中国科学技术大学《电磁学》 第一章真空中的静电场 作者:叶邦角 第一章真空中的静电场
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中国科学技术大学《电磁学》 第一章真空中的静电场 作者:叶邦角 §1-1电荷守恒 一、电荷是什么? 1.电荷 (1)摩擦起电 经摩擦后的物体具有吸引轻小物体的性质,这时物体带了电,有了电荷,该物体称带电体。任何物体本身都有电荷,只不过正负 电荷的数量相等。 Electon fransfer 图1-1摩擦起电 (2)两种电荷 实验表明 用毛皮摩擦过的橡胶棒之间相互排斥 用丝绸摩擦过的玻璃棒之间相互排斥 用毛皮摩擦过的橡胶棒与用丝绸摩擦过的玻璃棒之间相互吸引 1747年,美国科学家富兰克林,在室温下丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷称为正电荷:毛皮摩擦过的橡胶棒所带的电荷称为 负电荷;自然界只有两种电荷:正电荷和负电荷
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中国科学技术大学《电磁学》 第一章真空中的静电场 作者:叶邦角 图1-2美国科学家富兰克林 二、电荷的糟点 1.电荷的性质 同种电荷相斥;异种电荷相吸。 2.电量 电量:物体所带电荷的数量。 测量电量的仪器:验电器,静电计。 电子的电量:e=1601892(46)×10"℃
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中国科学技术大学《电磁学》 第一章真空中的静电场 作者:叶邦角 图1-3验电器 3.电子的发现及其电荷测量 1891年,英国斯通尼:电的自然单位取名为“ electron” l897年,汤姆逊门 Thomson)发现电子,并用荷质比测量了阴极射线粒子的荷质比: ≈10~3×107 荣获1906年荣获诺贝尔物理学奖
Ё⾥ᄺᡔᴃᄺlj⬉⺕ᄺNJ ϔゴ ⳳぎЁⱘ䴭⬉എ 㗙˖䙺㾦 4 1-3 偠⬉఼ 3. ⬉ᄤⱘথ⦄ঞ݊⬉㥋⌟䞣 1891 ᑈˈ㣅ᮃ䗮ሐ˖⬉ⱘ㞾✊ऩԡপৡЎĀelectronā 1897 ᑈˈ∸ྚ䗞(J.J.Thomson)থ⦄⬉ᄤˈᑊ⫼㥋䋼↨⌟䞣њ䰈ᵕᇘ㒓㉦ᄤⱘ㥋䋼↨˖ 7 7 ≈ 10 ~ 3×10 m e 㤷㦋 1906 ᑈ㤷㦋䇎䋱ᇨ⠽⧚ᄺ༪DŽ
中国科学技术大学《电磁学》 第一章真空中的静电场 作者:叶邦角 图14电子的发现者-汤姆逊( U. Thomson) 1898年,斯托克斯测量电荷的最小单位是 e=5×100静电单位 190651908年,美国密立根用油滴实验,测定电荷的最小单位是 4.6×10静电单位 密立根( RA. Milliken)由此荣获1923年诺贝尔奖
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中国科学技术大学《电磁学》 第一章真空中的静电场 作者:叶邦角 图1-5美国物理学家密立根( RA.Milliken) 4.点电荷: (1)电子是点电荷 实验证实,电子的电荷集中在半径小于101m的小体积内。因此,电子被当成是一个无内部结构而有有限质量和电 荷的“点”。通过高能电子束散射实验测出的质子和中子内部的电荷分布分别如图16所示。质子中只有正电荷,都集中在 半径约为103m的体积内。中于内部也有电荷,靠近中心为正电荷,靠外为负电荷:正负电荷电量相等,所以对外不显带
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中国科学技术大学《电磁学》 第一章真空中的静电场 作者:叶邦角 Proton Neutro 4s5 0a518 (a) 图1-6质子和中子内的电荷分布图 (2)电磁学意义上的点电荷 当一个带电体本身的线度比所研究的问题中所涉及的距离小很多时,该带电体的形状与电荷在其上的分布状况均无 关紧要,该带电体就可看作一个带电的点,叫点电荷。由此可见,点电荷是个相对的概念。至于带电体的线度比问题所 涉及的距离小多少时,它才能被当作点电荷,这要依问题所要求的精度而定。当在宏观意义上谈论电子、质子等带电粒 子时,完全可以把它们视为点电荷。 (3)电荷是什么? 电荷是物质的基本属性,不存在不依附物质的“单独电荷”。 (4)电荷的量子性 实验证明,在自然界中,电荷总是以一个基本单元的整数倍出现,电荷的这个特性叫做电荷的量子性。电荷的基本 单元就是一个电子所带电量的绝对值。 Q=Ne(N,整数)
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中国科学技术大学《电磁学》 第一章真空中的静电场 作者:叶邦角 电荷具有基本单元的概念最初是根据电解现象中通过溶液的电量和析出物质的质量之间的关系提出的。法拉第和阿累 尼乌斯等都为此做过重要贡献。他们的结论是:一个离子的电量只能是一个基本电荷的电量的整数倍。 微观粒子所带的基元电荷数常叫做它们各自的电荷数,都是正整数或负整数。近代物理从理论上预言基本粒子由若干 种夸克或反夸克组成,每一个夸克或反夸克可能带有±l/e或±2/3e的电量。然而至今单独存在的夸克尚未在实验中发现。即 使发现了,也不过把基元电荷的大小缩小到目前的1/3,电荷的量子性依然不变。) larks Bottom each quark●R,8.●G3cs 图1-7六种夸克和所带的电荷 5)电荷对称性反粒子 1931年狄拉克预言反电子一电子存在。我国物理学家,中国科学技术大学近代物理系首任系主任赵忠尧院士于1929 年就在实验中发现硬γ射线的反常吸收以及伴随出现的特殊辐射”,这就是最早观察到的正负电子对产生和湮没的现象。 1932年 Anderson发现反电子et)。近代高能物理发现,对于每种带正电荷的基本粒子,必然存在与之对应的、带等量负电 荷的另一种基本粒子-反粒子。例如,我们有电子和正电子,质子和反质子:π介子和反π介子等等
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中国科学技术大学《电磁学》 第一章真空中的静电场 作者:叶邦角 图1-8世界上首次发现发物质的科学家赵忠尧先生 图1-9丁肇中教授领导建立的α磁谱仪
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中国科学技术大学《电磁学》 第一章真空中的静电场 作者:叶邦角 AMS 图1-10在太空中寻找反物质的α磁谱仪 (6)电子是实物粒子 发现电子后,人们进一步去探索原子的内部结构: 卢瑟福( E. Rutherford)提出了原子的核模型 玻尔( NHD Bohr)建立了原子的玻尔理论 1924年,法国物理学家德布罗意(L-Ⅴ deboglie)提出电子具有波粒二象性,奠定了量子力学的基础。 此后,美国的戴维逊( C Davisson)和革末( LH Germer)、英国的汤姆孙( THOmson)分别独立地发现了电子 在晶体上的衍射现象,证明了电子不仅是实物粒子,还具有波动性
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