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电荷和静电场
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§10-3 高斯定理
§10-1 电荷和库仑定律
第十章 电荷和静电场
§10-2 电场和电场强度
§10-4 电势及其与电场强度的关系
§10-5 静电场中的金属导体
§10-6 电容和电容器
§10-7 静电场中的电解质
§10-8 静电场的能量
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§10-1 电荷的量子化及电荷守恒定律
原子是电中性的?
自然界中有两种电荷：正电荷、负电荷。
一、电荷 (charge)
电荷量子化是个试验规律
试验证明微小粒子带电量的变化是不持续的，它只能是元电荷 e 的整数倍 , 即粒子的电荷是 量子化的：
Q = n e ; n = 1, 2 , 3,…
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§10-1 电荷的量子化及电荷守恒定律
一种与外界没有电荷互换的孤立系统，无论发生什么变化，整个系统的电荷总量(正、负电荷的代数和)必然保持不变。这个结论称为电荷守恒定律，它是物理学中具有普遍意义的定律之一，也是自然界普遍遵从的一种基本规律。它不仅合用于宏观现象和过程，也合用于微观现象和过程。
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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。现代试验成果证明电荷量子化具有相称高的精度。
在近代物理中发现强子(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。不过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，不过电量量子化的基本规律是不会变的。
在相对论中物质的质量会随其运动速率而变化，不过试验证明一切带电体的电量不因其运动而变化，电荷是相对论性不变量。
§10-1 电荷的量子化及电荷守恒定律
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①电荷只有两种，即正(+)电荷和负(－)电荷；
②电荷是量子化的，任何物体所带电荷的量不也许持续变化，只能一份一份地增长或减少，这种性质称为电荷的量子化。电荷的最小份额称为基本电荷，常用e表达；
③微观粒子所带电荷普遍存在一种对称性，即对于每一种带正电荷的微观粒子，无一例外地，必然存在与之相对应的、带等量负电荷的另一种微观粒子；
④遵从电荷守恒定律；
⑤电荷是相对论性不变量，即粒子所带电量与它的运动速率无关。
§10-1 电荷的量子化及电荷守恒定律
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二、库仑定律(Coulomb law)
在真空中两个相对于观测者静止的点电荷之间的互相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
库仑力满足牛顿第三定律
其中 为q1 指向q2 的矢量
设q2 受到 q1 的作用力为F12 则：
当q2 与q1 异号时, F12 与r12 方向相反
§10-1 电荷的量子化及电荷守恒定律
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是国际单位制中的比例系数
称为真空电容率或真空介电常量。
自然界存在四种力：强力、弱力、电磁力和万有引力, 把10-－15m的尺度上两个质子间的强力的强度规定为1, 其他各力的强度是：电磁力为10－2，弱力为10－9，万有引力为10－39。在原子、分子的构成以及固体和液体的凝聚等方面，库仑力都起着重要的作用。
§10-1 电荷的量子化及电荷守恒定律
只合用于描述两个相对于观测者为静止的点电荷之间的互相作用
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例1：三个点电荷q1=q2=×10-6C , Q=×10-6C ， 求q1 和 q2 对Q 的作用力。
q1
q2
Q
y
x
o
r1
r2
θ
Fx
F1
F2
Fy
§10-1 电荷的量子化及电荷守恒定律
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§10-1 电荷的量子化及电荷守恒定律
例2：两个相似的小球质量都是m，并带有等量同号电荷q，各用长为l的丝线悬挂于同一点。由于电荷的斥力作用，使小球处在图示的位置。假如θ角很小，试两个求小球的间距x为多少？
例3：两大小相同的球,质量均为m,并带相同的电荷q,一长度为l的丝线悬挂,如图所示,设θ较小, tgθ可以近似用sinθ表示,则平衡时两球分开的距离x约等于(其中 )
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