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第五章 真空中的静电场第一节 电荷、库仑定律一、电荷电子具有电荷191.6021910e C -=-⨯(库仑)，质子具有电荷191.6021910p C e -=⨯，中子不带电。
物理学对电荷的认识可概括为：(1) 电荷和质量一样，是基本粒子的固有属性； (2) 电荷有两种：正电荷和负电荷，一切基本粒子只可能具有电子或质子所具有电荷的整数倍；(3) 电荷具有守恒性；(4) 电荷之间的相互作用，是通过电场作媒质传递的。
不同质料物体相摩擦后，每个物体有若干电子脱离原子束缚，进入到对方物体中去，双方失去电子数目不一样，一个净获得电子，一个净失去电子，这就是摩擦起电。
核反应中，电荷也是守恒的，例如用α粒子42He 去轰击氮核147N ，结果生成178O 和质子11H1441717281N +He O H →+反应前后，电荷总数皆为9e 。
根据(2)，电荷电场电荷，质量引力场质量。
在电解液中，自由电荷是酸碱盐溶质分子离解成的正、负离子；在电离的气体中，自由电荷也是正、负离子，不过负离子往往就是电子；在超导中，传导电流的粒子是电子对(库珀对)，还可能是极化子、双极化子、孤子等。
从微观上去看，电荷是分立的，宏观上来看，其最小变化量与宏观粒子系统的总电荷量比较完全可被当作无穷小处理。
所以宏观小微观大的带电体，电荷的连续性与分立性得到了统一。
二、库仑定律123014q q F r r πε=或122014r q q F e r πε= 0ε为真空电容率(vacuum permittivity)，其数值为()()1222122208.85418781810/8.8510/C N m C N m ε--=⨯⋅≈⨯⋅介质中的库仑力12314q q F r rπε=0r εεε=是电介质的介电常数，r ε是相对介电常数。
电介质中作用力比真空中小，是因为介质极化后，在点电荷周围出现了束缚电荷。
它削弱了原点电荷之间的作用。
三、叠加原理实验表明，如果同时存在多个点电荷相互作用，则任意两个点电荷之间的相互作用，并不因为第三个电荷的存在而改变，即作用在一个电荷上的力，等于其他每一个电荷单独对该点电荷的库仑作用力的矢量之和，这个规律称为叠加原理。
真空中的静电场一、教学目标1. 了解静电场的基本概念，掌握电场强度、电势和电势差等基本物理量。
2. 学习静电场的叠加原理，理解高斯定律及其应用。
3. 掌握静电场的能量和能量密度，了解静电场的几种常见分布。
4. 能够运用所学知识分析解决实际问题，提高学生的科学素养。
二、教学内容1. 静电场的基本概念电场强度电势电势差2. 静电场的叠加原理场强的叠加电势的叠加3. 高斯定律高斯定律的表述应用高斯定律求解电荷分布4. 静电场的能量和能量密度静电场的能量能量密度5. 静电场的几种常见分布均匀电场非均匀电场点电荷电场线性电场三、教学方法1. 采用讲授法，系统地介绍静电场的基本概念、叠加原理、高斯定律、能量和能量密度以及常见分布。
2. 利用多媒体动画和图片，直观地展示静电场的现象，增强学生的理解。
3. 结合实际例子，让学生学会分析解决实际问题。
4. 布置适量练习题，巩固所学知识。
四、教学环境1. 教室环境舒适，通风良好。
2. 教学设备：计算机、投影仪、黑板、粉笔。
3. 教材、教案、练习题等相关教学资源。
五、教学评价1. 课堂表现：观察学生在课堂上的参与程度、提问回答等情况，了解学生的学习状态。
2. 练习题：检查学生对静电场基本概念、叠加原理、高斯定律、能量和能量密度的掌握程度。
3. 课后反馈：收集学生对教学内容的意见和建议，不断改进教学方法。
4. 期中考试：评估学生在静电场部分的知识水平和应用能力。
六、教学内容6. 静电场中的电势能和势能曲线静电势能的概念势能曲线的绘制与分析静电力做功与势能变化的关系7. 静电场的能量与能量守恒静电场的能量表达式能量守恒在静电场中的应用静电场的能量与电场强度、电势的关系8. 电场线与等势面电场线的定义与性质等势面的概念与绘制电场线与等势面的关系及其在静电场中的应用9. 静电场的边界条件狄拉克原理边界条件的数学表达应用边界条件解静电场问题10. 静电场的数值计算方法有限差分法有限元法蒙特卡洛法数值计算方法在静电场中的应用实例七、教学方法1. 采用案例分析法，深入讲解静电场中的电势能和势能曲线，让学生理解静电力做功与势能变化的关系。
