说 明 《高级中学课本物理第二册(必修)》是在《高级中学课本物理(乙 种本)下册》和《高级中学课本物理下册》的基础上由人民教育出版社 物理室修订的,供高中二年级使用. 这次修订是在《高级中学课本物理第二册(必修)》的基础上,根 据国家教育委员会 1994 年发出的进行的.这次修订中,对书中的一些物理量的名称和物理 量的单位,根据《中华人民共和国国家标准 GB3100～3102-93 量和单位》 以及全国自然科学名词审定委员会公布的《物理学名词(基础物理学部 分)》做了必要的修改. 请广大师生和教学研究人员在使用过程中对本书提出宝贵意见.
第一章 电场 人类很早就认识了磁现象和电现象.例如,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才 逐渐开展起来的,到 19 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.在电磁学研究基础上发展 起来的电能的生产和利用,是历史上的一次技术革命,是人类改造世界 能力的飞跃,打开了电气化时代的大门. 工农业生产,交通,通讯,国防,科学研究和日常生活,都离不开 电.在当前出现的新技术中,起带头作用的是在电磁学研究基础上发展 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.为了正确地利用电,就必须懂 得电的知识,我们在初中学过一些电的初步知识,现在再进一步较深入 地学习.
一,电荷间的相互作用 电荷间的相互作用 我们已经知道自然界的电荷只有两种,即正电 荷和负电荷.用绸子摩擦过的玻璃棒所带的电荷是正电荷;用毛皮摩擦 过的硬橡胶棒所带的电荷是负电荷.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.但是,电荷间作用力的大小跟什么有关系 呢 下面我们通过实验来研究这个问题. 先把一个带正电的物体放在 A 处,然后把一个挂在丝线下端的带正 电的小球,先后挂在 P1 ,P2 ,P3 等位置(图 1-1).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.实验表明,带电小球在 P1 ,P2 ,P3 各点受到的电力依次减小.所以, 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.所以,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(1736～1806),用精确的实验研究了静止的点 电荷间的相互作用力,于 1785 年发现了后来用他的名字命名的定律. 真正的点电荷是不存在的,但是,如果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以忽略不计 时,这样的带电体就可以看成是点电荷.点电荷是一种理想化的模型. 库仑实验的结果是:在真空中两个点电荷间的作用力跟它们的电 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.电荷间的这种作用力叫做静电力, 又叫做库仑力. 如果用 Q1 ,Q2 表示两个点电荷的电量,用 r 表示它们间的距离,用 F 表示它们间的静电力,库仑定律就可以写成下面的公式: QlQ F= k 2 2 . r 式中 k 是比例常量,叫做静电力常量. 在国际单位制中,电量的单位就是我们在初中学过的库仑,简称库, 符号是 C.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 k=9.0×109 N·2 /C2 . m 元电荷 我们知道,电子带有最小的负电荷,质子带有最小的正电 荷,它们的电量的绝对值相等.一个电子的电量 e=-1.60×10-19 C. 所有的实验还指出,任何带电的粒子,所带电量或者等于电子或质子的
电量,或者是它们的电量的整数倍1.因此,人们自 ① 60 年代以来,在高能物理的研究中提出了一个设想,认为质子, 中子等粒子是由更基本的层子(或夸克)组成的,层子所带电量是元电 荷的 1/3 或 2/3.但是,人们一直还没有在实验中观察到层子.然地把 1.60×10-19 库叫做元电荷. 科学家在研究原子, 原子核以及基本粒子中, 为了方便,常常用元电荷作为电量的单位. [例题] 在真空中有两个相距 0.3m 的点电荷,带的电量分别是+1× -8 C 和-2×10-8 C.求两个电荷间的静电力. 10 在题目中,用"+""-"号来表示电荷的正负.但是在应用库仑定 律求电荷间的相互作用力的大小时,只用它们的绝对值进行计算就可以 了. Q 1Q 2 9.0×10 9 ×10 8 ×2 ×10 8 解:F = k 2 = N r 0.32 -5 = 2 ×10 N. 由于两个电荷是异种的,所以它们间的静电力是引力. 练习一 (1)真空中有两个点电荷,它们间的静电力为 F.如果保持它们间 的距离不变,将其中之一的电量增大为原来的 2 倍,它们之间作用力的 大小等于 [ ] ①F; ②2F; F ③ ; 2 F ④ . 4 (2)真空中有两个点电荷,它们间的静电力为 F,如果保持它们所 带的电量不变,将它们之间的距离增大为原来的 2 倍,它们之间作用力 的大小等于 [ ] ①F; ②2F; F ③ ; 2 F ④ . 4 (3)真空中有两个点电荷,带的电量分别是+4.0×10-9 C 和-2.0× 10-9 C,相距 10cm.每个电荷受到的静电力有多大,是引力还是斥力 (4)原子核的半径大约为 10-14 m,假定核中两个质子相距这么远, 其间的静电力大约有多大

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