61库伦定律静电力叠加原理.docx

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61库伦定律静电力叠加原理

6.1库伦定律静电力叠加原理

龟磁现象是普遍存在的自然现象之一，以“电磁运动

及其相互作用规律”为研究对象的电磁学是物理学的

重要组成部分。

通过对电磁现象研究，人们认识到物

质不但能以实物的形式存在，而且还能以场的形式存

夢电磁学理论的形成是物理学史上的一次大综合

库仑定律:

电荷与电荷间的相互作用

（磁极与磁极间的相互作用）

奥斯特的发现：

电流的磁效应，安培发现电流与电流I间的相互作用规律.

I法拉第的电磁感应定律：

电磁一体人麦克斯韦电磁场统一理论（19世纪中叶）

赫兹在实验中证实电磁波的存在，光是电磁波.k术上的重要意义：

发电机、电动机、无线电技术觀1

早期，人们通过毛皮与琥珀的摩擦和对自然界闪电的观察发现了电相互作用现象.对电的定量研究则始于库仑定律.

第6章静电场

4

•沦,?

'（.<3&:

/

^.1.1电荷

经其他物体摩擦过的物体所具有的吸引轻小物体的性质表明物体带了电。

实验表明，自然界中只存在两种电荷：

正电荷（如：

丝绸摩擦过的玻璃棒所带电荷）负电荷（如：

毛皮摩擦过的硬橡胶棒所带电荷）同种电荷互相排斥，异种电荷互相吸引。

正常情况下，每个原子核所包含的电子数和质子数相等，物体对外呈电中性，通过摩擦、感应可使物体（局部）带电。

B.1.1电荷

物体能够产生电磁现象归因于物体所带的电荷以及电荷的运动。

当物质处于电中性时，质子数=电子数，当物质的电子过多或过少时，物质就带有电。

物体带电的本质是两种物体间发生了电子的转移。

即一物体

定义:

单位:

失去电子带正电，另一物体得到电子带负电。

物体所带电荷的多少叫作电量。

库仑（C）——注意不是国际单位制的

基本单位

"电荷的量子化

实验证明，在自然界中，任何带电体的电量只可能是某一基本单元的整数值。

DN

yr~

j.j.汤姆生静电偏转管

1897年J・J.汤姆孙测量了阴极射线粒子的电荷与质量之比，发现了电子；1913年R.A.密立根通过油滴实验得出带电体的电荷：

油滴

/•••/

望远镜

+k••号远镜

电池

油滴

密立根油滴实验装置示意图

q=±ne（n=1,2,3,A）电子电荷幺=1.602x1

■6.1库伦定律静电力叠加原理

莎电荷的量子化

电荷的这种只能取离散的、不连续的量值的性质，叫作电荷的量子化。

本章所涉及的带电体的电荷往往是基本电&荷的许多倍，这时只从总体效果上认为电荷是［连续地分布在带电体上的，而忽略了电荷量子1化引起的起伏。

%荷守恒定律

假如一个系统中有两个电中性的物体，由于某些原因，使得一些电子从一个物体移动到了另一个物体上，则前者带正电，后者带负电，但两物体正负电荷的代数和仍为零。

I内容：

不管系统中的电荷如何迁移，系统的电荷I的代数和保持不变。

说明：

电荷守恒定律是自然界的基本守恒定律之

无论在宏观领域，还是在微观领域都是成立的。

直

■6.1库伦定律静电力叠加原理

髯荷守恒定律

关于电荷

I4.

一个电荷的电量与它的运动状态无关，即系统所

1.电荷不能脱离其电场而单独存在;

带电荷与参考系的选取无关O

库仑定律

库仑（C.A.Coulomb1736-1806）

法国物理学家，1785

年通过扭秤实验创立库

仑定律，使电磁学的研

究从定性进入定量阶段.电荷的单位库仑以他的

姓氏命名.

6.1库伦定律静电力叠加原理^6-1-2库仑定律

1、点电荷

点电荷是一个理想化的物理模型，当两个带电体本身的线度比它们之间的距离小得很多时，带电体可近似地当作点电荷，I即不考虑其大小和形状。

2

1

1k

、

2、库仑定律（CoulombLaw）

1785年，法国物理学家库仑利用扭秤实验直接测量了两个带电球体之间的作用力。

库仑在实验的基础上，提出了两点电荷之间相互作用的规|律，即库仑定律：

I库仑定律：

在真空中，两个静止的点电荷之

I间的相互作用力，其大小与点电荷电量的乘积成1正比，与两点电荷之间距离的平方成反比，作用I力在两点电荷之间的连线上，同号电荷互相排斥,■异号电荷互相吸引。

I6.1库伦定律静电力叠加原理

2、库仑定律（CoulombLaw）

假设两点电荷的电量分别为％、q2,由电荷qi指向电荷q?

的位置矢量为r，则电荷q2受到电荷如的作用力（又称库仑力）：

岸=1徑罗

4兀&0r2r

m3§2

A-----J

f6.1库伦定律静电力叠加原理

2、库仑定律（CoulombLaw）

管—1也y

4兀£。

F2r

壬为由电荷4指向电荷92的位置矢量的单位矢量

%=8.85X10_12C2・・nT?

为真空电容率

承=丄警哥

4ti£0r

大小:

方向:

F二14么

4兀£。

r2

G和么同号相斥，异号相吸.

Qi

库仑定律是一实验定律，其精确性已经受了各种检验，它在原子尺度内也

是适用的,可正确描述电子与原子核间的作用力，而且对于原子结合成分子,原子、分子聚合成固体、液体的力也可给出正确说明.

吵库仑定律

电荷之间相互作用力

万有引力定律

厅有引力

化丄忖

4疗勺r

系数：

=-^—^9.0xl09Nm2C~2

4砂。

方向：

同性电荷相斥，

异性电希相吸。

£一mMrF=—Gpe「

引力常量：

G=6.6726xl0_11Nm2-kg-2

方向：

相互吸引

吟例在氢原子内，电子和质子的间距为5.3xl0-nm.求它们之间电相互作用和万有引力，并比较它们的大小.解阻=9.1x10"kge=1.6x10_19C

竺=2.27xlCp9%

mp=1.67xl0_27kgG=6.67xlO_11N-m2•kg~2代=」一：

=8.2xlO」N]

4兀勺r

\mm的

^=G^^=3.6x1047N丿

=2.27xl039

微观粒子领域：

与静电力相比,万有引力完全可以忽略。

而在宏观领域,尤其是大质量天体之间的作用,则是万有引力起主导作用。

例如：

地球质量：

m=5.98x1024kg地球电量：

旷105C

■6.1库伦定律静电力叠加原理

^■1.3静电力叠加原理

库仑定律只讨论两个静止点电荷之间的作用力,

当考虑两个以上的静止点电荷之间的作用时，就必须

补充另一个实验事实：

两个点电荷之间的作用力并不,因第三个点电荷的存在而有所改变。

因此两个以上的

点电荷对一个点电荷的作用力等于各个点电荷单独存i在时对该点电荷的作用力的矢量和。

这一结论叫静电1力叠加原理。

■■6.1库伦定律静电力叠加原理

^-1.3静电力叠加原理

对于由兀个点电荷组成的电荷系41、込、…、qn,它们对另一个点电荷％的静电力，由静电力叠加原理得：

（6-3）

务，询表示从电荷Qz•指向％的矢量乙o的单位矢量。

①

如图6-2，在也角坐标系的原点（0,0）及离原点0.52m的工轴上（0.52,

0）点处和离原点0.3m的》轴上（（）,（）・3）点处分别放置q、=5（）卩（—2=—86曲心65卩C的点电荷。

求作用在q3上合力的大小和方向。

解0.32+0,522=0.62q3受0的作用力臨的大小为

=9.0XIO?

x（65X10：

F£0X10r=325（N）

如图6-2，在也角坐标系的原点（0,0）及离原点0.52m的工轴上（0.52,

0）点处和离原点0.3m的》轴上（（）,（）・3）点处分别放置q、=5（）卩（—2=—86/山心65yC的点电荷。

求作用在q3上合力的大小和方向。

=FnJ+F畑j=325JN如受72的作用力儿3的大小为

140CN）

=9.0X1（）9X

（65XIL）X（86X1（厂6）

（0.6严

23

F2：

uz+F23yj=F23cos30/—F23sin30j

（12IZ-70；）N