Transcript 電磁力
物質間的基本交互作用
長程力:重力(萬有引力)、電磁力
短程力:強作用力、弱作用力
重力
• 天上、地上的力,為同一種超距作用
兩物體有質量會相吸引,稱萬有引力。
萬有引力定律:
F1 F 2
Gm 1 m 2
r
2
重力常數 G 6 . 67 10
11
( Nm
2
2
/ kg )
重量=地球對人的萬有引力,故稱重力
W F
GMm
R
2
圓周運動
• 需要向心力(指向圓心的力)
m
v
F
F
M
向心力繩子張力
GPS(全球定位系統)
r
向心力萬有引力
GMm
r
2
靜電力
• 油滴實驗:Q=±ne,n=1,2,3,…
基本電荷 e=1.60╳10-19 (C)
• 摩擦帶電:由於電子(−)的轉移!
得電子帶負電(−)、失電子帶正電(+)
• 兩物體若有電荷,彼此會相吸引or排斥
異性電(+−)吸引;同性電(++ or −−)排斥
庫侖定律
• 有質量萬有引力
• 有電荷靜電力(吸引or排斥)
• 與萬有引力形式相同:
距離平方反比、質量改電荷
F
GMm
r
2
F
kQq
r
2
靜電常數 k 9 . 0 10 ( Nm
9
2
2
/C )
問題討論
• 任何物體作自由落體時,為何重力加速度g為定值?
請從萬有引力定律和牛頓第二運動定律來解釋…
• 地球半徑為r,若人造衛星距地球中心2r繞地球,則重量為
地面的幾倍?若在離地面r/3的高空中,則是在地面的幾倍?
• 不帶電的物質,如小紙片,為何會被帶電物體吸引?
• 氫原子中的電子和質子皆有質量,且帶電荷,請問靜電力
約為萬有引力的多少倍?
磁力
• 與靜電力特性相同:
地磁北極
異性極(N-S)相吸
同性極(N-N or S-S)相斥
• N極指北方,S極指南
因受地球磁場而指方向
地磁南極
磁場:磁鐵作用範圍
• 以磁力線表示磁場
• 磁力線特性:
磁鐵外由NS,內從SN,封閉曲線
N極指向=磁場or磁力線方向
磁力線稠密:磁場強,稀疏:磁場弱
磁鐵與載流圓導線
• 磁鐵產生磁場
• 電流(電荷移動)產生磁場
• 磁鐵產生因素:
電子繞鐵原子核磁效應
可視為原子or電子磁鐵!
總是N-S磁雙極同時出現
電流磁效應
電動生磁
電磁感應
磁變生電
電磁力
場:物體在周圍產生影響
• 磁鐵產生磁場:磁性物質受磁力作用
• 電荷產生電場:帶電物質受靜電力作用
• 星球產生重力場:有質量受萬有引力作用
正電荷
負電荷
想一想
• 原子核由質子和中子所組成,因質子帶正電,彼此會互相
排斥,那為何原子核不會散開呢?
• 氫的原子核為一個質子,為何沒有一個中子的原子核呢?
• 原子序大於82的原子核都具有放射性,會產生衰變,放出
一些粒子或能量,為什麼原子核不穩定呢?
• 中子為何會發生衰變呢?β衰變為何如此奇怪?
強作用力:核子間or夸克間
• 距離夠近產生強力,作用範圍在原子核內約10-14~10-15 m
• 較電磁作用強,故能形成穩定原子核
中子由夸克組成
中子間、質子間
中子和質子之間
均存在之吸引力
與質量、電荷無關
核衰變
• α衰變:強力無法抵抗靜電斥力,
放出帶正電的氦原子核
• β衰變:核內質子受某種作用衰變,
放出帶負電的電子
• γ衰變:高能量原子核釋放能量,
變成穩定原子核
弱作用力:造成β衰變
• 作用範圍比強作用力更短:<10-18 m
• 遠小於電磁作用,使物的本質發生改變(衰變成不同核種)
中子衰變
β衰變
基本交互作用
• 強弱:強力>電磁力>弱力>重力
• 短程力(原子核內):強力、弱力;
長程力:電磁力、重力
• 生活中的作用力,除重力外,皆
為電磁力;摩擦力、正向力…
媒介粒子