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第7章 静电场 静电技术
引言：在干燥的天气里，用塑料梳子梳头发，头发会随梳子的运动飘起来，当手接触过毛衣或化学纤维合成物品后，再触摸物体或人体会感到电击。这都是电场对电荷作用的结果。
在这一章里，我们要讨论静止电荷间相互作用时产生的现象，还要学习静电力（电场力）、电场、电势和电容的性质及静电技术的简单应用。
静电场的特性和作用规律是电磁学的基本内容，是学习电工学、电子学等课程的基础。
7-1 真空中的库仑定律
一、教学目标
1．了解电荷的性质、点电荷。
2．理解库仑定律，会计算点电荷之间的作用力。
二、教学重点难点
重点：库仑定律的物理意义。
难点：点电荷，点电荷之间作用力的计算。
三、教学器材
毛皮、硬橡胶棒、丝绸、玻璃棒、验电器、计算机、投影仪等。
四、教学建议
教法建议
讲授法、理想模型法、讨论法、演示实验法。
教学设计方案
（一）引入新课
我们在初中对静电荷有了一些初步的认识，知道电荷分正、负两种，电荷间存在作用力，但你知道电荷间的相互作用力到底有多大吗？这种作用有什么规律？
（二）引出课程内容
1．认识两种电荷
实验（通过实验观察电荷之间的相互作用）
毛皮（带正电荷）—硬橡胶棒（带负电荷），丝绸（带负电荷）—玻璃棒（带正电荷）。
同种电荷互相排斥，异种电荷互相吸引。
物体所带电荷的量值称为电荷量。常用Q或q表示。在国际单位制中，电荷量的单位是库仑（C，库）。
质子和电子带有等量正、负电荷，其电荷量为1.602×10-19 C，称为元电荷，用e表示：e=1.602×10-19 C。质子、中子的下一个层次是夸克（层子）。研究认为，夸克所带电荷的绝对值为e或e。虽然夸克的电荷量更小，但习惯上仍把e称为“元电荷”。
任何带电体的电荷量总是元电荷的整数倍，即Q=ne,n为整数。n>0，物体（或粒子）带正电；n<0,物体（或粒子）带负电；n=0，物体（或粒子）不带电。
2．电荷守恒定律
（1）物体为什么会带电？
当物体间由于摩擦等原因发生电荷交换时，某物体如果失去一部分电子，该物体便带正电；同时，另一物体得到等量电子，便带负电。
（2）电荷守恒定律
在物体交换电荷的过程中，一些物体失去多少电荷，另一些物体就得到多少电荷，而系统电荷量的代数和保持不变，这一结论称为电荷守恒定律。
3．点电荷
分析两个带电体的作用，提出点电荷。
所谓点电荷，是当带电体的线度比起它到其他带电体的距离小很多时，这个带电体的几何形状和电荷的分布已无关紧要，可以把这个带电体看作一个带电的点。这样的带电体叫点电荷。
下面讨论两个点电荷在真空中的相互作用规律。
4．真空中的库仑定律
在真空中，两个点电荷Q1和Q2之间的相互作用力的大小和Q1、Q2的乘积成正比，和它们之间的距离r的二次方成反比，作用力的方向在两个点电荷的连线上。
式中k是比例系数，称为静电力恒量。在国际单位制中，k≈。电荷间的相互作用力称为静电力，又叫库仑力。同号电荷相互排斥，异号电荷相互吸引，如图1所示。
图1 电荷之间的相互作用力
库仑定律只适用点电荷在真空中静电力的计算。一般带电体之间的作用力，要用叠加原理或积分进行计算。两个均匀带电体之间的相互作用力，也能用7-1式计算，这时r表示两球心之间的距离。
如果一个点电荷同时受到两个以上点电荷的作用，每个电荷对它的作用力仍可由库仑定律计算。而这个电荷受到的合力，则是其他电荷对它作用力的矢量和。
5．例题 两个正、负点电荷相距10厘米，电荷量分别是4×10-8库和-6×10-8库。它们在真空中的作用力是多少？
解 已知：Q1=4×10-8 C Q2=-6×10-8 C r=10 cm=0.10 m
则在真空中，力的大小为
N =2.16×10-3 N
由于Q1、Q2是异号电荷，所以是引力。
（三） 小结
1．电荷的性质，电荷守恒定律。
2．点电荷。
3．真空中的库仑定律。
（四） 作业布置
1.p5 4、5题 2.《技术物理练习册》（第3版）相关习题
（五） 教学说明
1．在讲述摩擦起电现象的基础上，说明起电的过程是使物体中正、负电荷分开的过程，进而说明电荷守恒定律．
2．点电荷是一种理想化的物理模型，这一点应该使学生有明确的认识。
3．在用库仑定律进行计算时，要用电荷量的绝对值代入公式进行计算，然后根据是同种电荷还是异种电荷来判断电荷间的相互作用是引力还是斥力。

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