1-1 电荷和库仑定律.pdfVIP

§1-1 电荷和库仑定律 一、电荷(charge) 1. 两种电荷：即正(+) 电荷和负(−) 电荷 摩擦起电 用丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷为正电荷； 用毛皮摩擦过的硬橡胶棒所带的电荷为负电荷。 质子所带电荷来规定正电荷，用电子所带电荷来 规定负电荷。 电荷之间的作用性质: 同性相斥，异性相吸。 2. 电荷守恒定律 在一个与外界没有电荷交换的孤立系统内，任一时 刻存在于系统中的正、负电荷的代数和始终保持不变。 该定律的要点： 电荷的代数和不变性: 孤立系统中正、负电荷各自 的量可能发生变化，但其代数和恒保持不变。例如， 正、负电子相遇转化为两个光子。高能光子经过另一 粒子附近时可能转换为正、负电子对。 电荷的相对论不变性: 孤立系统内带电体的电量， 与其运动状态无关。在不同参考系内进行观察，系统 总电量保持不变。 电荷守恒定律对宏观过程和微观过程均适用。 3. 电荷的量子化 （物体所带剩余电荷的总量） 1906～1917年，密立根 （R.A. Millikan )用油滴 法测定了电子电荷，发现微小粒子带电量的变化 是不连续的，只能一份一份地增加或减少，电荷 的最小份额称为基本电荷e 。任何带电体电荷量只 能是e的整数倍，即粒子的电荷是量子化的。 Q = n e ; n = ±1, ±2 , ±3,… 2002年e的推荐值为：e =1.602 17653 × 10-19 C 自然界中的微观粒子有几百种,其中带电粒子 所具有的电荷数均为+e 或-e 的整数倍。因此电 荷量子化是普遍的量子化规律。 在近代物理中提出强子(如质子、中子、介子等)是 由夸克(quark)构成的，夸克所带电量为e的 ± 1/3或 ±2/3 。但是到目前为止还没有发现以自由状态存在的 夸克。电量的最小单元不排除会有新的结论，但是电 量量子化的基本规律是不会变的。 上夸克+2/3 e ，下夸克-1/3 e ，奇夸克-1/3 e ，粲夸 克+2/3 e ，底夸克-1/3 e ，顶夸克+2/3 e 。 二、库仑定律(Coulomb law) 电荷最基本的性质是电荷之间的相互作用， 库仑定律是1785年，库仑从扭称实验总结出的点 电荷之间相互作用所遵从的基本规律。 1. 扭称实验（1785年） 球 属 金 A B 平衡球 θ 金属球A 2. 点电荷模型 a) 带电体可看作为点电荷是有条件的 即：当 r12 d时，带电体可以视为点电荷 当带电体自身的大小与带电体之间的距离 相比很小时，可看作点电荷。点电荷是对实际 情况的抽象，是一种理想化的模型。 对于有限分布带电体，可以看作无限多点电 荷的集合 3. 库仑定律 在真空中两个相对于观察者静止的点电荷之间的相互 作用力的大小与它们所带电量的乘积成正比，与它们之间 距离的平方成反比，方向沿两电荷的连线，同号相斥，异 号相吸。  F 12  设q 受到q 的作用力为 则： + q2 2 1 F12 