2021-2022学年高二物理竞赛课件：电荷和库仑定律

1、电荷和库仑定律12电荷和库仑定律一、电荷 (charge)公元前约585年希腊学者泰勒斯观察到用布摩擦过的琥珀能吸引轻微物体。“电”(electricity) 希腊文琥珀。把带电体所带的电称为电荷。 1.带电3英国的威廉吉尔伯特在1600年出版的论磁、磁体和地球作为一个巨大的磁体一书中描述了对电现象所做的研究，把琥珀、金刚石、蓝宝石、硫磺、树脂等物质摩擦后会吸引轻小物体的作用称为“电性” 。42.两种电荷人们对电荷的认识始于摩擦起电。与丝绸摩擦过的玻璃棒所带电荷，规定为正电荷以后的大量实验证明，电荷只有这两种。与毛皮摩擦过的硬橡胶棒所带电荷，规定为负电荷 1750年，由美国物理学家 富兰克林（

2、B. FrankLin )首先规定，沿用至今。5 2.物质的电结构原子是电中性的,原子核中的中子不带电、质子 带正电、核外电子带负电，并且所带电量的绝对值相等。物质由大量原子构成原子由质子、中子和电子构成质子带一个单位正电荷，电子带一个单位负电荷中子不带电。 可用质子所带电荷来规定正电荷，用电子所带电荷来规定负电荷6密立根（R. A. millikan )用液滴法测定了电子电荷，电子是自然界中存在的最小负电荷, 2002年由国际科技数据委员会（CODATA) 推荐的值为：e =1.602 17653（14）10-19 C物质的电结构告诉人们摩擦起电的本质。任何孤立系统均遵守电荷守恒定律7电荷量

3、子化是个实验规律。 实验证明微小粒子带电量的变化是不连续的，它只能是元电荷 e 的整数倍 , 即粒子的电荷是 量子化的： Q = n e ; n = 1, 2 , 3, 3.电荷的量子性 任何物体所带电荷不可能连续变化，只能一份一份地增加或减少，这种性质称为电荷的量子化。电荷的最小份额称为元电荷，常用e来表示。8 自然界中的微观粒子有几百种,其中带电粒子所具有的电荷数均为+e 或-e 的整数倍。因此电荷量子化是普遍的量子化规律。现代实验结果证明电荷量子化具有相当高的精度。 在近代物理中发现强子(如质子、中子、介子等)是由夸克(quark)构成的，夸克所带电量为e的1/3或2/3。但是到目前为止

4、还没有发现以自由状态存在的夸克。电量的最小单元不排除会有新的结论，但是电量量子化的基本规律是不会变的。4.与粒子物理的相关内容9电荷是物质的一种属性粒子物理中，任何微观粒子均存在反粒子，它们携带等量异号电荷。10现代物理研究已表明，在粒子的相互作用过程中，电荷是可以产生和消失的。然而电荷守恒并未因此而遭到破坏。电子对的“产生” 电子对的“湮灭” 正电子11 在相对论中物质的质量会随其运动速率而变化，但是实验证明一切带电体的电量不因其运动而改变，电荷是相对论性不变量。12二、库仑定律(Coulomb law) 1.点电荷当带电体自身的大小与带电体之间的距离相比很小时，该带电体可视为点电荷2.库仑

5、定律两个点电荷之间的相互作用遵守库仑定律点电荷又是一种理想模型13 在真空中两个相对于观察者静止的点电荷之间的相互作用力的大小与它们所带电量的乘积成正比，与它们之间距离的平方成反比 ,方向沿两电荷的连线,同号相斥,异号相吸。 库仑力满足牛顿第三定律其中 为q1 指向q2 的矢量 设q2 受到 q1 的作用力为F12 则：当q2 与q1 异号时, 与 方向相反14是国际单位制中的比例系数 称为真空电容率或真空介电常量。实验证实，库仑定律在 r 从广大范围内正确有效。 15 自然界存在四种力：强力、弱力、电磁力和万有引力, 把1015m的尺度上两个质子间的强力的强度规定为1, 其它各力的强度是：电磁力为102，弱力为109，万有引力为1039。在原子、分子的构成以及固体和液体的凝聚等方面，库仑力都起着主要的作用。16例1：三个点电荷q1=q2=2.010-6C , Q=4.010-6C ， 求q1 和 q2 对Q 的作用力。解： q1 和 q2对Q 的作用力的 方向虽然