电荷库仑定律

§1－1电荷库仑定律第一章静电场的基本规律2023/2/21一、对电荷的基本认识两种电荷：实验1----用毛皮或丝绸摩擦过的橡胶棒或玻璃棒可吸引轻小物体（羽毛，头发）。

实验2---相互吸引，相互排斥2.导体：可传导电荷的物体（金属，电解液）绝缘体（电介质）：不能传导电荷的物体（橡胶，干燥的玻璃棒）半导体：传导电荷的能力介于导体和绝缘体之间的物体，而且电性质非常特殊的材料，对温度、光照、压力等外界条件极为敏感。2023/2/227.电荷量子化：密立跟实验（1906－1917年）Q=Ne,e=1.6010-19C在一个和外界没有电荷交换的系统内，正负电荷的代数和在任何物理过程中保持不变。6.电荷守恒定律-物理学中普遍的基本定律5.起电方式：摩擦起电和静电感应2023/2/238.基本粒子：夸克带分数电荷，夸克摸型，理论成立，但至今在实验中未找到自由的夸克。原子核质子中子上夸克（两个）下夸克（一个）上夸克（一个）下夸克（两个）相互作用有四种：强相互作用，电磁作用，弱相互作用，万有引力。2023/2/241.夸克和反夸克，以色和味来标记，它们是组成质子、中子和所有强子的基本单元，已发现30种。轻子族：只参加弱相互作用，它们是电子，电子型中微子等以及这些粒子的反粒子，共12种。媒介子：它们是传递相互作用的粒子。

相互作用有四种：万有引力，电磁作用，弱相互作用，强相互作用。二、组成宇宙万物的基本粒子分三类：2023/2/25三、库仑定律（Coulombslaw）库仑生平

1736年6月库仑生于法国的安古莱姆，先后就读马扎兰学院和法兰西学院。1760年（24岁）又考入梅齐埃尔工兵学校，在此认识了地磁学家波尔达(j.c.borda),在1764年~1781年（28~45岁）他一直以工程师的身份在军队服役。1781年才在巴黎定居组织了家庭。在1781年~1801年（45~65岁）共宣读了二十五篇论文，其中1785年发表的第一篇“论电和磁”是关于扭力秤的论文，给出了测量静电力的扭力秤的结构。另外还有七篇电学和磁学的论文，其余是关于土木工程、机械力学和摩擦研究的论文，这些论文均被法兰西物理学会收集在《物理学论文集》中。1801年（65岁）他被当选为法兰西研究院名誉主席。2023/2/262.点电荷模型可抽象为一个几何点的带电体，它本身的几何线度与它到其它带电体的距离相比小得多以库仑定律为例说明：

一个物理定律建立本身就是物理学取得很大进展的标志物理定律具有丰富、深刻的内涵和外延对于基本定律，我们究竟从那些方面考察？2023/2/27四.库仑定律的建立Franklin首先发现金属小杯内的软木小球完全受杯上电荷的影响;在Franklin的建议下，Priestel做了实验——提出问题1、提出问题2、猜测答案a、现象与万有引力有相同规律2023/2/28b、由牛顿力学可知：球壳对放置在壳外的物体有引力，而放置在球壳内任何位置的物体受力为零。c、类比：电力与距离平方成反比（1766年做的实验，未被重视）

2023/2/293、设计实验a、1769年Robison首先用直接测量方法确定电力定律，得到两个同号电荷的斥力

b、两个异号电荷的引力比平方反比的方次要小些。（研究结果直到1801年发表才为世人所知）2023/2/2104、Cavendish实验a、1772年Cavendish遵循Priestel的思想设计了实验验证电力平方反比律，如果实验测定带电的空腔导体的内表面确实没有电荷，就可以确定电力定律是遵从平方反比律的即b、他测出不大于0.02（未发表，100年以后Maxwell整理他的大量手稿，才将此结果公诸于世。

2d±-µrf越小，内表面电荷越少2023/2/211a、精度与十三年前Cavendish的实验精度相当库仑是扭称专家;电斥力——扭称实验，数据只有几个，且不准确（由于漏电）——不是大量精确的实验；b、电引力——单摆实验得c、电引力单摆周期正比于距离d、与万有引力单摆周期类比，得5、1785年Coulomb测出结果2023/2/212f.真空中，两个静止的点电荷之间相互作用力的大小，与它们的电量的乘积成正比，与它们之间距离的平方成反比。静电作用力大小相等而方向相反，并且沿着它们的联线；同号电荷相斥，异号电荷相吸。（1）结构；（2）测量方法（同性电荷，异性电荷，类比法）e.扭力秤的设计思想：2023/2/213q2q1rq2q1r其中，表示点电荷q1对点电荷q2的作用力，表示点电荷q2对点电荷q1的作用力。6、数学表述：2023/2/214q—库仑（C），实验定出：

k=8.9880109N·m2/C2国际单位制（SI）中：F—牛顿（N），r—米（m）F12F21rq2q12023/2/215五.库仑定律和万有引力定律的比较相似性：形式相同不同：(1)万有引力,只存在吸引力，库仑力存在吸引力和排斥力（2）在大质量物体之间，在很小的带电体之间2023/2/216适用范围和精度

原子核尺度——地球物理尺度天体物理、空间物理

基本实验规律。宏观、微观均适用；精度：Coulomb时代

1971年2023/2/217理论地位和现代含义库仑定律是静电学的基础，说明了

带电体的相互作用问题

原子结构，分子结构，固体、液体的结构化学作用的微观本质都与电磁力有关，其中主要部分是库仑力静电场的性质

2023/2/218▲库仑定律适用的条件：

•真空中点电荷间的相互作用

•施力电荷对观测者静止（受力电荷可运动）有：有理化后的库仑定律：

▲有理化：引入常量0，令

0—真空介电常量（dielectricconstantofvacuum）2023/2/219电量单位－MKSA制1库仑：当导线中通过1安培稳恒电流