1、电荷与库仑定律电荷与库仑定律李 晟2012.92电荷的发现电荷的发现闪电摩擦起电为什么要提出电荷这个概念？从带电物体的相互作用特性可以得出结论：存在两种不同性质的电荷带相同电荷的物体相互吸引带不同电荷的物体相互排斥34正负电荷的定义正负电荷的定义富兰克林的定义：在室温下丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷称为正电荷；毛皮摩擦过的橡胶棒所带的电荷称为负电荷。富兰克林富兰克林5电子电子阿伏珈德罗 1811 同体积气体在同温同压下含有同数之分子法拉第（M.Faraday）1833：电解定律：1mol任何原子的单价离子永远带有相同的电量-即法拉第常数，斯迪尼（G.T.Stoney）1874：原子所带电荷为一个
2、电荷的整数倍“电子”：电荷的最小单位。汤姆逊（J.J.Thomson）1897 测量阴极射线荷质比的 证明电子的存在。6阴极射线偏转实验阴极射线偏转实验不偏转时不加电场假设射线携带与氢离子相同大小的负电荷，则其质量比氢离子小一千多倍qEBqBE/rmBq/22/rBEmq7电荷量子化电荷量子化密立根油滴实验qEmgf24681012141618102030405060708090 Experitment Linear Fitq=a+nee=4.88 a=0.29Chargen191.602176565 3510eC8电子质量质子（氢离子）质量原子质量单位u：12C的质量定义为12u319.10
3、938291 4010em/1836.15267245 75pemm 271.672621777 7410pmkg2938.272046 21/MeVC20.510998928 11/MeVC1.007276466812(90)pmu-45.4857990946(22)10 emu920世纪60年代物理学家提出了一种更基本的粒子夸克(quark)但都不是以自由状态存在，而是被禁闭在强子内部，不能脱离强子自由运动。带电量为e/3，和2/3e，即基本电荷电量变小。101112点电荷点电荷电磁学意义上的点电荷 当一个带电体本身的线度比所研究的问题中所涉及的距离小很多时，该带电体的形状与电荷与其上的分
4、布状况均无关紧要，该带电体就可以看作一个带电的点，叫点电荷，因此它是一个相对的概念。电荷的量子性 实验发现：自然界中，电荷总是以一个基本单元的整数倍出现。电荷是物质的基本属性 不存在不依附物质的单独电荷13电子是点电荷 电子电荷集中在半径小于10-18m的小体积内 电荷对称性反粒子 1931年狄拉克预言反电子正电子的存在 1932年Anderson发现反电子(e+)对于每种带正电荷的基本粒子，必然存在与之对应的带等量负电荷的另一种基本粒子反粒子电子是实物粒子，具有波粒二象性 1924年，法国物理学家德布罗意(L.V.deBoglie)提出电子具有波粒二象性，奠定了量子力学的基础14图1.6世界
5、上首次发现反物质的科学家 赵忠尧院士图1.7丁肇中教授领导建立的磁谱仪15图1.8在太空中寻找反物质的 磁谱仪16电荷守恒定律电荷守恒定律 电荷守恒定律 对于一个系统，如果没有净电荷出入其边界，则该系统的正负电荷的电量代数和将保持不变，称为电荷守恒定律。电荷只能发生改变，从一个物体转移到另外一个物体，或者从物体的一部分转移到另外一部分。17库仑定律库仑定律电荷相互作用k为静电常数 真空介电常数电量单位：当导体中电流为1安培时，1秒钟流过的电荷量定义为1库仑（C）12121221212|q qrFkrr922018.99 10/4kNmC122208.85 10/CNm18库仑定律的说明库仑定律
6、的说明是一条实验定律成立的条件是真空和静止 真空的条件只是为了除去其他电荷的影响和周围的感应和极化等因素的影响，不是必要条件。静止要求两电荷相对静止，或者静止电荷对运动电荷的作用力；但不能推广到运动电荷对静止电荷的作用力。19库仑定律与万有引力的比较库仑定律与万有引力的比较电力与万有引力的比较 平方反比定律，精确度不一样 是自然界的两种基本力,都是长程力 作用的转播子不一样 场作用力 光子，引力子（？）作用强度不同 万有引力最弱的四大力，仅为电磁力的10-37 电力可以屏蔽，而引力无从屏蔽20电荷与质量的比较电荷与质量的比较都是物体的一种属性都遵守平方反比定律遵循守恒定律质量只有一种，而电荷有
7、正负之分质量有相对论效应，而电荷无相对论效应电荷具有量子性，而质量无量子性21质子电子间电场力和万有引力对比2731101.67 109.11 1010pemkgmkgdm273111472101.67 109.11 106.67 101.01 1010gFN1919101.60 101.60 1010peqCmCdm219982101.60 108.99 102.3 1010eFN39/2.27 10egFF 22两任意带电体间的静电力两任意带电体间的静电力 静电力的叠加原理 实验表明，不管一个体系中存在多少个点电荷，每一对点电荷之间的作用力都不会因其他电荷的存在而改变，都服从库仑定律。任一
8、点电荷所受到的力等于所有其他点电荷单独作用于该点电荷的库仑力的矢量和。这称为静电力的叠加原理。23点电荷体系之间的库仑力点电荷体系之间的库仑力设有n个点电荷组成的体系，第j个点对第i个点电荷的作用力为Fij，rij为它们的距离，根据叠加原理，qi受到的合力为：21|nijijijijijj iq qrFrr24各种带电体系对静止点电荷的作用力各种带电体系对静止点电荷的作用力把带电体分割为许多“电荷元”部分，对静止点电荷作用时均可将“电荷元”当作点电荷处理，这样，整个带电体就与点电荷系统等效。“电荷元”的物理意义 宏观无穷小的带有一定电荷量的元（点）即点电荷25引入电荷密度概念：体电荷密度：面电荷密度：线电荷密度：VqSqlq2600300()()4VqrFrr dVrr00300()()4SqrFrr dSrr00300()()4lqrFrr dlrr27作业 第22章 思考题 2、4、9预习 第23章 费曼3第1、4章
