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第八章 静 电 场 本章主要学习静电学的有关知识，库仑定律是本章的基本规律。从电荷在电场中受力和电场力做功两个角度研究电厂的基本性质，得出电场强度、电势差和电势等基本概念。本章内容是学习电学必备的基础知识。 通过本章学习，应掌握库仑定律，知道点电荷、静电力常量的概念，理解库仑定律的含义及其公式表达式，并会进行有关的计算；知道电荷间的相互作用，理解电场强度的概念及其定义，会进行有关计算，知道电场强度的方向；知道什么是电场线，会用它表示电场的方向和强弱；知道一个点电荷、两个等量点电荷及匀强电场的电场线的分布，会用点电荷场强的计算式进行有关的计算；理解电势差的概念及其定义式 ，理解电势的概念，知道电势和电势差的关系 ，并会进行相关计算和应用。 第一节 库仑定律 电场强度 一．库仑定律 从初中物理我们已经知道，自然界中有两种电荷：正电荷和负电荷。同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。电荷的多少叫做电荷量。通常，正电荷的电荷量用正数表示，负电荷的电荷量用负数表示。 用摩擦的方法可以使物体带电，用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电荷，用毛皮摩擦过的硬橡胶棒带负电荷。我们分析摩擦起电的原因，在摩擦起电中，玻璃棒因失去电子而带正电，橡胶棒因得到电子而带负电。摩擦起电不能创造电荷，而是使物体中的正、负电荷分开，使电子从一个物体转移到另一个物体。 应用静电感应的方法也可以使物体带电。把电荷移近不带电的导体，可以使导体带电，这种现象叫做静电感应。利用静电感应不能够创造电荷，而是使物体中的正、负电荷分开，使电荷从物体的一部分转移到另一部分。事实证明，电荷既不能创造，也不能消灭，只能够从一个物体转移到另一个物体，或者从一个物体的一部分转移到另一个物体的一部分，再转移到过程中，电荷的总量保持不变。这个结论叫做电荷守恒定律。 电子和质子带有等量的异种电荷，其电荷量均为 ，电荷量 成为元电荷。实验证明，所有带电荷物体的电荷量或者等于电荷量 ，或者是电荷量的整倍数。因此，电荷量 ，称为元电荷。 人们经过许多实验，进一步精确地测定电荷量 。现在测得的元电荷的精确值为 通常可取作 电荷之间的相互作用力跟什么有关呢？实验证明，电荷之间的作用力随着电荷量的增大而增大，随着距离的增大而减小。 法国物理学家库仑，在1784 1785年间，用精密的实验研究了电荷间的相互作用力，并于1785年发现了下述规律。 真空中两个静止点电荷之间的相互作用力，跟它们所带电荷量的乘积成正比，跟它们距离的平方成反比，作用力的方向在它们的连线上。 这个规律叫做库仑定律。电荷间的这种作用力叫做静电力，又叫库仑力。库仑定律中所说的点电荷指的是什么呢？如果带电体间的距离比他们自身的大小大得多，以至带电体的形状和大小对相互作用力的影响可以忽略不计，这样的带电体就可以看做是点电荷。上面所说的点电荷，实际上是一个理想化模型。 如果用 、 表示两个点电荷的电荷量，用 表示它们之间的距离，用 表示它们之间的静电力，库仑定律可以写成 式中， k 是一个常数，叫做静电力衡量。在国际单位制中，电荷量的单位是库仑(C) ，距离的单位是米(M) ，力的单位是牛顿 (N) ，静电力恒量 。 应用库仑定律公式时，可以取电荷的绝对值来求力的大小。力的性质则由电荷的种类确定：如果是同种电荷， F是排斥力；如果是异种电荷， F 是吸引力。 库仑定律只适用于真空中点电荷作用力的计算。 库仑定律是电磁学的基本定律之一，库仑定律给出来的虽然是点电荷间的静电力，但是，任一带电体都可以看成是有许多点电荷组成的。所以，如果知道带电体上的电荷分布，根据库仑定律和力的合成法则就可以求出带电体间的静电力的大小和方向。 【例题8 – 1】 真空中有两个点电荷，电荷量分别为 和 ，它们相距20 cm 。求两电荷间的静电力。 解： 因为两电荷是异种电荷，所以电荷间的相互作用力是吸引力。 答：每个电荷都受到对方 的吸引力。 二、 电场 电场强度 1、电场 我们知道，力是物体对物体的相互作用，如弹力是两个物体必须互相接触的情况下，而两个带电体之间没有相互接触，也有相互作用的静电力发生，那么带电体到底通过什么发生相互作用呢？ 经过长期的科学实验和研究知道，在电荷的周围存在着一种特殊的物质，我们把这种物质就叫做电场。电荷和电场是不可分割的，只要有电荷，它的周空间就存在电场。静止电荷产生的电场叫做静电场。产生电场的电荷叫做场源电荷。电荷通过电场与其他电荷发生相互作用。 2、电场强度 电场的