【閱前提示】本篇出自『數(shù)理化自學(xué)叢書6677版』，此版叢書是“數(shù)理化自學(xué)叢書編委會”于1963-1966年陸續(xù)出版，并于1977年正式再版的基礎(chǔ)自學(xué)教材，本系列叢書共包含17本，層次大致相當(dāng)于如今的初高中水平，其最大特點就是可用于“自學(xué)”。當(dāng)然由于本書是大半個世紀(jì)前的教材，很多概念已經(jīng)與如今迥異，因此不建議零基礎(chǔ)學(xué)生直接拿來自學(xué)。不過這套叢書卻很適合像我這樣已接受過基礎(chǔ)教育但卻很不扎實的學(xué)酥重新自修以查漏補缺。另外，黑字是教材原文，彩字是我寫的注解。

【山話嵓語】『數(shù)理化自學(xué)叢書』其實還有新版，即80年代的改開版，改開版內(nèi)容較新而且還又增添了25本大學(xué)基礎(chǔ)自學(xué)內(nèi)容，直接搞出了一套從初中到大學(xué)的一條龍數(shù)理化自學(xué)教材大系列。不過我依然選擇6677版，首先是因為6677版保留了很多古早知識，讓我終于搞明白了和老工程師交流時遇到的奇特專業(yè)術(shù)語和計算模式的來由。另外就是6677版的版權(quán)風(fēng)險極小，即使出版社再版也只會再版80年代改開版。我認(rèn)為6677版不失為一套不錯的自學(xué)教材，不該被埋沒在故紙堆中，是故才打算利用業(yè)余時間，將『數(shù)理化自學(xué)叢書6677版』上傳成文字版。?

第一章靜電學(xué)

【山話||? 本系列專欄中的力單位達(dá)因等于10??牛頓；功的單位爾格等于10??焦耳；熱量的單位卡路里等于4.186焦耳；電荷的單位靜庫（1庫倫=3×10?靜庫）。另外這套老教材中力的單位常用公斤、克等，但如今是不允許的，力是不能使用質(zhì)量單位的。】?

§1-4電子論簡述

1、原子結(jié)構(gòu)大意

【01】一切物體都是由分子組成的；分子又是由叫做原子的更小的微粒所組成。到了十九世紀(jì)末、二十世紀(jì)初，人們才開始認(rèn)識到，原子原來并不是物質(zhì)的最小微粒，而是由帶正電的原子核和在核外繞核旋轉(zhuǎn)的帶負(fù)電的電子組成的。

【02】不同元素的原子有不同的結(jié)構(gòu)。氫原子的結(jié)構(gòu)最簡單，它的核外只有一個電子在旋轉(zhuǎn)。而象結(jié)構(gòu)很復(fù)雜的鈾原子，在它核外旋轉(zhuǎn)的電子就有92個之多。不管是簡單的原子還是復(fù)雜的原子，原子核所帶的正電電量總是和核外全部電子所帶的負(fù)電電量相等。

【03】原子的質(zhì)量差不多完全集中在原子核里，核外電子的質(zhì)量是很小的。近代的精密實驗測知，電子的質(zhì)量只不過是 9.11×10?2?克，約合氫原子質(zhì)量的1/1840。

【04】每個電子所帶的電量，是已知的最小電荷，我們稱它為基本電荷?；倦姾?e＝4.8×10?1o靜庫，即1.6×10?1?庫侖。

【05】如果把原子和原子核都想象成球體，原子的直徑要比原子核的直徑大一萬多倍。雖然如此，原子的直徑仍不過是 2×10??~3×10?? 厘米。所謂原子的直徑，是指最外層電子軌道的直徑而言。

【06】和行星繞太陽相似，原子里的電子分層地、按照各自的軌道繞原子核旋轉(zhuǎn)。電子繞核的運動可以近似地看做是勻速圓周運動；原子核對電子的吸引力就是維持這種運動的向心力。

【07】在正常情況下，原子所帶正、負(fù)電荷的電量是相等的，對外不顯示帶電現(xiàn)象。所以我們說，正常原子是中性的。

【08】一切電現(xiàn)象都可以用電子運動和核與電子間的相互作用來解釋。關(guān)于這方面的學(xué)問就叫做電子論。

2、用電子論解釋幾種簡單的電現(xiàn)象

【09】物體是由原子組成的，在正常情況下原子是中性的，因此在正常情況下物體也是中性的，對外不顯示帶電現(xiàn)象。使物體帶電，實際上就是給它以多余的電子或者從它那里取出一些電子。物體得到多余的電子就帶負(fù)電，失去一些電子就帶正電。

【10】當(dāng)兩個物體互相摩擦?xí)r，一個物體因部分原子失去了電子而帶正電，另一個物體因得到了多余的電子而帶負(fù)電。所以在摩擦起電時，兩個物體總是同時帶有異種等量電荷。

【11】把帶電物體和不帶電的物體相接觸，電子就要從帶負(fù)電的物體移入不帶電的物體，使兩個物體都帶負(fù)電；或者從不帶”電的物體移入帶正電的物體，使兩個物體都帶正電。

【12】把帶負(fù)電的物體和帶正電的物體相接觸，結(jié)果總是電子從帶負(fù)電的物體移入帶正電的物體。如果總起來講，電子是多余的，那么兩個物體都帶負(fù)電；與此相反，如果總起來講，電子是缺少的，那么兩個物體都帶正電；如果兩個物體原先帶有等量的異種電荷，那么，在接觸后它們就變成都不帶電的物體，這種現(xiàn)象叫做電的中和。

【13】實質(zhì)上，起電過程就是物體間電子重新分配的過程。一個物體失去一定數(shù)量的電子，必有另一個物體得到相等數(shù)量的電子。電荷是不能消滅、也不能創(chuàng)生的，這就叫做電荷不滅定律。

【14】金屬原子和碳原子的最外層電子很容易脫離原子核的吸引范圍，而在原子之間作不規(guī)則的運動，這些電子叫做自由電子。當(dāng)金屬體的某一部分得到多余電子時，這些電子就以自由電子的狀態(tài)傳到其他部分去；當(dāng)它失去電子時，其他部分的自由電子就移來補充。這就是金屬體的導(dǎo)電現(xiàn)象。這種由于自由電子的運動而形成的導(dǎo)電現(xiàn)象叫做電子導(dǎo)電。

【15】有些物體，原子的外層電子不容易脫離原子核的吸引范圍，因此自由電子很少，導(dǎo)電能力很弱，這就是絕緣體。

【16】還有些物體，自由電子比導(dǎo)體少得多，但比起絕緣體來卻要多一些，或者在平常溫度下自由電子并不多，但隨著溫度的升高，自由電子數(shù)目卻增加起來，這些物體就叫做半導(dǎo)體。

例5.兩個完全相同的球形導(dǎo)體，分別帶有不等量的異種電荷 q? 和 q?? 。當(dāng)它們相距 2 厘米時，測得相互作用的吸力為 4 達(dá)因。把它們接觸一下，然后再拿回原位，測得相互作用的斥力為 2.25 達(dá)因。求?q??和 q??的大小。

【解】

????????在兩球沒有接觸之前它們相吸，這是由于它們帶異種電荷。在接觸之后它們相斥，這說明它們帶了同種電荷。兩個帶電導(dǎo)體并不因接觸而中和，這因為它們原先所帶的異種電荷是不等量的。

????????由于兩球完全相同，接觸后它們所帶的電荷應(yīng)當(dāng)相等。

????????設(shè)令 q? 為正、q? 為負(fù)，那么兩球接觸后各帶電量?

????????在兩球接觸前，它們之間的吸力?

????????在兩球接觸后，它們之間的斥力?

????????解聯(lián)立方程(1)、(2)和(3)，得出

????????

????????則 q?＝8靜庫 或 2靜庫（正電荷）。

????????把 q? 的數(shù)值代入方程(2)，得出 q?＝ 2 靜庫 或 8 靜庫（負(fù)電荷）。

【注】如果不假設(shè) q? 為正、q? 為負(fù)，則上述三個方程應(yīng)為

????????

????????解方程同樣可以得出方程 q??－68q?2＋256＝0。

????????但因尚未確定 q? 的正負(fù)，正負(fù)根都應(yīng)保留，所以

????????q?＝±8靜庫 或 ±2靜庫，

????????q?＝?2靜庫 或??8靜庫。

例6.氫原子是由一個帶正電荷的核和一個繞核旋轉(zhuǎn)的電子所組成，如果電子軌道半徑為2.1×10??厘米，電子質(zhì)量為9.1×10?2?克，問電子每秒鐘繞核旋轉(zhuǎn)多少次？

【解】

????????電子繞核作勻速圓周運動，所需要的向心力就是核對它的靜電引力。核與電子所帶電荷是等量異種的，并且都是 4.8×10?1o靜庫，所以它們之間的靜電引力為?達(dá)因。

????????設(shè)電子每秒繞核旋轉(zhuǎn) n 次，則所需的向心力F＝m(2 π n)2 r＝9.1×10?2?×4 π2 n2×2.1×10??＝76×10?3? π2 n2達(dá)因。

????????因為 F'＝F，

????????所以 76×10?3??π2?n2＝5.2×10??，

????????，

習(xí)題1-4

1、物體要失去多少個電子才能帶正電 1 靜庫？要得到多少電子才帶負(fù)電 1 庫侖？【2.08×10?個，6.24×101?個】

2、兩個電子相距 10?1o厘米。它們之間的靜電斥力有多大？它們之間的萬有引力又是多大？【23.04達(dá)因，5.52×10??2達(dá)因】

3、有人把“摩擦起電”說成“摩擦生電”。這種說法妥當(dāng)不妥當(dāng)？為什么？

4、1 克氫含有 6.02×1023 個原子，每個氫原子有一個帶正電荷的原子核和一個帶負(fù)電的核外電子。假設(shè)把 1 克氫里的全部電子都集中在地球的北極，把全部原子核都集中在地球的南極，那么它們間的電引力合多少噸重？已知地球兩極間的距離為12,000公里?！炯s59噸重】

5、為什么原子里的核外電子必須繞核旋轉(zhuǎn)，如果不旋轉(zhuǎn)就會出現(xiàn)什么情況？如果電子繞核旋轉(zhuǎn)的速度有了增加或減少，又將有怎樣的變化？