大学物理课件---电荷.库仑定律--[福州大学...李培官]

大学物理学---电荷.库仑定律福州大学至诚学院大学物理教研室李培官今天是2020年3月2日星期一大学物理---电荷.库仑定律福州大学至诚学院大学物理教研室李培官今天是2020年3月2日星期一电偶极势场第六章.静电场6-1-1.电荷-库仑定律4对电的最早认识：摩擦起电和雷电两种电荷：正电荷和负电荷电性力：同号相斥、异号相吸一.电荷5B.Franklin(1706-1790)富兰克林[1706-1790]在实验的基础上，于1747年发现了电，并命名为正电和负电。61.两种电荷[1].正电荷：用丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷[2].负电荷：用毛皮摩擦过的硬橡胶棒所带的电荷7b.感应起电:电荷在一个物体上移动。c.原子核反应4141712781HeNOHa.摩擦起电:电荷从一个物体,转移到另一个物体。2.起电的三种方法83.电荷的基本性质（1）.同性相斥，异性相吸。（2）.电荷是量子化的：1906-1917年，密立根用液滴法，首先从实验上证明了微小粒子带电量的变化不连续。密立根美国实验物理学家。主要从事原子物理、光谱学及宇宙线物理方面的研究。1906年提出用液滴法测定单个电子的电荷，证明了电荷的量子化特性。1914年在紫外区和可见光区验证了爱因斯坦光电方程，并确定了普朗克常数。于1923年获诺贝尔物理学奖。作者：杨茂田Chapter5.静电场§5.1电荷和库仑定律P.10/15.基本电荷：e=1.60217733×10-19CNe电荷为一些不连续的值，即有量子化特性。Udl密立根油滴实验[演示动画]11Ce191060217733.1基本电荷量(1986年推荐值)QNe物体带电量是e的整数倍：随着人们对物质结构不断深入的认识，发现基本粒子不基本，它们由更小的粒子夸克和反夸克组成说明当物体带电量较多时，如宏观带电体，电量可以按连续量处理。eqeq3231夸克12“夸克之父”----盖尔曼13如：238234492902UThHeee起电机4.电荷守恒定律不管系统中的电荷如何迁移，系统的电荷的代数和保持不变.（自然界的基本守恒定律之一）CQi142）电荷可以成对产生或湮灭，但代数和不变1）自然界的基本守恒定律之一CQi+-+-电子对湮灭电子对产生15+++电荷为Q电荷为Q这是电荷与质量的不同之处。电荷的这一性质表明系统所带电荷的电量与参考系无关，即具有相对论不变性。5.电荷运动不变性：大量实验表明，电荷的电量与其运动状态无关，具有相对论不变性。16二.库仑定律库仑(C.A.Coulomb17361806）法国物理学家，1785年通过扭秤实验创立库仑定律,使电磁学的研究从定性进入定量阶段.电荷的单位库仑以他的姓氏命名.17ch101.点电荷模型1q12r12r21F12Fd21F12F2q1q2qre宏观带电体都有一定的体积和形状。在具体问题中，当带电体的形状和大小与它们之间的距离相比允许忽略时，可以把带电体看作一个带电的点，称为点电荷(PointCharge)．点电荷是一个物理模型）（12rd1801221221012π41rrqqF在真空中，两个静止的点电荷之间的相互作用力（亦称库仑力），其大小与点电荷电量的乘积成正比，与两点电荷之间距离的平方成反比，作用力在两点电荷之间的连线上，同号电荷互相排斥，异号电荷互相吸引。12r21F1q2q12F12r21F1q2q21F012r221rqqkF矢量式：电荷1受电荷2的力2.库仑定律内容：191212012/rrr表示单位矢量，由施力物体指向受力物体是国际单位制中的比例系数041k01221221012π41rrqqF0：真空电容率(也称介电常数）212120mNC108542.8——电荷q2作用于电荷q1的力。12F1212rrr12r21F1q2q21F012ro1r2r203.讨论库仑定律包含同性相斥，异性相吸这一结果。(a)q1和q2同号，则q1q20,和同向，与同向，说明同号电荷之间相互排斥21F021r12F012r12F21F021r00002121qqqq斥力012r2101221221012π41FrrqqF21rrqqrrqqF3210022104141注意：只适用两个静止的点电荷之间(b)q1和q2异号，则q1q20,和反向，与反向，说明异号电荷之间相互吸引21F021r12F012r12F21F021r00002121qqqq引力012r规定矢量的方向是由施力电荷指向受力电荷，且为方向的单位矢量，那么受力电荷所受到的库仑力可表示为r0rrF总结22【例1】：在氢原子中，电子与质子之间的距离约为5.3×10-11m，求它们之间的库仑力与万有引力，并比较它们的大小。解：氢原子核质子与电子可看作点电荷NreFe82112199220102.8)103.5()106.1(10941＝万有引力为NrmMGFg472112731112106.3)103.5(1067.1101.91067.6＝23两值比较39478103.2106.3102.8＝geFF结论：库仑力比万有引力大得多，所以在原子中，作用在电子上的力，主要是电场力，万有引力完全可以忽略不计。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。24niniiiiirrqqFF11020000411221FF1.库仑力遵守牛顿第三定律三.说明：2.实验表明，库仑力满足线性叠加原理空间上有多个点电荷时,作用在某个点电荷的总静电力等于其他各点电荷单独存在时对该点电荷所施静电力的矢量和.即不因第三者的存在而改变两者之间的相互作用。设有n个点电荷组成的点电荷系，点电荷受到其他点电荷qi作用的总静电力为0q25【例2】：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。解：q1和q2对Q的作用力的方向虽然不同，但大小相等：1122010.29N4πqQFFFr由对称性可以看出两个力在y方向的分力大小相等，方向相反而相互抵消，Q仅受沿x方向的作用力：0.422cos20.29N0.46N0.5xfFFq1q2Qyxor1r20.30.30.4θFxF1F2FyTipsforBetterLifefor2013欢迊指导谢谢今天是2020年3月2日星期一