是什么？ 4. 4.库仑定律的库仑定律的成立条件成立条件（真空与静止）是否（真空与静止）是否 必要，能否放宽，为什么？必要，能否放宽，为什么？ 5. 5.为什么静止

32、电荷之间的库仑力遵循为什么静止电荷之间的库仑力遵循牛顿第牛顿第 三定律三定律，而运动电荷之间的作用力却不遵循呢？，而运动电荷之间的作用力却不遵循呢？ 6. 6.库仑定律的库仑定律的适用范围适用范围是什么？是什么？ 7. 7.试评价库仑定律的试评价库仑定律的理论地位理论地位？若库仑定律？若库仑定律 不成立，或指数出现偏差将会怎样？不成立，或指数出现偏差将会怎样？ 第五章第五章 静电场静电场 物理学物理学 第五版第五版 65 题题4 4 电子是最小的带电体，电子是点电荷吗？电子是最小的带电体，电子是点电荷吗？ 并说明理由。并说明理由。 A. A.是是 B. B.不是不是 C. C.不确定不确定 第

33、五章第五章 静电场静电场 物理学物理学 第五版第五版 66 题题3 3 电子是最小的带电体，电子是点电荷吗？电子是最小的带电体，电子是点电荷吗？ A. A.是是 B. B.不是不是 C. C.不确定不确定 1925 1925年，不到年，不到2525岁的荷兰年轻大学生乌伦贝克岁的荷兰年轻大学生乌伦贝克 和高斯米特提出电子自旋的和高斯米特提出电子自旋的大胆假设大胆假设：电子不是点电子不是点 电荷电荷，它除了有轨道运动以外，还有自旋运动，即，它除了有轨道运动以外，还有自旋运动，即 每个电子本身都具有固有的内禀角动量称之为自旋每个电子本身都具有固有的内禀角动量称之为自旋 角动量角动量S S。所谓电子的

34、自旋并非指电子就是一个自所谓电子的自旋并非指电子就是一个自 转着的小球，实际上，至今我们对于电子内部的结转着的小球，实际上，至今我们对于电子内部的结 构和运动还不清楚，还不知道微观粒子自旋的真实构和运动还不清楚，还不知道微观粒子自旋的真实 图象以及产生自旋角动量的内在原因。图象以及产生自旋角动量的内在原因。 第五章第五章 静电场静电场 物理学物理学 第五版第五版 67 年代年代实验者实验者偏离平方反比的偏差偏离平方反比的偏差 1769Robinson610-2 1773Cavendish210-2 1785Coulomb410-2 1873Maxwell4.910-5 1936Plimpton

35、与与Lawton2.010-9 1968Cochran与与Franken9.210-12 1970Bartlett等等1.310-13 1971Williams等等（2.73.1）10-16 验证电力平方反比律实验结果验证电力平方反比律实验结果 第五章第五章 静电场静电场 物理学物理学 第五版第五版 68 氢原子有一个电子和一个质子组成。两者之间氢原子有一个电子和一个质子组成。两者之间 所受的力约所受的力约2.3x102.3x1039 39N N，而远大于重力。问能否 ，而远大于重力。问能否 调整两者之间的距离使它们之间的电场力和重调整两者之间的距离使它们之间的电场力和重 力相等？力相等？ 1

36、. 1. 可以，增大两者之间的距离。可以，增大两者之间的距离。 2. 2. 可以，减小两者之间的距离。可以，减小两者之间的距离。 3. 3. 不可以，找不到合适的位置。不可以，找不到合适的位置。 第五章第五章 静电场静电场 物理学物理学 第五版第五版 69 5-1 5-1 电荷的量子化电荷的量子化 电荷守恒定律电荷守恒定律 1 1、电荷电荷 (-) )( 电子电子 中子中子 质子质子 原子核原子核 原子原子 一一 电荷的量子化电荷的量子化 电荷有正负之分；电荷有正负之分； 物体带电的三种方式物体带电的三种方式: :摩擦起摩擦起 电电、接触起电接触起电、感应起电感应起电。 第五章第五章 静电场静

37、电场 物理学物理学 第五版第五版 70 2 2、电荷量子化电荷量子化 1913 1913年，密立根用液滴法从实验中测出所年，密立根用液滴法从实验中测出所 有电子都具有相同的电荷，而且带电体的电荷有电子都具有相同的电荷，而且带电体的电荷 是电子电荷的整数倍。是电子电荷的整数倍。 电荷的这种只能取离散的、不连续的量电荷的这种只能取离散的、不连续的量 值的性质，叫作值的性质，叫作电荷的量子化电荷的量子化。 ), 3 , 2, 1(nneq 第五章第五章 静电场静电场 物理学物理学 第五版第五版 71 19861986年国际推荐值年国际推荐值 Ce 19 10)49(33 177 602. 1 近似值

38、近似值 19 1.60210eC 强子的强子的夸克模型夸克模型具有具有分数电荷分数电荷（ 或或 电电 子电荷）但实验上尚未直接证明子电荷）但实验上尚未直接证明. . 3 1 3 2 第五章第五章 静电场静电场 物理学物理学 第五版第五版 72 3 3、电荷的相对论不变性：电荷的相对论不变性： 在不同的参照在不同的参照 系内观察，同一个系内观察，同一个 带电粒子的电量不带电粒子的电量不 变。电荷的这一性变。电荷的这一性 质叫做质叫做电荷的相对电荷的相对 论不变性论不变性。 第五章第五章 静电场静电场 物理学物理学 第五版第五版 73 说明：说明： 电荷守恒定律适用于一切宏观和微观过电荷守恒定律适

39、用于一切宏观和微观过 程程( ( 例如核反应和基本粒子过程例如核反应和基本粒子过程 ) )，是物理，是物理 学中普遍的基本定律之一。学中普遍的基本定律之一。 内容：内容： 在在孤立孤立系统中，不管系统中的电荷如何系统中，不管系统中的电荷如何 迁移，系统的电荷的代数和保持不变。迁移，系统的电荷的代数和保持不变。 二二 电荷守恒定律电荷守恒定律 ee 例如例如 第五章第五章 静电场静电场 物理学物理学 第五版第五版 74 库仑库仑 (C.A.Coulomb 1736 1806） 法国物理学家，法国物理学家，17731773年，年， 提出的计算物体上应力和应提出的计算物体上应力和应 变分布情况的方法

40、，是结构变分布情况的方法，是结构 工程的理论基础。工程的理论基础。17791779年，年， 对摩擦力进行分析，提出有对摩擦力进行分析，提出有 关润滑剂的科学理论。关润滑剂的科学理论。 5-2 5-2 库仑定律库仑定律 第五章第五章 静电场静电场 物理学物理学 第五版第五版 75 库仑库仑 (C.A.Coulomb 1736 1806） 1785 1785年通过年通过扭秤实扭秤实 验验创立创立库仑定律库仑定律, , 使电使电 磁学的研究从定性进入磁学的研究从定性进入 定量阶段定量阶段. . 电荷的单位电荷的单位 库仑以他的姓氏命名库仑以他的姓氏命名. . 5-2 5-2 库仑定律库仑定律 第五章

41、第五章 静电场静电场 物理学物理学 第五版第五版 76 1 1 点电荷点电荷 线度和距离相比可忽略的电荷。线度和距离相比可忽略的电荷。 “点电荷点电荷”是一个抽象的是一个抽象的理想模型理想模型。 一一 库仑定律库仑定律 1 q 2 q r 第五章第五章 静电场静电场 物理学物理学 第五版第五版 77 （1 1）条件：）条件：真空真空，静止静止，点点电荷电荷 （2 2）力的）力的大小大小与它们与它们电荷的乘积电荷的乘积成正比成正比 ，与它们之间，与它们之间距离距离的平方成反比。的平方成反比。 （3 3）力的）力的方向方向沿着它们的连线，同号电沿着它们的连线，同号电 荷相斥，异号电荷相吸。荷相斥，

42、异号电荷相吸。 2 2 库仑定律库仑定律 文字表述文字表述 第五章第五章 静电场静电场 物理学物理学 第五版第五版 78 数学表述数学表述 SI SI制中：制中： 922 8.98755 10kNmC 1 q 2 q r r e r e r qq F 2 21 0 4 1 第五章第五章 静电场静电场 物理学物理学 第五版第五版 79 1 q 2 q 21212 0 mNC1085. 8 为为真空电容率真空电容率 r e r qq F 2 21 0 4 1 r r e 受受 的力的力 1 q 2 q ( ( 为真空电容率为真空电容率) ) 0 4 1 k 0 单位制的有理化单位制的有理化 第五章

43、第五章 静电场静电场 物理学物理学 第五版第五版 80 r e r qq F 2 21 0 4 1 2 21 0 4 1 r qq F 大小：大小： 方向：方向： 1 q 2 q 和和 同号相斥，异号相吸同号相斥，异号相吸. . 1 q 2 q r r e 第五章第五章 静电场静电场 物理学物理学 第五版第五版 81 (1) (1)库仑定律的适用范围库仑定律的适用范围 作用范围：作用范围：r r在在1010-15 -15m m 10107 7m m （2 2）库仑力的特点）库仑力的特点 有心力有心力 平方反比力平方反比力 说明说明 第五章第五章 静电场静电场 物理学物理学 第五版第五版 82

44、（3 3）库仑定律的重要性）库仑定律的重要性 平平 方方 反反 比比 定定 律律 光子静质量光子静质量 光速光速 电荷守恒电荷守恒 与与 等物理学基本等物理学基本 问题相联系问题相联系 （4 4）四种基本相互作用的比较）四种基本相互作用的比较 定性定性 定量定量 第五章第五章 静电场静电场 物理学物理学 第五版第五版 83 四种相互作用的比较四种相互作用的比较 表中强度是以两质子间相距为表中强度是以两质子间相距为 时的相互作用强度为时的相互作用强度为1 1给出的给出的 m10 15 种种 类类相互作用粒子相互作用粒子强度强度力程力程/m/m 引力作用引力作用所有粒子、质点所有粒子、质点长程长程

45、 39 10 弱相互作用弱相互作用 带电粒子带电粒子 12 10 3 10 电磁作用电磁作用 核子、介子等强子核子、介子等强子 18 10 强相互作用强相互作用 强子等大多数粒子强子等大多数粒子 15 10 长程长程 1 10 传播子传播子 引力子引力子 光子光子 玻色子玻色子 胶子胶子 第五章第五章 静电场静电场 物理学物理学 第五版第五版 84 解解 N101 . 8 4 1 6 2 2 0 e r e F N107 . 3 47- 2 pe g r mm GF 例例 在氢原子内在氢原子内, ,电子和质子的间距为电子和质子的间距为 . .求求 它们之间电的相互作用力和万有引力它们之间电的相

46、互作用力和万有引力, ,并比较它们的大小并比较它们的大小. . m103 . 5 11 kg101 . 9 31 e m kg1067. 1 27 p m 2211 kgmN1067. 6 G C106 . 1 19 e 39 g e 1027.2 F F （微观领域中（微观领域中, ,万有引力比库仑力小得多万有引力比库仑力小得多, ,可可忽略忽略不计不计. .） 第五章第五章 静电场静电场 物理学物理学 第五版第五版 85 二二 叠加原理叠加原理 当空间中存在两个以当空间中存在两个以 上的点电荷时，作用于每一上的点电荷时，作用于每一 电荷上的总库仑力等于其他电荷上的总库仑力等于其他 点电荷单独存在时作用于该点电荷单独存在时作用于该 电荷的库仑力的电荷的库仑力的矢量和矢量和。 1 q 4 q 3 q 2 q o q1O r 2O r 4O r 3O r 0 000 2