电荷的量子化电荷守恒定律.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,5,1,电荷的量子化 电荷守恒定律,一、电荷的量子化,1,、电荷,摩擦起电,：,用木块摩擦过的琥珀能吸引碎草等轻小物体的现象许多物体经过毛皮或丝绸等摩擦后，都能够吸引轻小的物体人们,就说它们带了电,，或者,说它们有了电荷,当物质处于电中性时，质子数中子数,当物质的电子过多或过少时，物质就带有电荷,电子过多时,物体带负电,电子过少时,物体带正电,电量的定义：,物体所带电荷的多少叫作电量单位：库仑,(C),2,、,电荷量子化,1913,年，密立根用液滴法从实验中测出所有电子都具有相同的电荷，而且带电体的电荷是电子电荷的整数倍电子电量,e,带电体电量,q=ne,n,=1,2,3,.,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,电子的电荷,e,称为,基元电荷,，或,电荷的量子,1986,年国际推荐值,近似值,3,、电荷的相对论不变性：,在不同的参照系内观察，同一个带电粒子的电量不变电荷的这一性质叫做,电荷的相对论不变性,说明：,电荷守恒定律适用于一切宏观和微观过程,(,例如核反应和基本粒子过程,),，是物理学中普遍的基本定律之一。

二、,电荷守恒定律,内容：,在孤立系统中，不管系统中的电荷如何迁移，系统的电荷的代数和保持不变5-2,库仑定律,库仑,(Charlse-Augustin de Coulomb 1736 1806),法国物理学家,1773,年提出的计算物体上应力和应变分布情况的方法，是结构工程的理论基础1779,年对摩擦力进行分析，提出有关润滑剂的科学理论17851789,年，用扭秤测量静电力和磁力，导出著名的库仑定律他还通过对滚动和滑动摩擦的实验研究，得出摩擦定律库仑定律内容,在真空中，两个静止的,点电荷,之间的相互作用力，其大小与点电荷电量的乘积成正比，与两点电荷之间距离的平方成反比，作用力在两点电荷之间的连线上，同号电荷互相排斥，异号电荷互相吸引表示单位矢量,是国际单位制中的比例系数,真空电容率,库仑力满足牛顿第三定律,实验表明，库仑力满足,线性叠加原理,，即不因第三者的存在而改变两者之间的相互作用库仑力的叠加原理：,例：,在氢原子中，电子与质子之间的距离约为,5.310,-11,m,，求它们之间的库仑力与万有引力，并比较它们的大小解：氢原子核与电子可看作点电荷,万有引力为,两值比较,结论：库仑力比万有引力大得多，所以在原子中，作用在电子上的力，主要是电场力，万有引力完全可以忽略不计。

5-3,电场强度,一、静电场,1,、电场的概念,电荷之间的相互作用是通过电场传递的，或者说电荷周围存在有,电场,在该电场的任何带电体，都受到电场的作用力，这就是所谓的,近距作用,2,、电场的物质性,给电场中的带电体施以,力,的作用当带电体在电场中移动时，电场力作功；表明电场具有,能量,变化的电场以光速在空间传播，,表明电场具有,动量表明电场具有动量、能量，体现了它的物质性,.,3,、静电场,静止电荷产生的场叫做,静电场,电荷 电场 电荷,二、电场强度,1,、试验电荷,线度足够小，小到可以看成点电荷；,电量足够小，小到把它放入电场中后，原来的电场几乎没有什么变化2,、实验,在静止的电荷,Q,周围的静电场中，放入试验电荷,q,0,，讨论试验电荷,q,0,的受力情况F,与,r,有关，而且还与试验电荷,q,0,有关场源电荷,试验电荷,3,、电场强度,试验电荷将受到源电荷的作用力与试验电荷电量的比值,F/q,0,则与试验电荷无关，可以反映电场本身的性质，用这个物理量作为描写电场的场量，称为,电场强度,（简称场强）电场中某点的电场强度在数值上等于位于该点的单位正试验电荷所受的电场力,电场强度的方向与电场力的方向一致（当,q,0,为正值时）。

单位：,N.C,-1,或,V.m,-1,电场强度是电场的属性，与试验电荷的存在与否无关，并不因无试验电荷而不存在，只是由试验电荷反映4,、电场力,电荷,q,在电场,E,中的电场力,当,q,0,时，电场力方向与电场强度方向相同；,当,q,0,，,电场强度,E,与,e,r,同向,Q,r,0,时，,x,2,-,r,0,2,/4,x,2,在电偶极子轴线延长线上任意点的电场强度的大小与电偶极子的电偶极矩大小成正比，与电偶极子中心到该点的距离的三次方成反比；电场强度的方向与电偶极矩的方向相同2,）,轴线中垂线上一点的电场强度,.,+,-,.,.,+,-,.,当,y,r,0,时，,y,2,+,r,0,2,/4,y,2,电偶极子中垂线上距离中心较远处一点的场强，与电偶极子的电矩成正比，与该点离中心的距离的三次方成反比，方向电矩方向相反由对称性有,解,例,1,正电荷 均匀分布在半径为 的圆环上,.,计算在环的轴线上任一点 的电场强度,.,讨 论,（,1,）,（点电荷电场强度）,（,2,）,（,3,）,例,2,均匀带电薄圆盘轴线上的电场强度,.,有一半径为,电荷均匀分布的薄圆盘,其电荷面密度为,.,求通过盘心且垂直盘面的轴线上任意一点处的电场强度,.,解,由例,（点电荷电场强度）,讨 论,无限大均匀带电平面的电场强度,带电直线场强,例,均匀带电直线的场强,y,d,y,sin,q,cos,d,E,r,2,0,e,4,p,1,l,d,y,x,d,E,y,d,E,d,E,d,E,q,q,l,d,线元 带电,d,y,d,y,在 点产生元场强为,P,换元,d,y,d,q,ctg,2,tg,a,r,a,y,sin,(,),p,q,sin,q,(,),p,q,tg,q,r,y,a,2,sin,q,2,a,2,csc,q,2,a,q,d,y,a,csc,q,2,d,q,d,E,0,e,4,p,1,l,a,2,csc,q,2,0,e,4,p,1,a,l,a,csc,q,2,d,q,d,q,得,E,？,Y,X,O,a,1,q,2,q,电荷线密度,l,A,B,L,d,E,y,d,E,x,d,E,r,q,p,q,P,续,16,Y,X,O,例,均匀带电直线的场强,r,A,B,1,q,L,y,a,d,E,x,d,E,y,d,E,2,q,d,y,q,p,q,P,sin,q,cos,d,E,r,2,0,e,4,p,1,l,d,y,x,d,E,y,d,E,d,E,d,E,q,q,l,d,线元 带电,d,y,d,y,在 点产生元场强为,P,电荷线密度,l,换元,d,y,d,q,ctg,2,tg,a,r,a,y,sin,(,),p,q,sin,q,(,),p,q,tg,q,r,y,a,2,sin,q,2,a,2,csc,q,2,a,q,d,y,a,csc,q,2,d,q,d,E,0,e,4,p,1,l,a,2,csc,q,2,0,e,4,p,1,a,l,a,csc,q,2,d,q,d,q,得,d,E,0,e,4,p,1,a,l,d,q,得,sin,x,d,E,x,E,0,e,4,p,a,l,1,q,2,q,q,d,q,cos,0,e,4,p,a,l,1,q,2,q,(,),cos,y,d,E,0,e,4,p,a,l,1,q,2,q,q,d,q,y,E,cos,0,e,4,p,a,l,1,q,2,q,(,),sin,sin,续,17,Y,X,O,例,均匀带电直线的场强,r,A,B,1,q,L,y,a,d,E,x,d,E,y,d,E,2,q,d,y,q,p,q,P,sin,q,cos,d,E,r,2,0,e,4,p,1,l,d,y,x,d,E,y,d,E,d,E,d,E,q,q,l,d,线元 带电,d,y,d,y,在 点产生元场强为,P,电荷线密度,l,换元,d,y,d,q,ctg,2,tg,a,r,a,y,sin,(,),p,q,sin,q,(,),p,q,tg,q,r,y,a,2,sin,q,2,a,2,csc,q,2,a,q,d,y,a,csc,q,2,d,q,d,E,0,e,4,p,1,l,a,2,csc,q,2,0,e,4,p,1,a,l,a,csc,q,2,d,q,d,q,得,d,E,0,e,4,p,1,a,l,d,q,得,sin,x,d,E,x,E,0,e,4,p,a,l,1,q,2,q,q,d,q,cos,0,e,4,p,a,l,1,q,2,q,(,),cos,y,d,E,0,e,4,p,a,l,1,q,2,q,q,d,q,y,E,cos,0,e,4,p,a,l,1,q,2,q,(,),sin,sin,x,E,cos,0,e,4,p,a,l,1,q,2,q,(,),cos,y,E,0,e,4,p,a,l,1,q,2,q,(,),sin,sin,j,i,x,E,+,E,y,E,E,2,x,E,+,y,E,2,若,L,为无限长,0,1,q,2,q,p,E,x,E,0,e,p,a,l,2,两个常用公式,注意前述两个推导结果,*,“无限长”均匀带电直线的场强,E,l,0,e,p,a,2,电荷线密度,l,a,P,E,为负时,l,E,反向,*,E,E,s,电荷面密度,s,“无限大”均匀带电平面的场强,s,2,e,0,E,为负时,E,反向,s,带电球面场强,E,？,R,电荷面密度,s,O,r,例,均匀带电球面的场强,球面在 点的场强,P,球面上各环带元在 点的元场强的矢量和,P,E,x,(,),4,2,3,p,e,0,q,+,2,a,x,2,运用带电圆环轴上场强公式,a,某环带半径,sin,q,环带宽,d,q,环带面积为,2,p,d,s,a,a,d,q,2,sin,q,d,q,2,p,R,R,R,R,对应于本题为,E,d,(,),2,3,4,p,e,0,+,2,a,x,2,d,q,x,总电量,q,4,p,2,R,s,环带带电量,s,d,q,d,s,s,2,sin,q,d,q,2,p,R,2,1,q,sin,q,d,q,2,p,e,0,8,cos,q,(,),r,R,q,sin,q,d,q,sin,q,2,R,2,+,cos,q,(,),r,R,2,3,d,q,R,l,d,q,q,O,a,a,x,E,d,P,续,25,带电球面场强,E,？,R,电荷面密度,s,O,r,例,均匀带电球面的场强,球面在 点的场强,P,球面上各环带元在 点的元场强的矢量和,P,E,x,(,),4,2,3,p,e,0,q,+,2,a,x,2,运用带电圆环轴上场强公式,a,某环带半径,sin,q,环带宽,d,q,环带面积为,2,p,d,s,a,a,d,q,2,sin,q,d,q,2,p,R,R,R,R,环带带电量,s,d,q,d,s,对应于本题为,E,d,(,),2,3,4,p,e,0,+,2,a,x,2,d,q,x,q,d,q,O,a,a,x,E,d,P,总电量,q,4,p,2,R,s,s,2,sin,q,d,q,2,p,R,2,1,q,sin,q,d,q,l,d,q,R,2,p,e,0,8,cos,q,(,),r,R,q,sin,q,d,q,sin,q,2,R,2,+,cos,q,(,),r,R,2,3,2,p,e,0,8,cos,q,(,),r,R,q,sin,q,d,q,sin,q,2,R,2,+,cos,q,(,),r,R,2,3,E,d,为积分方便换元,d,q,l,d,Q,2,R,+,2,r,2,cos,q,(,),r,R,p,e,0,8,cos,q,(,),r,R,q,sin,q,d,q,2,3,由,P,O,Q,l,2,R,+,2,r,2,cos,q,(,),r,R,1,2,l,d,得,2,R,+,2,r,2,cos,q,(,),r,R,r,R,sin,q,d,q,E,d,E,2,2,(,),p,e,0,8,q,R,r,r,R,+,+,r,r,1,r,R,2,l,2,l,r,R,l,2,d,l,1,6,p,e,0,R,r,2,q,R,r,r,R,+,+,2,r,R,2,l,2,l,2,d,l,1,6,p,e,0,R,r,2,q,l,2,r,R,2。