电荷及其守恒定律、库仑定律

  【知识要点】
　　
　　一、两种电荷
　　1、电荷的分类：
　　用丝绸或毛皮摩擦过的玻璃、硬橡胶棒都能吸引轻小物体，这表明它们在摩擦后进入一种特别的状态。处于这种状态的物体叫做带电体，并说它们带有电荷。

　　实验发现，自然界的电荷分为两种类型：正电荷和负电荷。正负电荷的定义是1747年美国的科学家富兰克林(B.Franklin)定义的，他把丝绸摩擦过的玻璃棒所带电叫做正电荷，把毛皮摩擦过的橡胶棒所带的电荷叫负电荷。

　　电荷的多少叫电荷量，国际单位制中，电量的单位是库仑（C）。电量是标量，有大小和符号。正电荷的电荷量为正值，负电荷的电荷量为负值。

　　【说明】按通常的理解，带电体是指处于带电状态的物体，电荷是指带电体的一种属性，而电量则是电荷的定量测度。但这三个词往往被不加区别地使用，其中电荷一词用的最广。比如说"一个带电体带有若干正电荷"，这种说法把带电体和电荷明确地加以区分，而"一个带有若干电量的负电荷"中的电荷则是指带电体本身。在很多情况下，电荷和电量又互为同义词。

　　2、两种电荷之间相互作用：同种电荷相斥，异种电荷相吸。

　　二、起电方式：
　　一切物体都含有大量带电粒子，但由于在任何一种物质中，正负电荷在通常情况下都能精确平衡，使物体带电就是破坏这种平衡，使正电荷数不等于负电荷数。

　　1、接触起电：电荷在物体间的转移

　　2、摩擦起电（用电子论解释）：
　　（1）电子既不能被创生也不能被消灭，只能在物体之间转移，∴摩擦起电是电子转移的过程。

　　（2）物质是由原子构成的，原子内部有原子核，原子核内部有带正电的质子和不带电的中子。由于质子被束缚在原子核内，很难发生移动，移动的总是围绕原子核运动的外层电子，因此，摩擦起电的过程是电子转移的过程，是负电荷转移的过程。

　　（3）摩擦起电的本质是得失电子。

　　3、感应起电
　　（1）定义：当一个带电体接近一个不带电的物体时，在远离带电体的一端出现与带电同种性质的电荷，在靠近带电体的一端出现等量的异种电荷，这种现象叫静电感应现象，这种起电方式叫感应起电。

　　如图，由于同种电荷互相排斥、异种电荷互相吸引，所以靠近带电体C的一端A出现负电荷，远离带电体C的一端B出现正电荷。分开A和B，则A、B两导体分别带上负电荷与正电荷，从而成为带电体。

　　（2）感应起电不是创造了电荷，而是使物体中的正负电荷分开，使电荷从物体的一部分转移到另-部分。即感应起电的本质是电荷在物体中的重新分布。

　　三、电荷守恒定律：
　　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，电荷的总量保持不变。

　　四、元电荷与点电荷

　　1、元电荷
　　迄今为止，科学实验发现电子带有最小的负电荷，质子带有最小的正电荷，它们电量的绝对值相等，任何带电体的电量都等于电子或质子电量的整数倍，就是说电量是不能连续变化的物理量。所以把这个最小的电荷量叫做元电荷，用e表示。一个电子电量为-e，质子电量为e。
　　
　　电荷量e的数值最早是由美国科学家密立根（1868-1953）用实验测得的．在密立根实验之后，人们又做了许多实验，进一步精确地测定电荷量e．现在测得的元电荷的精确值为，通常可取作。
　　
　　在研究原子核及基本粒子时，元电荷常作为电量的单位。
　　
　　2、比荷：电子的电荷量和质量的比值，叫做比荷。

　　 　　　　电子的比荷为。

　　3、点电荷

　　当带电体的线度远远小于带电体之间的距离，以致带电体的形状和大小对其相互作用力的影响可以忽略不计，这样的带电体就可以看作带电的点，叫做点电荷。

　　【说明】点电荷为理想化的模型，真正的点电荷是不存在的。同质点、单摆一样，点电荷只是为了讨论问题的方便而引入的理想模型，是一种科学的抽象。

　　五、库仑定律：
　　1、电荷间的作用力跟电荷间的距离关系
　　库仑利用扭秤使两个小球带同种电荷之后，使两个小球相距36°、18°、8.5°时，结果悬丝分别转过36°、144°、576°角度。库仑已经得出了悬丝作用力与悬丝扭转角成正比。这一系列数据表明，当带电体间距为时，作用力为1:4:16，由此得出了作用力F∝

　　2、跟带电体所带电量间的关系
　　在库仑研究电荷相互作用力时，还没有关于电量的定义。库仑巧妙地根据对称性的思想，使完全相同的金属球相互接触的办法，得到各种不同组分的电荷，从而得出了相互作用力跟两电荷电量乘积成正比的结论，即：F∝Q₁Q₂

　　3、库仑定律
　　综合上述结果，即可得到：真空中两个点电荷间的相互作用力跟它们电量的乘积成正比，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，即，改写为等式。

　　其中，Q₁、Q₂为两个电荷的电量，r为两个电荷中心的距离。k为静电力恒量，它的数值由选取的单位决定。由实验测得，当式中各物理量都取国际单位制时，k=9.0×10⁹N·m²/C²。即真空中两个电量均为1C的点电荷相距1m时它们之间的静电力大小为9.0×10⁹N，相当于9.0×10⁸kg的物体的重力。由此我们可以看出，电量的单位“库仑”是一个非常大的单位。

　　【说明】①电荷间的作用力叫静电力，也叫库仑力。同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。

　　②适用条件：仅适用于真空中的两个点电荷或可看成点电荷的带电体。