大学物理12章1

1、12.1 电荷电荷摩擦起电和雷电：对电的最早认识摩擦起电和雷电：对电的最早认识一一 电荷电荷物体带电最简单直观的表现能物体带电最简单直观的表现能吸引轻小物体吸引轻小物体。规定：规定：绸子摩擦过的玻璃棒带绸子摩擦过的玻璃棒带的电荷叫的电荷叫正电荷正电荷，用毛皮摩擦，用毛皮摩擦过的橡胶棒带的电荷叫过的橡胶棒带的电荷叫负电荷负电荷。 实验证明：实验证明：自然界中只存在自然界中只存在两种电荷。两种电荷。电荷间的相互作用：电荷间的相互作用：同种电荷互相推斥，异种同种电荷互相推斥，异种电荷互相吸引。电荷互相吸引。 e=1.602 10-19库仑库仑，为电子电量为电子电量密立根密立根任何电荷的电量总是电子任

2、何电荷的电量总是电子电量的正负整数倍。电量的正负整数倍。CeNeq1910602. 1二二 电荷守恒定律电荷守恒定律1.电荷的基元性（量子性）电荷的基元性（量子性）密立根油滴实验测元电荷密立根油滴实验测元电荷 1909年年密立根密立根创造出测量电子电荷的平衡水珠创造出测量电子电荷的平衡水珠法法. 1913年他得到电子电荷的数值：年他得到电子电荷的数值：e =（1.6020.002）10-19C这样，就从实验上确证了元电荷的存在。他测的这样，就从实验上确证了元电荷的存在。他测的精确值最终结束了关于对电子离散性的争论，并精确值最终结束了关于对电子离散性的争论，并使许多物理常数的计算获得较高的精度，

3、获得使许多物理常数的计算获得较高的精度，获得1923年年诺贝尔物理学奖诺贝尔物理学奖 。2. 电荷守恒定律电荷守恒定律 摩擦起电是电子由一个物摩擦起电是电子由一个物体转移到另一个物体的结果。体转移到另一个物体的结果。因此原来不带电的两个物体因此原来不带电的两个物体摩擦起电时，它们所带的电摩擦起电时，它们所带的电量在数值上必然相等。量在数值上必然相等。系统所带的正负电荷电量的系统所带的正负电荷电量的代数和总是保持不变代数和总是保持不变电荷守恒定律电荷守恒定律 任何带电体的电量与其运动速度无任何带电体的电量与其运动速度无关，或者说，不同的参照系对同一带电关，或者说，不同的参照系对同一带电体所测的电

4、量是相同的。体所测的电量是相同的。三三 电荷电量的相对论不变性电荷电量的相对论不变性库仑（库仑（Coulomb 1736 -1806），法国工程师、），法国工程师、物理学家。物理学家。17851789年，用扭秤测量静电力，年，用扭秤测量静电力，导出著名的库仑定律。导出著名的库仑定律。库仑定律使电磁学的研库仑定律使电磁学的研究从究从定性进入定量定性进入定量阶段，阶段，是电磁学史上一块重要是电磁学史上一块重要的里程碑。的里程碑。 12-2 库仑定律库仑定律扭秤实验装置扭秤实验装置 一一 库仑定律库仑定律 在真空中，在真空中， 两个静止点两个静止点电荷电荷q1及及q2之间的相互作用力之间的相互作用力

5、的大小和的大小和q1与与q2的乘积成正比的乘积成正比，和它们之间距离，和它们之间距离r的平方成反的平方成反比；作用力的方向沿着它们的比；作用力的方向沿着它们的联线，同号电荷相斥，异号电联线，同号电荷相斥，异号电荷相吸。荷相吸。1. 表述：表述：q1q2rF221rqqkF 2、库仑定律的数学表达式：、库仑定律的数学表达式：221rqqkF q1q2rF标量式标量式229CmN109 k2122112FerqqkF 矢量式矢量式e rerr e为为 矢量矢量单位矢量单位矢量rrre r21F12F1q2qe2132122112FrrqqkerqqkF 点电荷：只带电荷而没有形状和大小的物体。点电

6、荷：只带电荷而没有形状和大小的物体。3、讨论：、讨论： 库仑定律只适合于真空中的点电荷相互作用。库仑定律只适合于真空中的点电荷相互作用。1q12rd21F12F2q）（12rd 点电荷模型点电荷模型221rqqkF （ 为真空电容率）为真空电容率）0212120mNC108542. 841 k041k令令2122101241FerqqF 引入引入 同时引入同时引入 ，虽使库仑定律形式变得复，虽使库仑定律形式变得复杂，但重要的是为以后从它推得公式变得简单。杂，但重要的是为以后从它推得公式变得简单。04 实验发现：在实验发现：在10-15米至米至103米范围内库仑定律都米范围内库仑定律都成立。这表

7、明库仑力是长程力。成立。这表明库仑力是长程力。 库仑力遵守牛顿第三定律。库仑力遵守牛顿第三定律。1221FF 解解N101 . 8 416220ereFN107 . 347-2pegrmmGF 例例1 1 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 . . 求它们之间电相互作用和万有引力求它们之间电相互作用和万有引力, ,并比较它们的大小并比较它们的大小. .m103 . 511kg101 . 931emkg1067. 127pm2211kgmN1067. 6GC106 . 119e39ge1027.2FF（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

8、小得多, ,可可忽略忽略不计不计. .）1q2q3q二二 电力的叠加原理电力的叠加原理0q1r1F2r3r2F3F0q由力的叠加原理得由力的叠加原理得 所受合力所受合力 点电荷点电荷 对对 的作用力的作用力 iiiierqqF200 41 0qiq niiFFFFF1n21 niiiierqq1200 41 实验证实了两静止电荷间存在相互作用的静实验证实了两静止电荷间存在相互作用的静电力，但其相互作用是怎样实现的？电力，但其相互作用是怎样实现的？12.3 电场电场 电场强度电场强度 两种观点两种观点超距观点超距观点作用作用作用作用场的场的观点观点电荷电荷1 1电荷电荷2 2电场电场1 1电场电

9、场2 2电荷电荷1 1电荷电荷2 2产生产生作用作用作用作用产生产生正确正确一一 电场电场场是一种特殊形态的物质场是一种特殊形态的物质实物实物物物 质质 场场静电场：静电场：相对于观察者静止的电荷在周围空间激相对于观察者静止的电荷在周围空间激发的电场。发的电场。试验电荷试验电荷q q0 0及条件及条件（1 1）点电荷点电荷( (尺寸小尺寸小) )（2 2）q q0 0电量足够小，对电量足够小，对待测电场影响可忽略待测电场影响可忽略二二 电场强度电场强度Q0qF：场源电荷：场源电荷Q0q：试验电荷：试验电荷定义电场强度定义电场强度AFq00qFE q0BFAB 电场中某点的电场电场中某点的电场强

10、度等于单位正电荷在强度等于单位正电荷在该点所受的电场力。该点所受的电场力。答案答案B . 关于电场强度定义式，下列说法中关于电场强度定义式，下列说法中哪个是正确的？哪个是正确的？ (A) 场强的大小与试探电荷场强的大小与试探电荷q0的大小成反比的大小成反比 (B) 对场中某点，试探电荷受力与对场中某点，试探电荷受力与q0的比值不因的比值不因q0而变而变 (C) 试探电荷受力的方向就是场强的方向试探电荷受力的方向就是场强的方向 (D) 若场中某点不放试探电荷若场中某点不放试探电荷q0，则，从而，则，从而0/qFE EEF0 F0 E场点场点源点源点一一 点电荷的电场点电荷的电场qerqqF020

11、41 E0qFerq2041 FEr0q根据库仑定律，有根据库仑定律，有得的定义根据,E12-3-2 电场强度电场强度计算计算+ErEr特点特点2041rqE E与场源与场源电荷电荷q成正比，成正比，与与r2成反比成反比，q 0q 0时，沿径向向外时，沿径向向外q1 （）（）x轴上轴上0 x1 (C) x轴上轴上x0 (E) y轴上轴上ya时，该点场强的大小为：时，该点场强的大小为： （）（）（）（）（）（）（）（） O x -a -q +q +a P(0,y) y 204yq 202yq 302yqa 304yqa 答案答案3rPE041E 如图所示，在坐标如图所示，在坐标(a，0)处放置一点电荷处放置一点电荷+q，在坐标在坐标(-a，0)处放置另一点电荷处放置另一点电荷qP点是点是x轴上轴上的一点，坐标为的一点，坐标为(x，0)当当xa时，该点场强的时，该点场强的大小为：大小为： 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