大学物理下PPT课件

(a) f / 2 (b) f / 4 (c) 3f / 8 (d) f /10
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§10-2 电场和电场强度
一、电场(electric field )
1. 在电荷周围空间存在一种特殊物质，它可以传递电荷之 间的相互作用力，这种特殊物质称为电场。静止电荷周围 存在的电场，称静电场，这就是所谓的近距作用。
第十章
电荷和静电场
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第十章 电荷和静电场
§10-1 电荷和库仑定律 §10-2 电场和电场强度 §10-3 高斯定理 §10-4 电势及其与电场强度的关系 §10-5 静电场中的金属导体 §10-6 电容和电容器 §10-7 静电场中的电解质 §10-8 静电场的能量
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§10-1 电荷的量子化及电荷守恒定律
3、两个带有等量同号电荷，形状相同的金属小球A和B 相互之间的作用力为f ，它们之间的距离远大于小球本 身的直径。现在用一个带绝缘柄的原来不带电的相同的 金属小球C去和小球A接触，再和B接触，然后移去，则 球A球B之间的作用力变为
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§10-1 电荷的量子化及电荷守恒定律
一、电荷 (charge) 1.电荷的种类
原子是电中性的? 自然界中有两种电荷：正电荷、负电荷。
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,…
电荷量子化是个实验规律
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§10-1 电荷的量子化及电荷守恒定律
2.电荷守恒
一个与外界没有电荷交换的孤立系统，无论发生 什么变化，整个系统的电荷总量(正、负电荷的代 数和)必定保持不变。这个结论称为电荷守恒定律， 它是物理学中具有普遍意义的定律之一，也是自然 界普遍遵从的一个基本规律。它不仅适用于宏观现 象和过程，也适用于微观现象和过程。
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§10-1 电荷的量子化及电荷守恒定律
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。
常用e表示；
③微观粒子所带电荷普遍存在一种对称性，即对 于每一种带正电荷的微观粒子，无一例外地，必然存 在与之相对应的、带等量负电荷的另一种微观粒子；
④遵从电荷守恒定律； ⑤电荷是相对论性不变量，即粒子所带电量与它 的运动速率无关。
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§10-1 电荷的量子化及电荷守恒定律
A、q1=Q/2;q2=Q/2
B、q1=Q/4;q2=3Q/4
C、q1=-Q/4;q2=5Q/4 D、q1=-Q/2;q2=3Q/2
2、将某一点电荷Q分成两部分，让它们相距为1米，两
部分的电量分别为q1和q2，两部分均看作点电荷，要使
两电荷之间的库仑力最大，则q1和q2的关系是：
A: q1=2q2 B: 2q1=q2 C: q1=q2 D: q1q2
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。
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§10-1 电荷的量子化及电荷守恒定律
3.电荷特点
①电荷只有两种，即正(+)电荷和负(－)电荷； ②电荷是量子化的，任何物体所带电荷的量不可 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基本电荷，
称为真空电容率或真空介电常量。
自然界存在四种力：强力、弱力、电磁力和万有引力, 把10-－ 15m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10－2，弱力为10－9，万有引力为10－39。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。
只适用于描述两个相对于观察者为静止的点电荷之间的相互作用
q2
r12
F21
q2
F12 r12
当q2 与q1 异号时, F12 与r12 方向相反 q1
FF 2 2021 1/3/7 12
库仑力满足牛顿第三定律 CHENLI
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§10-1 电荷的量子化及电荷守恒定律
k 1 9.0190Nm 2C2
4π0
是国际单位制中的比例系数
0 8 .81 58 8 4 1 7 17 C 0 2 2 /N ( m 2 )
sinθ表示,则平衡时两球分开的距离x约等于(其
中k mg
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§10-1 电荷的量子化及电荷守恒定律
例4：两个点电荷所带电荷之和为Q，问问它们各带 电量为多少时，相互间的作用力最大？
思考
1、两个同号电荷所带电量之和为Q，问它们各带电量为 多少时，其间相互作用力最大
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§10-1 电荷的量子化及电荷守恒定律
例2：两个相同的小球质量都是m，并 带有等量同号电荷q，各用长为l的丝线
悬挂于同一点。由于电荷的斥力作用，
使小球处于图示的位置。如果θ角很小， 试两个求小球的间距x为多少？
例3：两大小相同的球,质量均为m,并带相同的电荷q,一长
度为l的丝线悬挂,如图所示,设θ较小, tgθ可以近似用
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§10-1 电荷的量子化及电荷守恒定律
例1：三个点电荷q1=q2=2.0×10-6C , Q=4.0×10-6C ， 求q1 和 q2 对Q 的作用力。
y
q1
r1
0.3
Q
oθ
0.4
0.3
q2
r2 Fy
F2
Fx
x
F1
FF1F24πq1Q 0r120.2N 9
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二、库仑定律(Coulomb law)
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
F12
设q2 受到 q1 的作用力为F12 则：
F1
2k
q1q2 r122
rr1 1
2 2
q1
其中 r12为q1 指向q2 的矢量