第一章 电场的基本规律2012.pdf

本章内容： 1．1 电荷 1．2 库仑定律 1．3 电场与电场强度 1．4 静电场的高斯定理 1．5 静电场的环路定理 第一章 电场的基本规律 1．1 电荷 1 两种电荷 人们发现：毛皮摩擦过的虎珀能够吸引羽毛、头发等轻小物体。此外，还有玻璃棒、硬橡 胶棒及水晶等质心些物体也都具有这种吸引轻小物体的性质。物体具有这种吸引轻小物体的性 质，就说该物体带有了电荷，带电物体称为带电体。 (a) A negatively charged rubber rod suspended by a thread is attrcted to a posituvely charged glass rod. (b) A negatively charged rubber rod is repelled by another negatively charged rubber rod. 实验表明，自然界中存在两种不同性质的电荷，称为正电荷和负电荷；同种电荷之间存在 着相互排斥力，而异种电荷之间存在着相互吸引力。 2 ，电荷守恒 摩擦起电和静电感应的实验表明，电荷既不能被创造，也不能被消灭，它们只能从一个物 体转移到另一个物体，或者从物体的一个部分转移到另一个部分，也即在任何物理过程中，电 荷的代数和是守恒的。这是一个从实验上总结出的一个规律性，叫做电荷守恒定律。 3，导体、绝缘体和半导体 根据大量的实验，按照电荷在物体中是否容易转移或传导，可以把物体分为两类：（1）电 荷能够从产生的地方迅速转移或传导到其他部分的物体，叫做导体，如：金属、石墨、电解液 等；（2 ）电荷几乎只能停留在产生的地方的物体，叫做绝缘体，如：玻璃、橡胶、陶瓷等。另 外，还有许多导电能力介于导体和绝缘体之间，而且对温度、光照、杂质、压力、电磁场等外 加条件极为敏感的物体，称为半导体。 4 ，电荷的量子化 至今，我们所能测定的一切带电体（主要是基本粒子）所带的电量都精确地等于e ，而且， 自然界任何带电物体所带的电荷，不论其来源如何，其电量Q 都可以表示为 Q ne 式中n 是正或负的整数。它表明，任何实际存在的电荷，都只能取一系列不连续的值，不能任 意取值。通常我们称电荷的这种特性为电荷的量子化，而把电荷的基本单元e 称为电荷的量子。 （电荷的度量单位后面再讲） 1．2 Coulomb 定律 1．2 ．1Coulomb 定律 实验表明：真空中两个静止的点电荷之间的相互作用力与这两个点电荷所带电量的乘积成 正比，与它们之间的距离的平方成反比，作用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。 用数学式表达为 q q 1 2 ˆ F K r 12 2 12 r ˆ 式中F 表示电荷q 给q 的力， 代表由q 到q 方向的单位矢量。 r 12 1 2 12 1 2 Coulombs torsion balance, used to establish the inverse-square law for the electric force between two charges. r