第一节 库仑定律

第一次课： 2学时

1 题目： §5.1 库仑定律

§5.2 电场强度

2 目的： 1）会计算几种典型的带电体的场强 2）建立电场能量的概念 一、引入课题：

在十九世纪后半叶，物理学中引人了新的革命性的观点，它与旧的机械观不同，法拉第、麦克思韦、赫兹的成就使现代物理学得以发展，也极大的推动了现代科学技术的发展。这个新概念就是“场”。场的概念是力的概念延伸与发展，场可以通过力的效应来认识。电磁场是矢量场。 电磁学研究内容

(1)电磁现象的基本概念和基本规律

电荷、电流产生电场、磁场的规律， 电场和磁场的相互联系， 电磁场对电荷、电流的作用， 电磁场对物质的各种效应。

(2)处理电磁学问题的基本观点和方法。 〃电磁学内容：静电学 恒定电流 恒定电流的磁场 电磁感应 电磁场与电磁波 二、讲授新课：

第五章 静电场

§5.1 库仑定律

一、电荷量子化 1.电荷

摩擦起电和雷电使人们对电有了最早的认识，自然界有正电荷和负电荷两种电荷，它们同号相斥、异号相吸。

1

电量：物体带电荷数量的多少 单位：库仑 C

2.电荷量子化

在自然界中，电荷总是以基本单元的整数倍出现，近代物理把电荷的这种不连续性称为电荷的量子化。

q?nen??1,?2,?3,? e=1.602?10-19库仑，为电子电量

夸克模型

12 强子的夸克模型具有分数电荷（ 或 电子电荷） 但实验上尚未

33直接证明。

宏观带电体的带电量q??e，准连续。 二、电荷守恒定律

正负电荷的代数和在任何物理过程中始终保持不变，这一规律称为电荷守恒定律。

（自然界的基本守恒定律之一）

三、真空中的库仑定律 1.点电荷模型

可以简化为点电荷的条件:

d?r观察点

r P

d

2.库仑定律

1785年，法国库仑（C.A.Coulomb) 适用于点电荷

?F21q1?rq2?F12 2

在真空中，两个静止点电荷之间相互作用力与这两个点电荷的电荷量的乘

积成正比，而与这两个点电荷之间的距离的平方成反比，作用力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。

?F21q1?rq2?F12?q1q2?F?k2r0r SI制

k?8.98755?109N?m2?C?2

库仑定律说明： 1.单位制有理化

k?F?14??0 -1

?0=8.85?10-12C2·m-2 ·N

1q1q24π?0r2?0为真空电容率） （

2.与万有引力的比较与启示

例8-1 按量子理论，在氢原子中，核外电子快速地运动着，并以一定的概率出现在原子核（质子〕的周围各处，在基态下，电子在半径ｒ＝0.529×10-10ｍ的球面附近出现的概率最大。试计算在基态下，氢原子内电子和质子之间的静电力和万有引力，并比较两者的大小。引力常数为G=6.67×10-11N﹒m2/kg2。

解: 按库仑定律计算，电子和质子之间的静电力为

?192e2??N1.60?109F?2＝8.89?10??84??r0?0.529?10?10?2＝8.22?10N

1

应用万有引力定律， 电子和质子之间的万有引力为

mmF?G122r?6.67?10??119.11?10?31?1.67?10?27?0.529?10??102N?3.63?10?47N3

由此得静电力与万有引力的比值为

Fe?2.26?1039Fg 可见在原子中，电子和质子之间的静电力远比万有引力大，由此，在处理

电子和质子之间的相互作用时，只需考虑静电力，万有引力可以略去不计。

例8-2 设原子核中的两个质子相距4.0×10-15m，求此两个质子之间的静电力。 解: 两个质子之间的静电力是斥力，它的大小按库仑定律计算为

Fe?14??0??19q1q291.6?10?9.0?10r24.0?10?15????22?14N 可见，在原子核内质子间的斥力是很大的。质子之所以能结合在一起组成原子核，是由于核内除了有这种斥力外还存在着远比斥力为强的引力缘故。

_____

核力的

4

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