物理真空中静电场

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1、电磁学第12章静电学自然界一切电磁现象都起源于物质具有电荷属性，电现象起源于电荷，磁现象起源于电荷运动，所以“电荷”概念是电磁学中的第一个重要概念。2一电荷1电荷摩擦起电两种不同材质的物体互相摩擦后，能吸引轻微物体。这表明两种物体经摩擦后，处于一种特殊状态，处于这种状态的物体称为带电体，它们分别带有电荷。注意：电荷不是物质而是物体的属性。摩擦起电32种类:正电荷，负电荷+-3电性力:同种相斥，异种相吸带同号电荷的物体互相排斥，带异号电荷的物体互相吸引，这种相互作用称为电性力。45电荷的量子化:库仑（C）4

2、电量:描述物体所带电荷多寡的物理量称为电荷量，用符号q或Q表示。5宏观上:大量基本单元的集合,呈连续分布.阐明微观本质时，常需要从电荷的量子性出发.电荷量只能取分立的、不连续量值的性质，称为电荷的量子化。量子化是微观世界的一个基本性质，在微观世界中，能量、角动量等也是量子化的。66原子的微观结构:宏观物体由分子、原子组成，原子都由一个带正电的原子核和一定数目的电子所组成，原子核又由带正电的质子和不带电的中子组成。7带正电的原子带负电的原子中性原子(a)电子质量非常小，根据其得失，原子呈现电性.(b)原子若

3、得到电子便带负电，失去电子便带正电.81913年密立根油滴实验测得电荷具有量子性，任何带电体的电荷只能是某一基本单位的整数倍，这个基本单位就是电子电量绝对值e。摩擦起电，实际上是通过作功实现电荷的分离、转移，从而使物体处于带电状态。9二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）问题：电荷能否产生和消失？如：高能光子在重荷附近可以转化为电子偶，电子偶也能湮没为光子。光子10库仑(C.A.Coulomb17361806）法国物理学家，1785年通过扭秤实验

4、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.11一点电荷的概念影响带电体之间的相互作用的因素带电体的间距电荷电量带电体大小、形状及电荷在带电体上的分布。当带电体本身的几何线度远比带电体间的距离小得多时，在测量的精密范围内，带电体的形状与其上的电荷分布对作用力没有影响，此时可以引入点电荷的概念。12当带电体的大小和带电体间的距离相比很小时，可将其视为点电荷。点电荷简化为点电荷的条件:Q1rddr<<观察点P13二库仑定律发展过程1733年，杜非发现同性电会相互排斥，异性电会

5、相互吸引。1767年，普利斯莱由实验现象，在带电的导体空腔内，电荷在任一位置所受的静电力均为零，与万有引力之间的情形类似，因而推测电荷间的作用力也应遵守平方反比定律。1771年，英国物理学家卡文迪许利用实验方法，间接证明了电荷间作用力的平方反比关系。1785年，库仑直接从扭秤实验中提出库仑定律14需要解决的问题F=F(q1,q2,r)电量的描述电荷转移性质+电荷转移过程中守恒性质对称性方法：两个全同导电体接触…………………………………………………q→q/2→q/4→q/8→q/2n………………………………

6、…………………15实现方法：受测体：小体积，小电量（减小重分布）作用体：小电量小体积，大距离测量手段小电量互作用----〉相互作用力小小作用力测量手段：扭称实验（测同号电荷作用力）单摆测量重力加速度原理（测异号电荷作用力）16库仑扭秤电摆实验装置17实验结果分析：大量的实验数据表明电摆与重力摆结果相类似实验结果结论：F~1/r2+问题：=?=0？检验：精度逐渐提高的实验表明~0（仍在进行）；物理学观念：确信=0；检验方法之一：高斯定理18三库仑定律真空中两静止点电荷q1和q2之间的相互作用力的大小与

7、q1和q2的乘积成正比，与它们之间的距离r的平方成反比；作用力的方向沿着它们的连线，同号电荷相斥，异号电荷相吸。19k是比例系数，表示q2对q1的作用力是沿点电荷连线的单位矢量，方向由（施力指向受力）。真空介电常数或真空电容率20力的大小：力的方向：同号相斥，异号相吸★约定：电荷不说负就算正(以后均如此)21电量的单位是导出单位：电磁学单位制高斯制：厘米、克、秒制（CGS制）国际单位制：米、千克、秒、安培（MKSA制）目前通用的是国际单位制（SI）在MKSA制中，将比例系数k写成22库仑定律的几点说明库仑

8、定律适用于点电荷与观察着保持静止的情况，也适用于静止电荷对运动电荷的作用。但运动电荷对静止电荷的作用不适用两静止电荷间的作用力为有心力，力的大小与两者距离平方成反比。库仑定律是实验定律。库仑定律小至原子、原子核的线度，大至地球的线度内，即在10-15m——107m的范围内是可靠的。23四叠加原理+qo+q1-q2Fo2FFo1点电荷上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，即电场力满足力的叠加原理。2