高二物理竞赛电荷课件

第一章静止电荷的电场本章主要讲解静止电荷相互作用的规律。本章的基本要求掌握电场强度和电通量的概念。掌握库仑定律。掌握用点电荷场强公式及场强叠加原理求场强的方法。确切理解高斯定律，并掌握用高斯定律求场强的方法。§1.1电荷1.正负性电荷有两种，美国科学家富兰克林将其命名为"正电荷"与"负电荷"。电荷是实物的一种属性，它具有以下性质：一切电磁现象都起源于电荷的存在或电荷的运动。2.量子性实验证明，电子带有最小负电荷，其所带电量－基本电荷，其绝对值的国际通用值为★宏观带电体所带电荷种类的不同根源于组成它们的微观粒子所带电荷种类的不同。电子带负电荷质子带正电荷中子呈电中性★通过高能电子束散射实验测出的质子和中子内部的电荷分布图r/10-15mr/10-15m质子内电荷分布图中子内电荷分布图＋＋－物体所带电荷的多少(电量)的值以q

或Q

表示。★电荷的单位在国际单位制中，电荷的单位是C，称为库仑，简称库。实验证明，在自然界中，任何物体所带的电量都是e的整数倍，也就是说，并不是任何数值的电量都是可能的，或者说电量是不连续的——电荷的量子化★电荷数－－微观粒子所带的基本电荷数，用N

表示：强子的夸克模型具有分数电荷（或电子电荷）但实验上尚未直接证明。★点电荷模型带电体本身的线度<<所涉及的距离带电的点－点电荷：忽略其形状及电荷的分布状况注意：点电荷是一个相对的概念，依问题所要求的精度而定。与外界没有电荷的交换3.守恒性在一个孤立系统中总电荷量是不变的。即在任何时刻，系统中的正电荷与负电荷的代数和保持不变，这称为电荷守恒定律。从实际的物体中抽象出来的理想模型点电荷不一定是体积很小的带电体，只要它本身的几何线度与它到其他带电体的距离相比，是微不足道的，因而它的形状和大小可以不必考虑，可用一个具有带电体全部电荷的几何点来表示；这样，它在空间的位置也就便于确定。电学：点电荷力学：质点★电荷可以产生和消失一个高能光子一个重原子核一个正电子一个负电子电子对的产生一个正电子一个负电子两个或三个光子电子对的湮灭电荷的产生和消失并不改变系统中的电荷的代数和－－电荷守恒定律仍然保持有效4.相对论不变性电荷的电量与其运动状态无关，在不同的参考系内观察，同一带电粒子的电量不变——电荷的相对论不变性。实验证实：氢分子和氦原子都精确地是电中性的。★比较氢分子和氦原子的电中性实验＋＋－－氢分子结构示意图＋＋－－氦原子结构示意图§1.2

库仑定律与叠加原理静电学：研究静止电荷之间的相互作用的理论式中k

为比例系数，真空中的电容率（介电常数）真空中库仑定律：静止电荷之间的相互作用力——库仑力令：q1

与q2

同号q1q2>0F21

沿er21

的方向，斥力q1

与q2

异号q1q2<0F21

沿er21

的反向，引力讨论：注意：由于自由空间是各向同性的，对于两个静止的点电荷而言，只有它们的连线才具有唯一确定的方向。库仑定律反映了自由空间的各向同性。er21r21F21q1q2er21r21F21q1q2F12F12(1)库仑定律适用于真空中的点电荷；(2)库仑力满足牛顿第三定律；(3)F电

>>F万（见书上例1.1）注意:

2.电力叠加原理有两个以上的电荷存在时，两点电荷间的作用力并不因其它电荷的存在而改变，所以总的作用力等于各个点电荷作用力的矢量和——电力叠加原理电荷q3

受的力：F1F2设F1、F2

、…、Fn

分别为点电荷q1、