《高职高专物理》第五章（5.1）库仑定律

第一次课:2学时 1题目:§51库仑定律 §52电场强度 2目的:1)会计算几种典型的带电体的场强 2)建立电场能量的概念 、引入课题 在十九世纪后半叶,物理学中引人了新的革命性的观点,它与旧的机械观不同, 法拉第、麦克思韦、赫兹的成就使现代物理学得以发展,也极大的推动了现代科 学技术的发展。这个新概念就是“场″。场的概念是力的概念延伸与发展,场可 以通过力的效应来认识。电磁场是矢量场。 电磁学研究内容 (1)电磁现象的基本概念和基本规律 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, 电磁场对物质的各种效应 (2处理电磁学问题的基本观点和方法。 电磁学内容:静电学 恒定电流 恒定电流的磁场 电磁感应 电磁场与电磁波

1 第一次课： 2 学时 1 题目： §5.1 库仑定律 §5.2 电场强度 2 目的： 1）会计算几种典型的带电体的场强 2）建立电场能量的概念 一、引入课题： 在十九世纪后半叶，物理学中引人了新的革命性的观点，它与旧的机械观不同， 法拉第、麦克思韦、赫兹的成就使现代物理学得以发展，也极大的推动了现代科 学技术的发展。这个新概念就是“场”。场的概念是力的概念延伸与发展，场可 以通过力的效应来认识。电磁场是矢量场。 电磁学研究内容 (1)电磁现象的基本概念和基本规律 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， 电磁场对物质的各种效应。 (2)处理电磁学问题的基本观点和方法。 ·电磁学内容：静电学 恒定电流 恒定电流的磁场 电磁感应 电磁场与电磁波

二、讲授新课 第五章静电场 55.1库仑定律 、电荷量子化 1电荷 摩擦起电和雷电使人们对电有了最早的认识,自然界有正电荷和负电荷两种电 荷,它们同号相斥、异号相吸。 电量:物体带电荷数量的多少 单位:库仑C 2电荷量子化 在自然界中,电荷总是以基本单元的整数倍出现,近代物理把电荷的这 种不连续性称为电荷的量子化 q=nen=±1,+2,±3,… e=1.602×10-19库仑,为电子电量 夸克模型 强子的夸克模型具有分数电荷(-或二电子电荷)但实验上尚未 直接证明。 宏观带电体的带电量q>e,准连续。 由中恒 正负电荷的代数和在任何物理过程中始终保持不变,这一规律称为电荷守 恒定律 (自然界的基本守恒定律之一)

2 二、讲授新课： 第五章 静电场 §5.1 库仑定律 一、电荷量子化 1.电荷 摩擦起电和雷电使人们对电有了最早的认识，自然界有正电荷和负电荷两种电 荷，它们同号相斥、异号相吸。 电量：物体带电荷数量的多少 单位：库仑 C 宏观带电体的带电量qe，准连续。 夸克模型 e=1.60210-19库仑，为电子电量 q ne n = =    1, 2, 3, 强子的夸克模型具有分数电荷（ 或 电子电荷） 但实验上尚未 直接证明。 1 3 2 3 在自然界中，电荷总是以基本单元的整数倍出现，近代物理把电荷的这 种不连续性称为电荷的量子化。 二、电荷守恒定律 正负电荷的代数和在任何物理过程中始终保持不变，这一规律称为电荷守 恒定律。 （自然界的基本守恒定律之一） 2.电荷量子化

真空中的库仑定律 1点电荷模型 可以简化为点电荷的条件:d<r 观察点 2.库仑定律 1785年,法国库仑(C.A. Coulomb)适用于点电荷 在真空中,两个静止点电荷之间相互作用力与这芮个点电荷的电荷量的乘 积成正比,而与这两个点电荷之间的距离的平方成反比,作用力的方向沿着这 两个点电荷的连线,同号电荷相斥,异号电荷相吸。 4 f=k 41q2 SI制 k=898755×10°N.m2.C-2 库仑定律说明 1单位制有理化 k 4 /Eo Eo=8.85×10(C 1 4πEnr (0为真空电容率) 2与万有引力的比较与启示

3 2.库仑定律 1785年，法国库仑（C.A.Coulomb) 适用于点电荷 1.点电荷模型 可以简化为点电荷的条件: 三、真空中的库仑定律 d 观察点 P r d r9 2 2 k 8.98755 10 N m C− SI制 =    1 2 2 0 q q F k r r = 在真空中，两个静止点电荷之间相互作用力与这两个点电荷的电荷量的乘 积成正比，而与这两个点电荷之间的距离的平方成反比，作用力的方向沿着这 两个点电荷的连线，同号电荷相斥，异号电荷相吸。 F21 F12 q1 r q2 1.单位制有理化 2.与万有引力的比较与启示 1 2 2 0 1 4π q q F  r = 0=8.8510-12C2·m-2 ·N-1 0 1 4 k  = （  0 为真空电容率） F21 F12 q1 r q2 库仑定律说明：

例8-1按量子理论,在氢原子中,核外电子快速地运动着,并以一定的概 率出现在原子核(质子)的周围各处,在基态下,电子在半径r=0.529×100 m的球面附近出现的概率最大。试计算在基态下,氢原子内电子和质子之间 的静电力和万有引力,并比较两者的大小。引力常数为G=667×101N /kg 解:按库仑定律计算,电子和质子之间的静电力为 F=4丌Ep2=8.89×10× 60×10- 0.529×10 N=822×10-8 应用万有引力定律,电子和质子之间的万有引力为 =667×10 91106xN=363×10N 0529×10) 由此得静电力与万有引力的比值为 A≈2.26×10 可见在原子中,电子和质子之间的静电力远比万有引力大,由此,在处理 电子和质子之间的相互作用时,只需考虑静电力,万有引力可以略去不计。 例82设原子核中的两个质子相距40×1015m,求此两个质子之间的静电力 解:两个质子之间的静电力是斥力,它的大小按库仑定律计算为 F.=14=900610 14N (40×10- 可见,在原子核内质子间的斥力是很大的。质子之所以能结合在一起组成 原子核,是由于核内除了有这种斥力外还存在着远比斥力为强的引力一核力的 缘故

4 解: 按库仑定律计算，电子和质子之间的静电力为 应用万有引力定律， 电子和质子之间的万有引力为 由此得静电力与万有引力的比值为 例8-1 按量子理论，在氢原子中，核外电子快速地运动着，并以一定的概 率出现在原子核（质子〕的周围各处，在基态下，电子在半径ｒ＝0.529×10-10 ｍ的球面附近出现的概率最大。试计算在基态下，氢原子内电子和质子之间 的静电力和万有引力，并比较两者的大小。引力常数为G=6.67×10-11N﹒ m2 /kg2。 例8-2 设原子核中的两个质子相距4.0×10-15m，求此两个质子之间的静电力。 ( ) ( ) N r q q Fe 14 4.0 10 1.6 10 9.0 10 4 1 2 15 2 19 9 2 1 2 0 =   = =  − −    可见，在原子核内质子间的斥力是很大的。质子之所以能结合在一起组成 原子核，是由于核内除了有这种斥力外还存在着远比斥力为强的引力_____核力的 缘故。 解: 两个质子之间的静电力是斥力，它的大小按库仑定律计算为 39 = 2.2610 g F e F 可见在原子中，电子和质子之间的静电力远比万有引力大，由此，在处理 电子和质子之间的相互作用时，只需考虑静电力，万有引力可以略去不计。 N 8 8.22 10− ＝  2 2 0 4 1 r e F   = ( ) ( ) 2 N 10 2 19 9 0.529 10 1.60 10 8.89 10 − −   ＝   1 2 2 m m F G r = ( ) 31 27 11 2 10 9.11 10 1.67 10 6.67 10 0.529 10 N − − − −    =    47 3.63 10 N − = 