最新10-1库仑定律1教学讲义ppt课件.ppt

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1、10-1库仑定律1电磁学Electromagnetics2绪论（exordium）电磁学的研究对象及发展简史：电磁学是经典物理学的一部分。它主要研究电荷、电流产生电场、磁场的规律，电场和磁场的相互联系，电磁场对电荷、电流的作用，以及电磁场对物质的各种效应等。人类对电磁现象的认识可追溯到公元前600年公元前585年，希腊哲学家泰勒斯（Tahales）知道摩擦过的琥珀能吸引小物体以及磁石相互吸引。3§10-3高斯定理§10-1电荷和库仑定律第十章电荷和静电场§10-2电场和电场强度§10-4电势及其

2、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7§10-1电荷和库仑定律一、电荷(charge)1.两种电荷：即正(+)电荷和负()电荷1747年，富兰克林提出：用丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷为正电荷；用毛皮摩擦过的硬橡胶棒所带的电荷为负电荷。质子所带电荷来规定正电荷，用电子所带电荷来规定负电荷性质:同性相斥，异性相吸摩擦起电82.电荷守恒定律在一个与外界没有电荷交换的系统内，任一时刻存在于系统中的正、负电荷的代数和始终保持不

3、变。该定律的要点：电荷的代数和不变性孤立系统中正、负电荷各自的量可能发生变化，但其代数和恒保持不变。例如，正、负电子相遇转化为两个光子。高能光子经过另一粒子附近时可能转换为正、负电子对。电荷的相对论不变性孤立系统的电量，与其运动状态无关。在不同参考系内进行观察，系统总电量保持不变。电荷守恒定律对宏观过程和微观过程均适用。91986年的推荐值为：e=1.60217733×10-19CQ=ne;n=1,2,3,…3.电量的量子化1906～1917年，密立根（R.A.Millikan)用液滴法测定了电

4、子电荷，证明微小粒子带电量的变化是不连续的，它只能是基本电荷e的整数倍，即粒子的电荷是量子化的。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。注意：如果是宏观带电体，电量可以按连续量处理。（物体所带剩余电荷的总量）10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。目前,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。

5、质子和电子的带电量差异：电荷量子化已在相当高的精度下得到了检验。11二、库仑定律(Coulomblaw)电荷最基本的性质是电荷之间的相互作用，库仑定律是1785年，库仑从扭称实验总结出的点电荷之间相互作用所遵从的基本规律。1.扭称实验（1785年）122.点电荷模型a)带电体可看作为点电荷是有条件的即：当r12>>d时，带电体可以视为点电荷b)点电荷的实验基础：（1）质子的散射实验表明质子线度<10-13m（2）CERN的电子对撞实验表明电子线度<10-17m说明：对于有限分布带电体，可以看作无

6、限多点电荷的集合13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。设q2受到q1的作用力为F12则：3.库仑定律库仑力满足牛顿第三定律14当q2与q1异号时,F12与r12方向相反是国际单位制中的比例系数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

7、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。15说明：（1）库仑定律是表示在真空中两个静止的点电荷之间相互作用的规律，大家应特别注意“真空中”、“静止”和“点电荷”三条。这三条是库仑定律的适用条件。（4）电荷之间的相互作用是通过电场传递的。点电荷q1对点电荷q2的作用力是通过q1在自己周围空间激发的电场来传递的；而点电荷q2对点电荷q1的作用力则是通过q2在自己周围空间激发的电场来传递的。（2）该定律在真空中测量出来的，但在空气、导体、电介质中仍然成立

8、；（3）实验证明：只要施力电荷静止，即使受力电荷运动库仑定律也是适用的；16（6）库仑力和万有引力具有相似的表达形式例：在氢原子内,电子和质子的间距为求它们之间电相互作用和万有引力,并比较它们的大小.微观领域中,万有引力比库仑力小得多,可忽略不计（5）关于库仑定律的有效作用范围的问题，长期以来人们不断对此进行研究，得到的结论是，在1015107m尺度上，库仑定律是准确、可靠的。17（7）库仑定律揭示了静电力满定平方反比律，这就是说，两个静止的点电荷之间的相互作用与它们之间距离的平方成反比。4