大学物理课完整版

1、大学物理大学物理 第三次修订本第三次修订本第第6章章 静电场静电场1中科院高能物中科院高能物理研究所的北理研究所的北京质子直线加京质子直线加速器的注入器速器的注入器750eV高压倍高压倍压加速器压加速器大学物理大学物理 第三次修订本第三次修订本第第6章章 静电场静电场2大学物理大学物理 第三次修订本第三次修订本第第6章章 静电场静电场3大学物理大学物理 第三次修订本第三次修订本第第6章章 静电场静电场4一、电荷的基本性质一、电荷的基本性质 电荷有两种电荷有两种 同种电荷相斥，异种电荷相吸。同种电荷相斥，异种电荷相吸。2.2. 电荷是量子化的电荷是量子化的 任何一个带电体的电都是基本电荷的整倍任

2、何一个带电体的电都是基本电荷的整倍数。数。 Q=Q=nene，n=1n=1，2 2，3 3，e e1.6021.6021010-19-19C C 带电粒子的电荷是量子化的。带电粒子的电荷是量子化的。 大学物理大学物理 第三次修订本第三次修订本第第6章章 静电场静电场5 电荷守恒定律适用于一切宏观和微观电荷守恒定律适用于一切宏观和微观过程过程(例如核反应和基本粒子过程例如核反应和基本粒子过程)。3 3、电荷守恒定律电荷守恒定律一个与外界没有电荷交换的系统内一个与外界没有电荷交换的系统内, , 正、负正、负电荷的代数和在任何物理过程中保持不变。电荷的代数和在任何物理过程中保持不变。 电荷守恒定律是

3、自然界中普遍存在的基电荷守恒定律是自然界中普遍存在的基本定律之一。本定律之一。 大学物理大学物理 第三次修订本第三次修订本第第6章章 静电场静电场6库仑库仑 (C.A.Coulomb 1736 1806） 法国物理学家，法国物理学家，17851785年通过扭秤实验创立库年通过扭秤实验创立库仑定律仑定律, , 使电磁学的研使电磁学的研究从定性进入定量阶段究从定性进入定量阶段. . 电荷的单位库仑以他的电荷的单位库仑以他的姓氏命名。姓氏命名。大学物理大学物理 第三次修订本第三次修订本第第6章章 静电场静电场7三、库仑定律三、库仑定律1.点电荷模型点电荷模型（1）带电体的大小、形状可以忽略。）带电体

4、的大小、形状可以忽略。（2）把带电体视为一个带电的几何点。）把带电体视为一个带电的几何点。1q12r12r21F12Fd21F12F2q1q2q大学物理大学物理 第三次修订本第三次修订本第第6章章 静电场静电场8r 在真空中两个静止点电荷之间的静电在真空中两个静止点电荷之间的静电作用力与这两个点电荷所带电量的乘积成作用力与这两个点电荷所带电量的乘积成正比，与它们之间距离的平方成反比，作正比，与它们之间距离的平方成反比，作用力的方向沿着两个点电荷的连线。用力的方向沿着两个点电荷的连线。1q2q210r02122121rrqqkF电荷电荷q1 对对q2 的作用力的作用力F2121F2.库仑定律库仑

5、定律大学物理大学物理 第三次修订本第三次修订本第第6章章 静电场静电场9电荷电荷q2对对q1的作用力的作用力F12 01222112rrqqkF1q2qr120r12F041k真空中电容率。真空中电容率。 F/m1085418782. 8120大学物理大学物理 第三次修订本第三次修订本第第6章章 静电场静电场100221041rrqqF(1) 库仑定律适用于真空中的点电荷。库仑定律适用于真空中的点电荷。(4) 库仑力满足牛顿第三定律库仑力满足牛顿第三定律 (3)大量的实验已经证明了两点电荷之间大量的实验已经证明了两点电荷之间的库仑力是严格服从平方反比定律的。严格的的库仑力是严格服从平方反比定律

6、的。严格的平方反比关系也是证明高斯定理所必需的平方反比关系也是证明高斯定理所必需的。1221FF讨论讨论 (2) 库仑力为有心力库仑力为有心力,它是保守力，可引它是保守力，可引入静电势能的概念。入静电势能的概念。 大学物理大学物理 第三次修订本第三次修订本第第6章章 静电场静电场11例例1 氢原子中电子和质子的距离为氢原子中电子和质子的距离为 。 解解N101 . 8)103 . 5 ()106 . 1 (100 . 94182112199220reFe求求 此两粒子间的电力和万有引力。此两粒子间的电力和万有引力。m103 . 511两粒子间的静电力大小为两粒子间的静电力大小为两粒子间的万有引

7、力两粒子间的万有引力大小大小为为2112731112)103 . 5(107 . 1101 . 9107 . 6rmmGFpegN107 . 347万电FF 大学物理大学物理 第三次修订本第三次修订本第第6章章 静电场静电场12 可见在原子中可见在原子中, ,电子和质子之间的静电电子和质子之间的静电力远比万有引力大力远比万有引力大, ,由此由此, ,在处理电子和质在处理电子和质子之间的相互作用时子之间的相互作用时, ,只需考虑静电力只需考虑静电力, ,万万有引力可以略去不计有引力可以略去不计. . 而在原子结合成分而在原子结合成分子子, ,原子或分子组成液体或固体时原子或分子组成液体或固体时, ,它们的它们的结合力在本质上也都属于电性力结合力在本质上也都属于电性力. .大学物理大学物理 第三次修订本第三次修订本第第6章章 静电场静电场13解解N104 . 34132caca0carqqF由库仑定律由库仑定律例例2 已知带电粒子已知带电粒子 a、b、c， 所带电量分别为所带电量分别为qa=3.0C， qb=-6.0C， qc=-2.0C。试求带电。试求带电粒子粒子 a 和和 b 对对 c 的作用力。的作用力。ay z OcaFb -ccbFcFjFN)104 . 3(3ca大学物理大学物理 第三次修订本第三次修订本第第