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同学好
这一节我们讲库仑定律
1785年库仑利用扭秤实验发现了
电荷之间的反平方力规律
这个规律在中学都学过
现在看到的是这个规律的文字叙述
我们也可以用公式表示出来
这是库仑定律的数学表示
这里1/4πε_0
就是中学公式中的比例系数k
ε0是真空介电常数
是有量纲的量
公式里面的量取国际单位
比如力是牛顿 距离是米
电荷的国际单位是库仑
这是一个很大的单位
国际单位制 单位一般都比较大
比如库仑这个单位就很大
多大呢
我们知道雷雨天 雷电惊天动地
但一次雷击
云层到地只有10库仑左右的电量转移
库仑定律中可以学到什么呢
首先是库仑力很强
我们知道物体通常都是电中性的
这其实是因为电力太强的缘故
只要有裸露的电荷
强大的电力很快就
会吸引异号电荷过来
变成电中性物体
那么电力有多强呢
我们可以跟万有引力作个比较
我们考虑一个氢原子
质子带正电 电子带负电荷
它们之间的库仑力和万有引力之比
很容易利用刚才的库仑定律
和万有引力定律估算
计算结果是
电力是万有引力的 10的39次方倍
这个差别太大了
所以通常有电力的情况
万有引力都可以忽略
库仑定律是一个实验规律
库仑利用这个扭秤实验
发现了这个规律
但在他之前
富兰克林从金属筒内壁不带电荷的事实中
也曾推测出这个反平方律
卡文迪许等其他人
其实也都猜到了反平方律
但库仑做了这个实验
库仑在做实验的时候
我相信他也是有方向的
他可能也大概猜测这个是反平方律
不然以当时的实验精度
不大容易单纯从数据中
直接发现反平方律
另外这个规律是
关于两个点电荷之间的相互作用力
点电荷跟质点一样
当然是一个理想模型
如果带电体不是点电荷
那我们不能直接用库仑定律
计算它们之间的力
但假如带电体的线度
比起它们之间的距离
小很多的时候
可以把它们近似看作是点电荷
然后利用库仑定律
近似的计算它们之间的力
对于点电荷
不管距离多远或多近
库仑定律总是适用吗
物理规律一般是有适用范围的
库仑定律呢
研究结果表明
库仑定律的适用范围非常宽泛
在微观尺度
即使是原子核内部
库仑定律依然是适用的
原子核多大呢
大概只有1个费米左右
1个费米等于10的负13次方厘米
距离比这个小很多
我们仍然相信库仑定律还是成立的
那么以此为基础呢
人们就做实验研究电子结构
发现电子在10的负20次方米以内
还没有存在结构的迹象
也就是说
电子可能就是一个没有大小的一个点
这当然是比较难理解的一个事实
另一方面
如果距离很大
大到宇观尺度如何呢
这个没有直接的实验
不过大家倾向于认为那个时候
库仑定律仍然是适用的
库仑定律还有一个很重要的特性就是
电力叠加原理
库仑定律中
两个点电荷之间的相互作用力
跟其它电荷存不存在没有关系
它是两体力
两个电荷之间的力
独立于其它电荷
有没有其它的电荷存在
都不会影响它们之间的力
所以假如一个电荷
受到其它多个电荷作用的时候呢
总的受力是
把每个电荷单独作用的力
加起来就可以了
当然是要矢量叠加
好 这节内容就讲到这儿
谢谢
-电荷和库仑定律
--引言
--电荷
--库仑定律
-WEEK1--电荷和库仑定律
-电场及叠加原理,电偶极子
--电场和电场强度
-WEEK1--电场及叠加原理,电偶极子
-高斯定律
--电通量
--立体角*
--高斯定律的证明*
--高斯定律和电场线
--高斯定律的应用
-WEEK1--高斯定律
-WEEK1--本周作业
-静电场环路定理、电势和叠加原理
--环路定理
--电势和叠加原理
--电势梯度
--等势面
-WEEK2--静电场环路定理、电势和叠加原理
-静电能
--电荷系静电能
-WEEK2--静电能
-导体静电平衡
--物质中电场
--导体静电平衡
-WEEK2--导体静电平衡
-WEEK2--本周作业
-导体周围电场
-WEEK3--导体周围电场
-静电屏蔽
--导体壳与静电屏蔽
-WEEK3--静电屏蔽
-电容及电容器
--电容及电容器
-WEEK3--电容及电容器
-电介质
--介质对电场的影响
-WEEK3--电介质
-极化强度矢量,极化电荷
--极化强度
--极化电荷
-WEEK3--极化强度矢量,极化电荷
-WEEK3--本周作业
-极化规律、电位移矢量
--电介质的极化规律
-WEEK4--极化规律、电位移矢量
-有介质时静电场能量
-WEEK4--有介质时静电场能量
-电流密度、稳恒电流和稳恒电场
--电流密度
-WEEK4--电流密度、稳恒电流和稳恒电场
-电动势、欧姆定律的微分形式及基尔霍夫定律
--电动势
--欧姆定律
--欧姆定律(续)
-WEEK4--电动势、欧姆定律的微分形式及基尔霍夫定律
-电流微观图像和暂态过程
--电流微观图像
-WEEK4--电流微观图像和暂态过程
-本周作业
--week4--本周作业
-洛仑兹力、磁感应强度
--电流磁效应
--磁场和磁感应强度
-WEEK5--洛仑兹力、磁感应强度
-毕-萨-拉定律、磁场叠加原理和磁场高斯定理
--毕-萨-拉定律
--磁场高斯定律
-WEEK5--毕-萨-拉定律、磁场叠加原理和磁场高斯定理
-静磁场环路定理
-WEEK5--静磁场环路定理
-安培力和霍尔效应
--霍尔效应
--安培力
-WEEK5--安培力和霍尔效应
-WEEK5--本周作业
-载流线圈在均匀磁场中受的磁力矩、磁矩
-WEEK6--载流线圈在均匀磁场中受的磁力矩、磁矩
-磁介质对磁场的影响和原子磁矩
--磁场中的磁介质
--原子的磁矩
-WEEK6--磁介质对磁场的影响和原子磁矩
-磁化强度矢量、磁化电流和磁场强度H及其环路定理
--磁介质的磁化
--磁化电流
-WEEK6--磁化强度矢量、磁化电流和磁场强度H及其环路定理
-WEEK6--本周作业
-铁磁介质和简单磁路
--磁场的界面关系
--铁磁性材料
-WEEK7--铁磁介质和简单磁路
-法拉第电磁感应定律
-WEEK7--法拉第电磁感应定律
-动生电动势和感生电动势、感生电场和涡流
--动生电动势
--涡电流
-WEEK7--动生电动势和感生电动势、感生电场和涡流
-自感和互感
--自感
--互感
-WEEK7--自感和互感
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-暂态过程和磁场能量
--磁场的能量
-磁场和电场的相对性
-位移电流和麦克斯韦方程组
--麦克斯韦方程组
-WEEK8--位移电流和麦克斯韦方程组
-电磁波、坡因廷矢量和光压
--电磁波
--坡印廷矢量
--电磁波的动量
--光压——辐射压强
-本周作业
--week8--本周作业
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--波动光学——引言
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--光的干涉
--双缝干涉
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--光源的发光特性
--时间相干性
--空间相干性
-WEEK9--光源及发光性质
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--光程
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-WEEK9--光程、等倾和等厚干涉
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--迈克耳逊干涉仪
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--单缝夫琅禾费衍射
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--薛定谔方程
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