第一章静电场

第一章静电场科学是可以解答的艺术。科学的前沿是介于可解与难解、已知与未知之间的全新疆域。致力于这个领域的科学家们竭尽全力将可解的边界朝难解方向推进，尽其所能揭示未知领域。——皮特.梅卡瓦1.电荷及其守恒定律电现象两种电荷物体有了这种吸引轻小物体的性质,就说它带了电,或有了电荷.带电的物体叫带电体.18世纪美国科学家富兰克林将两种电荷命名为“正电荷”和“负电荷”.玻璃棒丝绸毛皮橡胶棒丝绸摩擦玻璃棒，玻璃棒带正电；毛皮摩擦橡胶棒，橡胶棒带负电。同性电荷相互排斥，异性电荷相互吸引。摩擦起电接触带电感应起电使物体带电的几种方法验电器静电计金属球金属杆绝缘塞金属箔外壳指针底座验电器与静电计思考：如何检验物体是否带电？如何判断物体所带电性？如何判断物体所带电荷的相对数量？摩擦为什么能“起电”原子内部结构通过摩擦使原子核束缚不紧的电子脱离原子发生转移，使失去电子的物体带正电，得到电子的物体带负电。摩擦起电是电子在物体之间发生转移的结果。一个有趣的实验当带电物体与不带电物体接触时，带电体表面的部分电荷向另一物体转移，使其带电。

当带电物体接近不带电的金属导体时，靠近带电体一端聚集异性电荷，远离带电体的一端聚集同性电荷（静电感应），将金属导体分开后各自带电。接触起电感应起电物体带电的三种方法摩擦起电：相互摩擦的两个物体带上异种电荷原因：不同物质的原子核束缚电子的能力不同．实质：电子的转移．接触起电：相互接触的两个物体带上同种电荷原因：净电荷中和后重新分布两完全相同金属球：先中和再平分实质：净电荷的转移．感应起电：不带电的物体靠近带电体，近端和远端感应出异种电荷原因：导体中自由电荷重新分布导体和绝缘体：有无大量的自由电荷导体如：金属（自由电子），电解液（自由离子）实质：电荷在导体内部的重新分布一个与外界没有电荷交换的系统，电荷的代数和保持不变。电荷守恒定律正负电子对撞机高能光子→一对正负电子一对正负电子→光子通常所说的电荷有两种可能的含义：一是指带电体；也可能指带电体带电的多少，即电荷量电荷量（简称电量）q：物体所带电荷的多少，正负表示电性。国际单位：库仑C电荷元电荷

带电物体的最小电荷量等于一个电子所带的电荷量，称为元电荷e。这个值最早由美国物理学家密立根测定，现在认为：所有带电体的电荷量，均等于元电荷或是其整倍数。问题与练习1.一根带电棒能够吸引干燥的软木屑。木屑接触到棒以后，往往又剧烈地跳离此棒。试着做这个实验。说说木屑为什么会跳离？2.不带电的梳子与羊毛衣袖摩擦后带有10－7C的电荷。这些电荷的电子数目跟地球人口相比，哪个大？相差多少倍？估计目前地球人口约为63亿问题与练习3.关于元电荷的理解，下列说法正确的是（）

A．元电荷就是电子

B．元电荷是表示跟电子所带电量数值相等的电量

C．元电荷就是质子

D．物体所带的电量只能是元电荷的整数倍BD问题与练习4.有两个完全相同的金属球A和B，分别带电＋10Q和－Q，现用第三个完全相同的小球C反复不断的与A、B接触，最后移开C后，A球带电量为？3Q2.库仑定律电荷间的相互作用

实验演示

观察实验现象并思考：（1）悬线倾角的大小说明什么？（2）使小球和带电球距离相等，每个小球带不同电量，观察倾角（3）带电小球受到的电荷间的作用力的大小与哪些因素有关？

实验结论

电荷间的作用力大小与电荷间的距离负相关，与电荷量正相关。猜想：与万有引力规律是否相似呢？电荷间的相互作用电荷的相互作用：同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引猜想（卡文迪许）与距离平方成反比猜想（普利斯特利）万有引力与m1，m2成正比与r2成反比静电力与Q1，Q2成正比与r2成反比库仑与库仑扭秤细金属丝配重球带电球

法国学者库仑利用库仑扭秤测定了电荷间作用力的规律：

力F与距离r的二次方成反比，与两个电荷量q1、q2的乘积成正比：旋钮指针绝缘杆库仑1736-1806库仑如何控制变量如何测定力与距离的关系如何测定力与电量的关系库仑定律真空中两个静止点电荷之间的相互作用力，与它们的电荷量的乘积成正比，与它们的距离的二次方成反比，作用力的方向在它们的连线上。k=9.0×109N•m2/C2静电力常量真空中静止的点电荷点电荷当带电体间的距离比它们自身的大小大得多，以致带电体的形状、大小及电荷分布状况对它们之间的作用力的影响可以忽略时，这样的带电体就可以看做带电的点，叫做点电荷。点电荷类似于力学中的质点，也是一种理想化的模型。问题与练习1.关于点电荷，下列说法中正确的是（）A、点电荷是一个带有电荷的几何点，它是实际带电体的抽象，是一种理想化的模型B、点电荷自身不一定很小，所带电荷不一定很少C、体积小于1mm3的带电体就是点电荷D、体积大的带电体，只要满足一定的条件也可以看成点电荷ABD问题与练习2.已知氢核（质子）的质量是1.67×10-27kg，电子的质量是9.1×10-31kg，在氢原子内它们之间的最短距离为5.3×10-11m。试比较氢核与核外电子之间的库仑力和万有引力。3.真空中两个同性点电荷q1、q2，它们相距较近，保持静止状态。今释放q2，且q2只在q1的库仑力作用下运动，则q2在运动过程中受到的库仑力()A.不断减小B.不断增大

C.始终保持不变D.先增大后减小A问题与练习问题与练习4.两个相同的金属小球（可看作点电荷），带电荷量之比为1：7，在真空中相距为r，两者相互接触后又放回原来的位置上，则它们间的库仑力可能为原来的几倍？问题与练习5.两个直径不可忽略的金属球，分别带有等量同种电荷Q，球心相距为r，它们之间的库仑力大小与相比如何？若它们分别带等量异种电荷结论又如何问题与练习6.真空中有三个点电荷，它们固定在边长50cm的等边三角形的三个顶点上，每个点电荷都是+2×10－6C

，求它们各自所受的库仑力。0.25N问题与练习7.两个固定的点电荷A和B，分别带有电荷+q和+9q，它们之间距离为l。现要在A、B的连线上放入点电荷C，为使C受到的静电力为零，则C应放在什么位置？在A、B连线上距Al/4处。思考：1、对于C的电性与电量有何要求？

无要求2、如果A、B所带电荷分别为+q和-9q