1、电荷 电荷守恒
(1)电荷
①自然界中只存在两种电荷
自然界中只存在两种电荷:正电荷,负电荷。
同种电荷互相排斥,异种电荷互相吸引。
②电荷量
电荷的多少,叫做电荷量。
单位:库仑,简称库,符号是C。
1C=1A·s。
通常正电荷的电荷量用正数表示,负电荷的电荷量用负数表示。
③使物体带电的方法及其实质
a.摩擦起电
用摩擦的方法可以使物体带电。
摩擦起电的实质:不是创造了电荷,而是使自由电子从一个物体转移到另一个物体。
b.静电感应
静电感应的实质:不是创造了电荷,而是使电荷从物体的一部分转移到另一部分。
(2)电荷守恒定律
使物体带电,不是创造了电荷,而是使物体中的正、负电荷分开。
电荷既不能创造,也不能消灭,只能从一个物体转移到另一个物体,或者从物体的一部分转移到另一部分,在转移的过程中,电荷的总量不变,这个结论叫做电荷守恒定律。
电荷守恒定律是物理学中重要的基本定律之一。
2、元电荷
(1)元电荷
电子和质子带有等量的异种电荷,电荷量e=1.60×10-19C,经过大量实验证明,所有带电体的电荷量或者等于电荷量e或者是电荷量e的整数倍。
电子(或质子)的电荷量e,叫做元电荷。
e的这个数值最早是美国科学家密立根用实验测得的。
(2)比荷
电荷量Q与质量m之比,叫电荷的比荷。
电子电荷量e和电子质量me之比,叫电子的比荷。它也是一个常用的物理常量。
me(e)=1.76×1011C/kg
3、库仑定律
(1)点电荷
实际的带电体都有一定的大小和形状,带电体的大小、形状及电荷的分布等因素都会影响电荷间的作用力。在中学物理中,在一定条件下,可不考虑这些因素的影响,这时将带电体看作点电荷。
把带电体处理为点电荷的条件:当带电体的大小、形状及电荷的分布对相互作用力没有影响或影响可忽略不计时,可将带电体看作点电荷。
点电荷将实际的带电体抽象成一个带电的点,是一种理想模型,实际上是不存在的。在实际情况中,带电体能否看作点电荷须具体问题具体分析,不能只从带电体本身的大小或带电量的多少来判断。任一带电体都可看成是由许多点电荷组成的。
点电荷的概念类似质点的概念。
当带电体的线度比起相互作用的距离小很多,不考虑大小和电荷的具体分布时,带电体可视为点电荷。
(2)库仑定律
①内容
真空中两个点电荷之间相互作用的力 ,跟它们的电荷量的乘积成正比,跟它们的距离的二次方成反比,作用力的方向在它们的连线上。
这个规律叫做库仑定律。电荷间这种相互作用的电力,叫做静电力或库仑力。
②公式
如果用Q1和Q2表示两个点电荷的电荷量,用r表示它们之间的距离,用F表示它们之间的相互作用力,则库仑定律的公式如下:
F=kr2(Q1Q2)
式中的k是个常量,叫做静电力常量。F、Q1、Q2,r均取国际单位,由实验测得:k=9.0×109N·m2/C2。
③方向
作用力的方向在它们的连线上,再根据同性相斥,异性相吸进一步确定。
④说明
a.适用条件:真空(干燥的空气)、点电荷;
b.计算时可以Q1、Q2仅取电荷量的绝对值,方向再判断。
c.各物理量均取国际制单位。
d.如果点电荷不止两个,点电荷受到的电力等于各点电荷独立作用时所受各力的矢量和。
e.在库仑定律中,当r→0时,两个电荷间的作用力F→∞,这是没有物理意义的。因为这时的两个带电体已不能看作点电荷,不能直接用库仑定律来计算它们之间的相互作用力。