5-大學(xué)物理講稿（第5章真空中的靜電場(chǎng)）

1、1第5章真空中的靜電場(chǎng)真空中的靜電場(chǎng)5.1物質(zhì)的電結(jié)構(gòu)物質(zhì)的電結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)證明自然界中存在兩種電荷分別稱為正電荷和負(fù)電荷.它們之間存在相互作用力同種電荷相互排斥異種電荷相互吸引.物體所帶電荷的多少稱為電量用q或Q表示電量的單位取庫侖（C）.實(shí)驗(yàn)還表明在自然界中存在著最小的電荷基本單元e任何帶電體所帶的電量只能是這個(gè)基本單元的整數(shù)倍即(5.1))(?21????nneQ電荷的這一特性稱為電荷的量子性.實(shí)驗(yàn)測(cè)得這基本單元的電量為(5.2)).(

2、)(.CCe19191060211049602177331?????、、、由于e的量值非常小在宏觀現(xiàn)象中不易觀察到電荷的量子性常將電量Q看成是可以連續(xù)變化的物理量它在帶電體上的分布也看成是連續(xù)的.由物質(zhì)的電結(jié)構(gòu)可知原子中一個(gè)電子帶一個(gè)單位負(fù)電荷一個(gè)質(zhì)子帶一個(gè)單位正電荷其量值就是原子失去電子帶正電原子得到電子帶負(fù)Ce19106021???.電.隨著人們對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)1964年蓋爾曼（MGellMann）等人提出了夸克模型認(rèn)為夸克粒子是物

3、質(zhì)結(jié)構(gòu)的基本單元強(qiáng)子（質(zhì)子、中子等）是由夸克組成的而不同類型的夸克帶有不同的電量分別為或.截止1995年核e31?e32?子的6個(gè)夸克已全部被實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)可靠的依據(jù)也證明了分?jǐn)?shù)電荷的存在.但到目前為止還沒有發(fā)現(xiàn)自由狀態(tài)存在的夸克.我們已經(jīng)知道在正常情況下物體不帶電呈電中性即物體上正、負(fù)電荷的代數(shù)和為零.當(dāng)物體呈帶電狀態(tài)時(shí)是由于電子轉(zhuǎn)移或電子重新分配的結(jié)果在電子轉(zhuǎn)移或重新分配的過程中正、負(fù)電荷的代數(shù)和并不改變.大量實(shí)驗(yàn)表明把參與相互作用的幾個(gè)

4、物體或粒子作為一個(gè)系統(tǒng)若整個(gè)系統(tǒng)與外界沒有電荷交換則不管在系統(tǒng)中發(fā)生什么變化過程整個(gè)系統(tǒng)電荷量的代數(shù)和將始終保持不變.這一結(jié)論稱為電荷守恒定律它是自然界中一條基本定律.實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)一切宏觀的、微觀的物理的、化學(xué)的、生物的等過程都遵守電荷守恒定律.3的相互作用這種靜止電荷的作用力稱為靜電力（或庫侖力）.空氣對(duì)電荷之間的作用影響較小可看成是真空.例題5.1三個(gè)點(diǎn)電荷和Q所處的位置如圖5.2所示它們所帶的電21qq、量分別為，.求對(duì)Q的作用力.

5、Cqq6211002????.CQ61004???.21qq、解：本問題一般是先利用庫侖定律求出分別對(duì)Q的作用力F21qq、和F然后求出它們的合力.由本問題的對(duì)稱性可知F和F的y分量大小相等方向相反因而互相抵消.Q所受之合力方向沿x21qq、軸正向.由庫侖定律得對(duì)Q的作用1q力大小為N290403010041002109984226692101......?????????????rQqFN2305040290....cos?????F