电磁学
人类很早就认识了磁现象和电现象。我国在战国末期就发现了磁铁矿
吸引铁的现象,在东汉初年就有带电的琥珀吸引轻小物体的文字记载。但
是,人类对电磁现象的系统研究却是在欧洲文艺复兴之后逐渐开展起来
的,到世纪才建立了完整的电磁学理论。
电磁学及其应用对人类的影响十分巨大。在电磁学研究的基础上发展
起来的电能的生产和利用,开辟了电气化的时代,是历史上的一次技术革
命。在当前出现的新技术中,起带头作用的是在电磁学研究的基础上发展
起来的微电子技术和电子计算机。它们被广泛应用于各种新技术领域,给
人类的生产和生活带来了深刻的变化。
从这一章开始,我们学习电磁学知识。
第一章电场
一、两种电荷电荷守恒定律
两种电荷在初中已经学过,用毛皮摩擦过的硬橡胶棒,用丝绸摩擦
过的玻璃棒,能吸引轻小物体,它们都带上了电荷。玻璃棒上带的电荷叫
正电荷,硬橡胶棒上带的电荷叫负电荷。自然界只存在两种电荷,而且同
种电荷互相排斥,异种电荷互相吸引。
如图甲所示,让验电器带上适量正电荷,这时验电器的金属箔张
开。如果用带正电的玻璃棒接触验电器的金属球,把正电荷传给验电器,
金属箔张开的角度就变大图乙;如果用带负电的硬橡胶棒接触验电
器的金属球,把负电荷传给验电器,金属箔张开的角度就变小图丙。
可见,同种电荷放在一起互相增强,异种电荷放在一起互相减弱或抵消。
等量的异种电荷完全互相抵消的现象叫做中和。通常,正电荷的电量用正
数来表示,负电荷的电量用负数来表示。
静电感应电荷守恒在摩擦起电中,一个物体失去一些电子而带正
电,同时另一个物体得到这些电子而带等
量的负电。摩擦起电并不是创造了电荷,只是电荷从一个物体转移到
另一个物体。摩擦可以使物体带电,感应也可以使物体带电。
取一对用绝缘柱支持的金属导体和, 和彼此接触。起初和
上贴的金属箔是闭合的,表示它们没有带电。把另一个带正电的金属球
移近导体,这时、上的金属箔都张开了,表示它们都带了电图
甲。实验表明,靠近的导体带的电荷与异号,远离的导体带的
电荷与同号。这种现象叫做静电感应。
静电感应也是使物体中的电荷分开。当我们把带正电的导体移近导
体时,导体里的自由电子被吸引过来,因此导体和分别带上异种电荷。
如果先把和分开,然后移去,则发现和仍带有电荷图乙。
如果让和重新接触,则发生中和, 和呈现不带电的状态,说明
和所带的异种电荷是等量的。静电感应也不是创造了电荷,只是电荷从
物体的一部分转移到另一部分。
大量事实说明:电荷既不能创造,也不能被消灭,它们只能从一个物.......................
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..........................。这个结论叫
做电荷守恒定律。它是物理学中重要的基本定律之一。
二、库仑定律
电荷之间有相互作用,同种电荷互相排斥,异种电荷互相吸引。电荷
间作用力的大小跟什么有关系呢?
把一个带正电的物体放在处,然后把一个挂在丝线下端的带正电的
小球先后挂在、、等位置图。带电小球受到电力的大小,可
以通过丝线对竖直方向的偏角大小显示出来。偏角越大,表示小球受的电
力越大。实验表明,带电小球在、、各点受到的电力依次减小。可
见电荷之间的作用力随着距离的增大而减小。
增大丝线下端带电小球的电量,在同一个位置,小球受到的电力也增
大。可见电荷之间的作用力随着电量的增大而增大。
法国物理学家库仑~ 用实验研究了电荷间相互作用的电
力,于年发现了后来用他的名字命名的定律。这个定律表述如下:
在真空中两个点电荷间相互作用的电力跟它们的电量的乘积成正比,
跟它们间的距离的平方成反比,作用力的方向在它们的连线上。这就是库
仑定律。电荷间这种相互作用的电力叫做静电力或库仑力。
点电荷是指这样一些电荷,其带电体间的距离比它们的大小大得多,
以致带电体的形状和大小对相互作用力的影响可忽略不计,这样的带电体
就可以看成点电荷。
如果用、表示两个点电荷的电量,用表示它们间的距离,用
表示它们间的静电力,库仑定律就可以写成下面的公式:
Q Q
F = k 1 2
r 2
式中是比例恒量,叫做静电力常量。
在国际单位制中,电量的单位是我们在初中学过的库仑,简称库,国
际符号是。如果上面公式中的物理量都用国际单位制的单位,即力的单
位用牛,距离的单位用米,电量的单位用库,由实验得出= × 牛·米
/库。
库仑定律不仅在真空中适用,在其他介质如空气、油、玻璃等中也
同样适用,只是在不同的介质中值不同。空气中的值与真空中的值
相差不多,因此计算空气中的点电荷间的
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