大学物理电学

§8-1电荷库仑定律电荷对电的最早认识：摩擦起电和雷电电荷种类：正电荷和负电荷电性力：同号相斥、异号相吸电荷量：物体带电的多少（带电粒子的属性）负电荷胶木棒毛皮物质的电结构。摩擦起电——电荷的转移：在物体带电过程中，正负电荷总是同时出现，而且量值相等。异号电荷相遇则互相中和，在数值上相等。电荷的转移，伴随着质量的转移。当一种电荷出现时，必然有相等量值的异号电荷同时出现；一种电荷消失时，也必然有相等量值的异号电荷同时消失。在一个与外界没有电荷交换的系统内，无论进行怎样的物理过程，系统内正、负电荷的代数和总是保持不变，这就是由实验总结出来的电荷守恒定律。电荷守恒定律2.

电荷守恒定律对于一个系统，如果没有净电荷出入其边界，则系统正负电荷的代数和保持不变。如：电荷守恒定律起电机

宏观带电体的带电量

q

e，准连续

夸克模型

e

=

1.60210-19库仑，为电子电量3.电荷量子化电荷量子化密立根微观基本概念,能量、角动量等亦量子化点电荷可以简化为点电荷的条件:Q1rddr<<观察点P4.库仑定律库仑定律：在真空中，两个静止点电荷之间相互作用力与这两个点电荷的电荷量q1和q2的乘积成正比，而与这两个点电荷之间的距离r12（或r21）的平方成反比，作用力的方向沿着这两个点电荷的连线，同号相斥，异号相吸。库仑定律库仑定律

1785年，法国库仑（C.A.Coulomb)适用于点电荷叠加性q0q1q2r02F2r01F1F库仑定律库仑库仑定律说明：1.单位制有理化

0=8.8510-12C2·m-2·

N-12.距离平方反比关系的证明卡文迪许同心球库仑定律扭秤实验3.

4л的引入,虽然使得库仑定律的表式变得复杂一些,但以后可以看到,由此而推导出来的一些常用的公式中,却不出现因子4л.4.引入的新常量ε0和在第十一章引入的新常量μ0(真空磁导率)(ε0µ0=1/c2).5.库仑定律是直接由实验总结出来的规律,库仑定律中力与距离平方成反比为基础将导出其它重要的电场方程,因此定律中平方反比规律的精确性以及定律的适用范围一直是物理学家关心的问题.例8-1按量子理论，在氢原子中，核外电子快速地运动着，并以一定的概率出现在原子核（质子〕的周围各处，在基态下，电子在半径ｒ＝0.529×10-10ｍ的球面附近出现的概率最大.试计算在基态下,氢原子内电子和质子之间的静电力和万有引力,并比较两者的大小.引力常数为G=6.67×10-11N﹒m2/kg2．

解:

按库仑定律计算,电子和质子之间的静电力为库仑定律应用万有引力定律,电子和质子之间的万有引力为由此得静电力与万有引力的比值为库仑定律可见在原子中,电子和质子之间的静电力远比万有引力大,由此,在处理电子和质子之间的相互作用时,只需考虑静电力,万有引力可以略去不计.而在原子结合成分子,原子或分子组成液体或固体时,它们的结合力在本质上也都属于电性力.库仑定律例8-2设原子核中的两个质子相距4.0×10-15m,求此两个质子之间的静电力.

可见,在原子核内质子间的斥力是很大的。质子之所以能结合在一起组成原子核,是由于核内除了有这种斥力外,还存在着远比斥力强的引力的缘故。上述两个例题,说明了原子核的结合力远大于原子的结合力,原子的结合力又远大于相同条件下的万有引力。解:两个质子之间的静电力是斥力,它的大小按库仑定律计算库仑定律例8-3在图中,三个点电荷所带的电荷量分别为q1=-86

C,q2=50

C,q3=65

C。各电荷间的距离如图所示。求作用在q3上合力的大小和方向。解:选用如图所示的直角坐标系。q2q1q3

F31F32F30.4m0.52m0.3mijx库仑定律电荷q2作用于电荷q3上的力的大小为力沿x轴和y轴的分量分别为按库仑定律算得q1作用于电荷q3上的

的大小为:库仑定律力沿x轴和y轴的分量分别为根据静电力的叠加原理,作用于电荷q3上的合力为合力的大小为库仑定律合力与x轴的夹角为可见,由库仑定律算出的作用力比较大。例如两个各带电荷量为1C的带电体,相距1m时,根据库仑定律算出其作用力达9.0×109

N。然而,通常在实验室里,利用摩擦起电使物体能获得的电荷量的数量级只是10-6C,此时相距1m时的静电力仅为10-2N的数量级，因为通常的起电方