《普通物理学》课程教学资源（PPT课件）第七章 静止电荷的电场 7-1 物质的电结构、库仑定律

§7-1 物质的电结构库仑定律 一、电荷 对电的最早认识：摩擦起电和雷电 两种电荷：正电荷和负电荷 电性力：同号相斥、异号相吸 电荷量：物体带电的多少 贰不元返回退埃

上页 下页 返回 退出 §7-1 物质的电结构 库仑定律 一、电荷 对电的最早认识：摩擦起电和雷电 两种电荷：正电荷和负电荷 电性力：同号相斥、异号相吸 电荷量：物体带电的多少

二、电荷守恒定律 物质的电结构理论 物质由原子组成，原子由原子核和核外电子 组成，原子核又由中子和质子组成。中子不带电， 质子带正电，电子带负电。质子数和电子数相等， 原子呈电中性。由大量原子构成的物体也就处于 电中性状态，对外不显示电性。 原子核 电子 让美觉返司退

上页 下页 返回 退出 二、 电荷守恒定律 物质由原子组成，原子由原子核和核外电子 组成，原子核又由中子和质子组成。中子不带电， 质子带正电，电子带负电。质子数和电子数相等， 原子呈电中性。由大量原子构成的物体也就处于 电中性状态，对外不显示电性。 物质的电结构理论

起电的实质 ·所谓起电，实际上是通过某种作用，使物体内电 子不足或者过多而呈现带电状态。 ·通过摩擦可是两个物体接触面温度升高，促使一 定量的电子获得足够的动能从一个物体迁移到另 一个物体，从而使获得更多电子的物体带负电， 失去电子的物体带正电。 oo●● 正意子元道回退此

上页 下页 返回 退出 起电的实质 • 所谓起电，实际上是通过某种作用，使物体内电 子不足或者过多而呈现带电状态。 • 通过摩擦可是两个物体接触面温度升高，促使一 定量的电子获得足够的动能从一个物体迁移到另 一个物体，从而使获得更多电子的物体带负电， 失去电子的物体带正电

电荷守恒定律 实验证明，在一个与外界没有电荷交换的系内，无 论经过怎样的物理过程，系统正、负电荷量的代 数和总是保持不变。 正 电 如：28U-→20Th+2He Y→e+e e*+e->2y 让美下觉返司速此

上页 下页 返回 退出 电荷守恒定律 实验证明，在一个与外界没有电荷交换的系内,无 论经过怎样的物理过程，系统正、负电荷量的代 数和总是保持不变。 如： U Th He 4 2 234 90 238 92 → + + − γ →e + e e + e → 2γ + − 正 电 子

三、电荷量子化 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。 2=NeN=±1,2,3. ·e=1.602×10-1℃，为一个电子所带电荷量 ·夸克模型 ·宏观带电体的带电量g>>e,准连续

上页 下页 返回 退出 • 宏观带电体的带电量qe，准连续 • 夸克模型 • e=1.60210－19C，为一个电子所带电荷量 三、 电荷量子化 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。 Q =Ne N= ± 1,2,3

四、库仑定律 点电荷 !库仑定律 可以简化为点电荷的 条件：当带电体的形状和1785年，库仑从扭秤实验 大小与它们之间的距离相结果总结出了库仑定律 比可忽略时，这些带电体 可看作是点电荷。 帮 即：d=r 92 让美下觉返同速

上页 下页 返回 退出 点电荷 可以简化为点电荷的 条件:当带电体的形状和 大小与它们之间的距离相 比可忽略时，这些带电体 可看作是点电荷。 r q1 d q2 四、 库仑定律 库仑定律 1785年，库仑从扭秤实验 结果总结出了库仑定律 扭 秤 即： d = r

库仑定律 在真空中，两个静止点 单位制 电荷之间相互作用力与！ 有理化 这两个点电荷的电荷量 1 k= q1和q2的乘积成正比，i 4元80 而与这两个点电荷之间 的距离r2（或2)的平。=4k ≈8.8542×102( 方成反比，作用力的方 m) 向沿着这两个点电荷的i0为真空电容率，则真空中 连线，同号相斥，异号库仑定律数学形式： 相吸。 =k99:e, 1 4e,n=-万1 12 4π8012

上页 下页 返回 退出 库仑定律 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 q1和q2的乘积成正比， 而与这两个点电荷之间 的距离r12（或r21）的平 方成反比，作用力的方 向沿着这两个点电荷的 连线，同号相斥，异号 相吸。 1 2 12 12 2 12 r q q F k e r = 1 2 12 12 21 2 0 12 1 4π r q q F e F r = = −  π 0 4 1  k = 单位制 有理化 ( ) 12 2 0 2 1 8.8542 10 C 4πk N m − =     ε0为真空电容率，则真空中 库仑定律数学形式:

说明： 1.“静止”是指惯性系中相对于观察者静止。 2.适用于点电荷。 3.q1、2取代数值。 4.遵守牛顿第三定律。 静电力的叠加原理： 实验证明，当空间中有两个 以上的点电荷时，作用在某一 91 点电荷上的总静电力等于其它 各点电荷单独存在时对该点电 荷所施静电力的矢量和，这一 结论叫做静电力的叠加原理。 F=r+月=∑ q4元oe 4兀800i 让美子觉返同速

上页 下页 返回 退出 静电力的叠加原理： i i i i r r q q F F F 2 0 0 0 0 1 2 4π 1     = + =  F  2 q q1 q F2  F1  实验证明，当空间中有两个 以上的点电荷时，作用在某一 点电荷上的总静电力等于其它 各点电荷单独存在时对该点电 荷所施静电力的矢量和，这一 结论叫做静电力的叠加原理。 说明： 1.“静止”是指惯性系中相对于观察者静止。 2.适用于点电荷。 3.q1、q2取代数值。 4.遵守牛顿第三定律

例题7-1三个电荷量均为g的正负电荷，固定在一 边长a=1m的等边三角形的顶角（图a)上。另一 个电荷+Q在这三个电荷静电力作用下可沿其对称 轴(O-x)自由移动，求电荷+Q的平衡位置和所 受到的最大排斥力的位置。 1) a/2 (a) 上贰不觉返退此

上页 下页 返回 退出 例题7-1 三个电荷量均为q的正负电荷，固定在一 边长a=1m 的等边三角形的顶角（图a)上。 另一 个电荷+Q在这三个电荷静电力作用下可沿其对称 轴（O-x）自由移动，求电荷+Q的平衡位置和所 受到的最大排斥力的位置。 O －q q +Q q a r a/2 x y (a) 

解：如图b所示， y 正电荷Q受到-q的吸引力F 沿Ox轴负方向； /2 两个+q对它的排斥力F2和 F3的合力沿Ox正方向； 因此，作用在Q上的总合 力为 (b) F=2x- 99 Qq 式中-3 。cos0= 让美下觉返同速

上页 下页 返回 退出 F3 解：如图b所示， 2 0 2 0 4π cos 4π 2 x Qq r Qq F    =  − +Q O －q q q a r a/2 x y  (b) F1 F 2 式中 , 2 3 2 2 2 2          + −      = x a a r r x a 2 3 cos −  = 正电荷Q受到-q的吸引力F1 沿Ox轴负方向； 两个+q对它的排斥力F2和 F3的合力沿Ox正方向； 因此，作用在Q上的总合 力为