大学物理静电场知识结构和例题.pptx

上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出二、二、电荷守恒定律电荷守恒定律 物物质质由由原原子子组组成成，原原子子由由原原子子核核和和核核外外电电子子组组成成，原原子子核核又又由由中中子子和和质质子子组组成成。中中子子不不带带电电，质质子子带带正正电电，电电子子带带负负电电。质质子子数数和和电电子子数数相相等等，原原子子呈呈电电中中性性。由由大大量量原原子子构构成成的的物物体体也也就就处处于于电中性状态，对外不显示电性。电中性状态，对外不显示电性。物质的电结构理论物质的电结构理论上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出起电的实质起电的实质所谓起电，实际上是通过某种作用，使物体内电所谓起电，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。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，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。失去电子的物体带正电。上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出电荷守恒定律电荷守恒定律 实验证明，实验证明，在一个与外界没有电荷交换的系内在一个与外界没有电荷交换的系内,无无论经过怎样的物理过程，系统正、负电荷量的代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。数和总是保持不变。如如：正正正正电电电电子子子子上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出 宏观带电体的带电量宏观带电体的带电量qe，准连续，准连续 夸克模型夸克模型 e=1.6021019C C，为一个电子所带电荷量，为一个电子所带电荷量三、三、电荷量子化电荷量子化电荷量只能取分立的、不连续量值的性质，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。称为电荷的量子化。Q=Ne N=1,2,31,2,3上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出点电荷点电荷 可以简化为点电荷的可以简化为点电荷的条件条件:当带电体的形状和当带电体的形状和大小与它们之间的距离相大小与它们之间的距离相比可忽略时，这些带电体比可忽略时，这些带电体可看作是点电荷。可看作是点电荷。rq1dq2四、四、库仑定律库仑定律库仑定律库仑定律17851785年，库仑从扭秤实验结年，库仑从扭秤实验结果总结出了库仑定律果总结出了库仑定律扭扭秤秤即：即：上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出库仑定律库仑定律 在真空中，两个静止点在真空中，两个静止点电荷之间相互作用力与电荷之间相互作用力与这两个点电荷的电荷量这两个点电荷的电荷量q1 1和和q2 2的乘积成正比，的乘积成正比，而与这两个点电荷之间而与这两个点电荷之间的距离的距离r1212（或（或r2121）的平）的平方成反比，作用力的方方成反比，作用力的方向沿着这两个点电荷的向沿着这两个点电荷的连线，同号相斥，异号连线，同号相斥，异号相吸。相吸。单位制单位制单位制单位制有理化有理化有理化有理化0 0为真空电容率，则真空中为真空电容率，则真空中库仑定律数学形式库仑定律数学形式:上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出静电力的叠加原理：静电力的叠加原理：1Fr 实验证明，当空间中有两个以实验证明，当空间中有两个以上的点电荷时，作用在某一点上的点电荷时，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，这一结所施静电力的矢量和，这一结论叫做静电力的叠加原理。论叫做静电力的叠加原理。说明：说明：1.“1.“静止静止”是指惯性系中相对于观察者静止。是指惯性系中相对于观察者静止。2.2.适用于点电荷。适用于点电荷。3.3.q1、q2取代数值。取代数值。4.4.遵守牛顿第三定律。遵守牛顿第三定律。上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出例例题题7-17-1 三三个个电电荷荷量量均均为为q的的正正负负电电荷荷，固固定定在在一一边边长长a=1m 的的等等边边三三角角形形的的顶顶角角（图图a)上上。另另一一个个电电荷荷+Q在在这这三三个个电电荷荷静静电电力力作作用用下下可可沿沿其其对对称称轴轴（O-x）自自由由移移动动，求求电电荷荷+Q的的平平衡衡位位置置和和所所受受到的最大排斥力的位置。到的最大排斥力的位置。Oqq+Qqara/2xy(a)上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出F3解：解：如图如图b所示，所示，+QOqqqara/2xy(b)F1F F2 2式中式中正电荷正电荷Q受到受到-q的吸引力的吸引力F1 1沿沿Ox轴负方向；轴负方向；两个两个+q对它的排斥力对它的排斥力F2 2和和F3 3的合力沿的合力沿Ox正方向；正方向；因此，作用在因此，作用在Q上的总合上的总合力为力为上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出则令令可求得可求得Q受到零作用力的位置。受到零作用力的位置。可求得可求得Q受到最大排斥力的位置。受到最大排斥力的位置。再令再令上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出例例题题7-27-2 按按量量子子理理论论，在在氢氢原原子子中中，核核外外电电子子快快速速地地运运动动着着，并并以以一一定定的的概概率率出出现现在在原原子子核核(质质子子)的的周周围围各各处处，在在基基态态下下，电电子子在在半半径径r0.529100.52910-10-10的的球球面面附附近近出出现现的的概概率率最最大大.试试计计算算在在基基态态下下,氢氢原原子子内内电电子子和和质质子子之之间间的的静静电电力力和和万万有有引引力力,并并比比较较两两者者的的大大小。引力常数为小。引力常数为G=6.6710=6.6710-11-11Nm2/kg2。解解:按库仑定律计算按库仑定律计算,电子和质子之间的静电力为电子和质子之间的静电力为应用万有引力定律应用万有引力定律,电子和质子之间的万有引力为电子和质子之间的万有引力为上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出 可可见见在在原原子子中中,电电子子和和质质子子之之间间的的静静电电力力远远比比万万有有引引力力大大。由由此此,在在处处理理电电子子和和质质子子之之间间的的相相互互作用时作用时,只需考虑静电力只需考虑静电力,万有引力可以略去不计。万有引力可以略去不计。自然界存在的几种静电力：自然界存在的几种静电力：原子结合成分子的结合力；原子结合成分子的结合力；原子、分子结合形成液体或者固体时的结合力；原子、分子结合形成液体或者固体时的结合力；化学反应和生物过程中的结合力（化学反应和生物过程中的结合力（DNA分子分子 双螺双螺 旋结构的形成）旋结构的形成）。由此得静电力与万有引力的比值为由此得静电力与万有引力的比值为