01 基础课：电荷量、元电荷、电荷守恒定律

静电场模块的特点

概念多

场强、电场线、电势、电势差、电场力做功、电势能、等势面……

综合性强

场强 + 电势 + 电势差、功能势、电场线 + 等势面……

电容器、示波器、带电粒子在电场中的运动……

静电场问题的实质

静电场问题的实质：动力学分析 + 能量守恒。

解决静电场问题要点：

1. 明确概念：明确每个概念、物理量是力学范围还是能量范围
2. 综合计算：知道每步操作是力学分析还是能量守恒

电荷

解释

如果一个物体能吸引轻小物体，就说它带电荷。

经过实验证明，自然界中只有两种电荷。

前人规定：用丝绸摩擦过的玻璃棒带的电荷为正电荷，用毛皮摩擦过的橡胶棒带的电荷为负电荷。

记忆技巧

丝绸、玻璃棒代表着高贵、优雅、透明、纯洁，是正能量，所以是正电荷。

毛皮、橡胶轮胎代表着杀戮、黑暗，是负能量，所以是负电荷。

同种电荷互斥，异种电荷相吸。

电子和电荷有啥区别？

电荷有两种含义，一指带电粒子本身，比如电子、质子、 离子。二指带电体带电量的多少。

电子（Electron）、质子（Proton）、中子（Neutron）、离子（Ion）指什么？

1. 电子（Electron）
   • 定义：电子是围绕原子核运动的负电荷粒子。
   • 特性：电子的电荷量为 $-1.6\times {10}^{-}19C$，质量极小（约为质子质量的 1/1836）。
   • 数量：在一个中性原子中，电子的数量等于原子核中的质子数量，从而确保原子整体不带电。
   • 分布：电子按照特定的能级和轨道排布在原子核周围，形成所谓的电子云。
2. 质子（Proton）
   • 定义：质子是原子核中的正电荷粒子。
   • 特性：质子的电荷量为 $+1.6\times {10}^{-}19C$，质量略大于电子。
   • 数量：质子的数量决定了元素的种类。例如，氢原子核中有一个质子，氦原子核中有两个质子。
   • 作用：质子和中子共同构成原子核，而原子核则决定了原子的化学性质。
3. 中子（Neutron）
   • 是组成原子核的核子之一，是构成原子核的基本粒子。
   • 中子是电中性粒子，不带电荷，其质量近似等于质子的质量。
   • 中子在原子核中起到维持原子核稳定的作用。
   • 中子因其不带电的特性，容易打进原子核内，引起各种核反应。
4. 离子（Ion）
   • 定义：离子是带电的原子或原子团。它们是由于原子或分子获得或失去电子而形成的。
   • 正离子（阳离子）：失去电子的原子或原子团，带正电荷。
   • 负离子（阴离子）：获得电子的原子或原子团，带负电荷。
   • 特性：离子在溶液中或固体晶体中可以自由移动，并在化学反应中起到重要作用。
   • 例子：食盐（NaCl）在溶液中会解离为 Na+ 和 Cl-两种离子。

电荷量

描述物体带电量多少的物理量。

符号：$Q/q$

例如这样说：

“带电量为 q/Q 的电荷”

“A 的电荷量为 Q1，B 为 Q2”。

电荷量不等于电荷个数

电荷量是物体所带电荷的量值，是标量，没有方向，只有大小，通常用符号 $Q$ 或 $q$ 表示，单位是库仑（C）。电荷量描述了物体带电的多少，它是与电子电荷（元电荷）的数量相关的，但并不直接等于电荷的个数。

电荷个数，描述的是构成物体电荷的具体粒子数量。而电荷量则是这些粒子所带电荷的总和。例如，一个电子所带的电荷量为 $-1.6\times {10}^{-19}$ 库仑，当我们说一个物体带有 $1$ 库仑的电荷时，这意味着这个物体包含了大约 $\frac{1}{1.6\times {10}^{-19}}=6.2\times {10}^{18}$ 个电子的电荷。

因此，电荷量是通过将电荷个数与每个电荷所带的电荷量相乘来得到的，它是对电荷总量的描述，而不是电荷的个数。

电荷量的国际单位：库仑

是电荷量的国际单位，用 $C$ 表示。

库仑是个很大的单位。

$1C$ 的定义：$1A$ 电流 $1s$ 传输的电荷量为 $1C$

电荷量的最小单位：元电荷

将最小带电体质子/电子的电荷量定义为元电荷，用 $e$ 表示。

质子电荷量为 $+1e$，电子为 $-1e$。

$1e=1.6\times {10}^{-19}C$

注意点

1. 元电荷不是电荷！只是一个数字，是电荷点位。
2. 电荷量不能无限小，所有带电体电荷量都是 $e$ 的整数倍

电荷量的测量

密立根通过油滴实验首次测出电子电荷量/元电荷数值。

标矢性

电荷是标量。

正负表示带正电还是负电.

正负号不参与比大小.

比如：$-2C>1C$

中和、净电荷量的含义

中和：等量异种电荷接触时，都变成不带电的状态。

净电荷量：物体内部正负电荷中和后的结果，叫净电荷量。

物体带正电：净电荷量为正。

物体带负电：净电荷量为负

不带电：电中性（不意味着内部没电荷！）

万物体内都充满了电荷。物体的带电量指净电荷量，而不是总电荷量。

比如这个问题：一小球带电 $2C$ 的含义是啥？

正电荷比负电荷多 2C。

带电的含义是“多多少”，不是“有多少”。

电荷守恒定律

电荷既不会创生，也不会消灭，它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；在转移过程中，电荷的总量保持不变。

TIP

是电荷量（静电荷量）守恒，不是个数守恒。

湮没（质子与中字结合消失不见）与电荷守恒不矛盾。

例题

题 1

TIP

把元电荷当成一个数字看即可。

解

1. 错。元电荷不是电荷，它不能和某种物质划等号。它只是一个单位。
2. 对。只要不是将元电荷与某种物质划等号，都是对的。
3. 对。
4. 对。

题 2

解

$A$

题 3

解

A 错。有电荷。只是中和了。

B 错。

还有可能是具有多余的质子。

质子带正电，电子带负电。以正离子 $N{a}^{+}$ 举例，这个带电粒子具有多余的质子。

以负离子 $C{l}^{-}$ 举例，这个带电粒子具有多余的电子。

C 对。

D 错。