電荷及其守恒定律、庫侖定律
審 稿：李井軍 責 編:郭金娟
[主要內容]
一、兩種電荷
1、電荷的分類：
用絲綢或毛皮摩擦過的玻璃、硬橡膠棒都能吸引輕小物體，這表明它們在摩擦后進入一種特別的狀態。處于這種狀態的物體叫做帶電體，并說它們帶有電荷。
實驗發現，自然界的電荷分為兩種類型：正電荷和負電荷。正負電荷的定義是1747年美國的科學家富蘭克林(B.Franklin)定義的，他把絲綢摩擦過的玻璃棒所帶電叫做正電荷，把毛皮摩擦過的橡膠棒所帶的電荷叫負電荷。
電荷的多少叫電荷量，國際單位制中，電量的單位是庫侖（C）。電量是標量，有大小和符號。正電荷的電荷量為正值，負電荷的電荷量為負值。
【說明】按通常的理解，帶電體是指處于帶電狀態的物體，電荷是指帶電體的一種屬性，而電量則是電荷的定量測度。但這三個詞往往被不加區別地使用，其中電荷一詞用的最廣。比如說"一個帶電體帶有若干正電荷"，這種說法把帶電體和電荷明確地加以區分，而"一個帶有若干電量的負電荷"中的電荷則是指帶電體本身。在很多情況下，電荷和電量又互為同義詞。
2、兩種電荷之間相互作用：同種電荷相斥，異種電荷相吸。
二、起電方式：
一切物體都含有大量帶電粒子，但由于在任何一種物質中，正負電荷在通常情況下都能精確平衡，使物體帶電就是破壞這種平衡，使正電荷數不等于負電荷數。
1、接觸起電：電荷在物體間的轉移
2、摩擦起電（用電子論解釋）：
（1）電子既不能被創生也不能被消滅，只能在物體之間轉移，∴摩擦起電是電子轉移的過程。
（2）物質是由原子構成的，原子內部有原子核，原子核內部有帶正電的質子和不帶電的中子。由于質子被束縛在原子核內，很難發生移動，移動的總是圍繞原子核運動的外層電子，因此，摩擦起電的過程是電子轉移的過程，是負電荷轉移的過程。
（3）摩擦起電的本質是得失電子。
3、感應起電
（1）定義：當一個帶電體接近一個不帶電的物體時，在遠離帶電體的一端出現與帶電體同種性質的電荷，在靠近帶電體的一端出現等量的異種電荷，這種現象叫靜電感應現象，這種起電方式叫感應起電。
如圖，由于同種電荷互相排斥、異種電荷互相吸引，所以靠近帶電體C的一端A出現負電荷，遠離帶電體C的一端B出現正電荷。分開A和B，則A、B兩導體分別帶上負電荷與正電荷，從而成為帶電體。
（2）感應起電不是創造了電荷，而是使物體中的正負電荷分開，使電荷從物體的一部分轉移到另-部分。即感應起電的本質是電荷在物體中的重新分布。
三、電荷守恒定律：
電荷既不能創造，也不能消滅，只能從一個物體轉移到另一個物體，或者從物體的一部分轉移到另一部分。在轉移的過程中，電荷的總量保持不變。
四、元電荷與點電荷
1、元電荷
迄今為止，科學實驗發現電子帶有最小的負電荷，質子帶有最小的正電荷，它們電量的絕對值相等，任何帶電體的電量都等于電子或質子電量的整數倍，就是說電量是不能連續變化的物理量。所以把這個最小的電荷量叫做元電荷，用e表示。一個電子電量為-e，質子電
量為e。
電荷量e的數值最早是由美國科學家密立根（1868-1953）用實驗測得的．在密立根實驗之后，人們又做了許多實驗，進一步精確地測定電荷量e．現在測得的元電荷的精確值為，通常可取作。
在研究原子核及基本粒子時，元電荷常作為電量的單位。
2、比荷：電子的電荷量和質量的比值，叫做比荷。
電子的比荷為。
3、點電荷
當帶電體的線度遠遠小于帶電體之間的距離，以致帶電體的形狀和大小對其相互作用力的影響可以忽略不計，這樣的帶電體就可以看作帶電的點，叫做點電荷。
【說明】點電荷為理想化的模型，真正的點電荷是不存在的。同質點、單擺一樣，點電荷只是為了討論問題的方便而引入的理想模型，是一種科學的抽象。
五、庫侖定律：
1、電荷間的作用力跟電荷間的距離關系
庫侖利用扭秤使兩個小球帶同種電荷之后，使兩個小球相距36個刻度、18個刻度、8.5個刻度時，結果懸絲分別轉過36°、144°、576°角度。庫侖已經得出了懸絲作用力與懸絲扭轉角成正比。這一系列數據表明，當帶電體間距為時，作用力為1:4:16，由此得出了作用力F∝
2、跟帶電體所帶電量間的關系
在庫侖研究電荷相互作用力時，還沒有關于電量的定義。庫侖巧妙地根據對稱性的思想，
使完全相同的金屬球相互接觸的辦法，得到各種不同組分的電荷，從而得出了相互作用力跟兩電荷電量乘積成正比的結論，即：F∝Q1Q2
3、庫侖定律
綜合上述結果，即可得到：真空中兩個點電荷間的相互作用力跟它們電量的乘積成正比，跟它們間的距離的平方成反比，作用力的方向在它們的連線上，即，改寫為等式 。
其中，Q1、Q2為兩個電荷的電量，r為兩個電荷中心的距離。k為靜電力恒量，它的數值由選取的單位決定。由實驗測得，當式中各物理量都取國際單位制時，k=9.0×109N·m2/C2。即真空中兩個電量均為1C的點電荷相距1m時它們之間的靜電力大小為9.0×109N，相當于9.0×108kg的物體的重力。由此我們可以看出，電量的單位“庫侖”是一個非常大的單位。
【說明】①電荷間的作用力叫靜電力，也叫庫侖力。同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引。
②適用條件：僅適用于真空中的兩個點電荷或可看成點電荷的帶電體。
[典型例題]
例：如圖所示，在一條直線上有兩個相距0.4m的點電荷A、B，A帶電+Q，B帶電-9Q現引入第三個點電荷C，恰好使三個點電荷處于平衡狀態，問：C應帶什么性質的電？應放于何處？所帶電量為多少？
分析：
電荷只有兩種，先分析C帶正電，放于任何地方三者都不能平衡，∴C只能帶負電，并且只能放在二者連線的延長線上，靠近A，設C距離A間距為x，帶電量為C。
由題意可知，A、B、C均處于平衡，則三者所受合力為零。
