【正文】 化及電荷守恒定律 兩個(gè)帶有等量同號(hào)電荷，形狀相同的金屬小球 A和 B相互之間的作用力為 f ，它們之間的距離遠(yuǎn)大于小球本身的直徑。q2=5Q/4 D、 q1=Q/2。q2=Q/2 B、 q1=Q/4。如果 θ 角很小，試兩個(gè)求小球的間距 x為多少？ 3122????????mglk q例 3：兩大小相同的球 ,質(zhì)量均為 m,并帶相同的電荷 q,一長(zhǎng)度為 l的絲線懸掛 ,如圖所示 ,設(shè) θ 較小 , tgθ 可以近似用sinθ 表示 ,則平衡時(shí)兩球分開的距離 x約等于 (其中 ) 041???k11 167。 101 電荷的量子化及電荷守恒定律 例 2：兩個(gè)相同的小球質(zhì)量都是 m，并帶有等量同號(hào)電荷 q，各用長(zhǎng)為 l的絲線懸掛于同一點(diǎn)。 π4 210121 ???? rQqFFF?q1 q2 Q y x o r1 r2 θ Fx F1 F2 Fy 167。 167。 自然界存在四種力： 強(qiáng)力、弱力、電磁力和萬(wàn)有引力 , 把 10－15m的尺度上兩個(gè)質(zhì)子間的強(qiáng)力的強(qiáng)度規(guī)定為 1, 其它各力的強(qiáng)度是：電磁力為 10－ 2，弱力為 10－ 9，萬(wàn)有引力為 10－ 39。 101 電荷的量子化及電荷守恒定律 7 二、庫(kù)侖定律 (Coulomb law) 在真空中兩個(gè)相對(duì)于觀察者靜止的 點(diǎn)電荷 之間的相互作用力的大小與它們所帶電量的乘積成正比，與它們之間距離的平方成反比 ,方向沿兩電荷的連線 ,同號(hào)相斥 ,異號(hào)相吸 12r?21F?1q?2q?1221 FF?? ?? 庫(kù)侖力滿足牛頓第三定律 12r?其中 為 q1 指向 q2 的矢量 ?????????12122122112 rrrqqkF ??設(shè) q2 受到 q1 的作用力為 F12 則： 12F?12r?21F?1q?2q?當(dāng) q2 與 q1 異號(hào)時(shí) , F12 與 r12 方向相反 167。電荷的最小份額稱為 基本電荷 ，常用 e表示； ③微觀粒子所帶電荷普遍存在一種對(duì)稱性，即對(duì)于每一種帶正電荷的微觀粒子，無(wú)一例外地，必然存在與之相對(duì)應(yīng)的、帶等量負(fù)電荷的另一種微觀粒子； ④遵從電荷守恒定律； ⑤電荷是相對(duì)論性不變量，即粒子所帶電量與它的運(yùn)動(dòng)速率無(wú)關(guān)。 167。電量的最小單元不排除會(huì)有新的結(jié)論， 但是電量量子化的基本規(guī)律是不會(huì)變的。 在近代物理中發(fā)現(xiàn)強(qiáng)子 (如質(zhì)子、中子、介子等 )是由夸克 (quark)構(gòu)成的，夸克所帶電量為 e的 1/3或 2/3。因此 電荷量子化是普遍的量子化規(guī)律 。它不僅適用于宏觀現(xiàn)象和過(guò)程，也適用于微觀現(xiàn)象和過(guò)程。 101 電荷的量子化及電荷守恒定律 一個(gè)與外界沒(méi)有電荷交換的孤立系統(tǒng)，無(wú)論發(fā)生什么變化，整個(gè)系統(tǒng)的電荷總量 (正、負(fù)電荷的代數(shù)和 )必定保持不變 。 一、電荷 (charge) 電荷量子化是個(gè)實(shí)驗(yàn)規(guī)律 實(shí)驗(yàn) 證明微小粒子帶電量的變化是不連續(xù)的，它只能是元電荷 e 的整數(shù)倍 , 即粒子的電荷是 量子化的： Q = n e 。 108 靜電場(chǎng)的能量 3 167。 106 電容和電容器 167。 104 電勢(shì)及其與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系 167。 101 電荷和庫(kù)侖定律 第十章 電荷和靜電場(chǎng) 167。1 第十章 電荷和靜電場(chǎng) 2 167。 103 高斯定理 167。 102 電場(chǎng)和電場(chǎng)強(qiáng)度 167。 105 靜電場(chǎng)中的金屬導(dǎo)體 167。 107 靜電場(chǎng)中的電解質(zhì) 167。 101 電荷的量子化及電荷守恒定律 原子是電中性的 ? 自然界中有兩種電荷： 正電荷 、 負(fù)電荷 。 n = 1, 2 , 3,… 4 167。這個(gè)結(jié)論稱為 電荷守恒定律 ，它是物理學(xué)中具有普遍意義的定律之一，也是自然界普遍遵從的一個(gè)基本規(guī)律。 5 自然界中的微觀粒子有幾百種 ,其中帶電粒子所具有的電荷數(shù)均為 +e 或 e 的整數(shù)倍?，F(xiàn)代實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明 電荷量子化具有相當(dāng)高的精度 。但是到目前為止還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)以自由狀態(tài)存在的夸克。 在相對(duì)論中物質(zhì)的質(zhì)量會(huì)隨其運(yùn)動(dòng)速率而變化，但是實(shí)驗(yàn)證明一切帶電體的電量不因其運(yùn)動(dòng)而改變， 電荷是相對(duì)論性不變量 。 101 電荷的量子化及電荷守恒定律 6 ①電荷只有兩種，即正 (+)電荷和負(fù) (－ )電荷； ②電荷是量子化的，任何物體所帶電荷的量不可能連續(xù)變化，只能一份一份地增加或減少，這種性質(zhì)稱為 電荷的量子化 。 167。 101 電荷的量子化及電荷守恒定律 8 2290π41 ???????k是國(guó)際單位制中的比例系數(shù) )mN/( 22120 ??? ??稱為真空電容率或真空介電常量 。在原子、分子的構(gòu)成以及固體和液體的凝聚等方面，庫(kù)侖力都起著主要的作用。 101 電荷的量子化及電荷守恒定律 只適用于描述兩個(gè)相對(duì)于觀察者為靜止的點(diǎn)電荷之間的相互作用 9 例 1：三個(gè)點(diǎn)電荷 q1=q2= 106C , Q= 106C ， 求 q1 和 q2 對(duì) Q 的作用力。 101 電荷的量子化及電荷守恒定律 10 167。由于電荷的斥力作用，使小球處于圖 示的位置。 101 電荷的量子化及電荷守恒定律 例 4：兩個(gè)點(diǎn)電荷所帶電荷之和為 Q，問(wèn) 問(wèn)它們各帶電量為多少時(shí)，相互間的作用力最大？ 兩個(gè)同號(hào)電荷所帶電量之和為 Q，問(wèn)它們各帶電量為多少時(shí)，其間相互作用力最大 A、 q1=Q/2。q2=3Q/4 C、 q1=Q/4。q2=3Q/2 將某一點(diǎn)電荷 Q分成兩部分，讓它們相距為 1米，兩部分的電量分別為 q1和 q2，兩部分均看作點(diǎn)電荷，要使兩電荷之間的庫(kù)侖力最大，則 q1和 q2的關(guān)系是： A: q1=2q2 B: 2q1=q2 C: q1=q2 D: q1q2 思 考 12 167?，F(xiàn)在用一個(gè)帶絕緣柄的原來(lái)不帶電的相同的金屬小球 C去和小球 A接觸，再和 B接觸，然后移去，則球 A球 B之間的作用力變?yōu)? (a) f / 2 (b) f / 4 (c) 3f / 8 (d) f /10 13 167。靜止電荷周圍存在的電場(chǎng)，稱 靜電場(chǎng) ，這就是所謂的近距作用。 ，電場(chǎng)力對(duì)帶電體作功 , 表明電場(chǎng)具有能量。 14 二、電場(chǎng)強(qiáng)度 (electric field intensity) 0qFE???它與試探電荷無(wú)關(guān)，反映電場(chǎng)本身的性質(zhì)。 物理 意義 1. 試探電荷： q0 是攜帶電荷足夠??；占據(jù)空間也足夠小的點(diǎn)電荷，放在電場(chǎng)中不會(huì)對(duì)原有電場(chǎng)有顯著的影響。 102 電場(chǎng)和電場(chǎng)強(qiáng)度 15 3. 單位 ：在國(guó)際單位制 (SI)中 電場(chǎng)是一個(gè) 矢量場(chǎng) (vector field) F?力 的單位：牛頓 (N )。 E?EqF ?? ?電荷在場(chǎng)中受到的力： + + + + 電場(chǎng)中某點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度的大小，等于單位電荷在該點(diǎn)所受電場(chǎng)力的大?。浑妶?chǎng)強(qiáng)度的方向與正電荷在該點(diǎn)所受電場(chǎng)力的方向一致。 102 電場(chǎng)和電場(chǎng)強(qiáng)度 16 三、電場(chǎng)強(qiáng)度的計(jì)算 rrq