第一章靜電場(chǎng)11電荷及其守恒定律

1、第一章 靜電場(chǎng) 3-1 1、1電荷及其守恒定律 靜電現(xiàn)象 一、靜電的發(fā)現(xiàn) 1、公元600年左右，希臘人泰勒斯： 摩擦過的琥珀吸引輕小物體 2、公元一世紀(jì)，漢王充論衡： “頓牟掇芥” 3、公元十六世紀(jì)，英國(guó)吉爾伯特創(chuàng)造單詞 “electricity”電電；“electric charag”電荷電荷 4、美國(guó)科學(xué)家富蘭克林： 正電荷正電荷 ：絲綢摩擦過的 玻璃棒帶有的電荷 負(fù)電荷負(fù)電荷 ：毛皮摩擦過的 橡膠棒帶有的電荷 回顧 一、電荷 1、種類 2、電量 3、相互作用規(guī)律 正電荷正電荷 負(fù)電荷負(fù)電荷 +5C 5C 同同種電荷相互排種電荷相互排斥斥 異異種電荷相互吸種電荷相互吸引引 二、靜電起電的方

2、式二、靜電起電的方式 1、原子構(gòu)成及物體、原子構(gòu)成及物體“帶電帶電”的含義的含義 物質(zhì)由原子構(gòu)成，原子由質(zhì)子和電子構(gòu)成物質(zhì)由原子構(gòu)成，原子由質(zhì)子和電子構(gòu)成 ； 整個(gè)原子對(duì)外界較遠(yuǎn)的位置表現(xiàn)為整個(gè)原子對(duì)外界較遠(yuǎn)的位置表現(xiàn)為“電中性電中性” ； 物體物體帶負(fù)電帶負(fù)電：物體的電子數(shù)多，：物體的電子數(shù)多，負(fù)負(fù)電荷電荷多多于正電荷于正電荷 物體物體帶正電帶正電：物體的電子數(shù)少，：物體的電子數(shù)少，正正電荷電荷多多于負(fù)電荷于負(fù)電荷 傳導(dǎo)起電：傳導(dǎo)起電： 用帶電體接觸物體，用帶電體接觸物體， 可以使物體帶電可以使物體帶電 檢驗(yàn)是否帶電的儀器檢驗(yàn)是否帶電的儀器 驗(yàn)電器和靜電計(jì)驗(yàn)電器和靜電計(jì) 2 2、摩擦起電、摩

3、擦起電 物體物體 帶電種類帶電種類 起電微觀機(jī)制起電微觀機(jī)制 玻璃棒玻璃棒 絲綢絲綢 橡膠棒橡膠棒 毛皮毛皮 正電荷正電荷 負(fù)電荷負(fù)電荷 負(fù)電荷負(fù)電荷 正電荷正電荷 物質(zhì)對(duì)物質(zhì)對(duì)電子電子的束縛能力不同；的束縛能力不同； 電子電子在不同物體間轉(zhuǎn)移。在不同物體間轉(zhuǎn)移。 常用于絕緣介質(zhì)常用于絕緣介質(zhì) 相互摩擦?xí)r，左側(cè)物質(zhì)帶正電，右側(cè)帶負(fù)電相互摩擦?xí)r，左側(cè)物質(zhì)帶正電，右側(cè)帶負(fù)電 玻璃、云母、毛皮、絲綢、紙、棉布、硫磺、橡膠、硬橡膠玻璃、云母、毛皮、絲綢、紙、棉布、硫磺、橡膠、硬橡膠 3、感應(yīng)起電、感應(yīng)起電 物體物體 帶電種類帶電種類 起電微觀機(jī)制起電微觀機(jī)制 帶電體帶電體 發(fā)生感應(yīng)發(fā)生感應(yīng) 的導(dǎo)體的導(dǎo)

4、體 近近端與帶端與帶 電體電荷電體電荷 種類種類相反相反； 遠(yuǎn)遠(yuǎn)端與帶端與帶 電體電荷電體電荷 種類種類相同相同。 導(dǎo)體由導(dǎo)體由自由電子自由電子和和離子離子構(gòu)成構(gòu)成 自由電子在導(dǎo)體內(nèi)自由電子在導(dǎo)體內(nèi) 可以移動(dòng)可以移動(dòng) 利用利用吸引、排斥吸引、排斥判定判定 電子定向運(yùn)動(dòng)電子定向運(yùn)動(dòng) A B 一對(duì)枕形金屬導(dǎo)體一對(duì)枕形金屬導(dǎo)體 A B 若兩端有金屬箔片，在帶電球靠近枕形導(dǎo)體時(shí)，若兩端有金屬箔片，在帶電球靠近枕形導(dǎo)體時(shí)， 金屬箔片會(huì)怎樣動(dòng)？金屬箔片會(huì)怎樣動(dòng)？ 思考 摩擦起電是否產(chǎn)生了電荷？?jī)蓚€(gè)相互摩擦 的物體上帶有的電荷有什么數(shù)量關(guān)系？ 感應(yīng)起電是否產(chǎn)生了電荷？發(fā)生靜電感應(yīng) 的導(dǎo)體兩端帶有的電荷有什么

5、數(shù)量關(guān)系？ 三三電荷守恒定律電荷守恒定律自然界重要基本規(guī)律自然界重要基本規(guī)律 內(nèi)容一：內(nèi)容一：電荷既不會(huì)創(chuàng)生，也不能電荷既不會(huì)創(chuàng)生，也不能 消滅，只能從一個(gè)物體消滅，只能從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物另一個(gè)物 體，或者從物體的一部分體，或者從物體的一部分轉(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)移到另一部另一部 分，在轉(zhuǎn)移的過程中，分，在轉(zhuǎn)移的過程中，電荷的總量不電荷的總量不 變變 內(nèi)容二：內(nèi)容二：一個(gè)與外界沒有電荷交換的系統(tǒng)，一個(gè)與外界沒有電荷交換的系統(tǒng)， 電荷的代數(shù)和保持不變電荷的代數(shù)和保持不變 原因：兩個(gè)電子湮滅原因：兩個(gè)電子湮滅-變成不帶電的光子變成不帶電的光子 不帶電的中子衰變成一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子不帶電的中子衰變成一

6、個(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子 四、元電荷四、元電荷 元電荷：電荷量稱為元電荷元電荷：電荷量稱為元電荷 19 1.60 10eC - = 元電荷元電荷是是電荷量的單位電荷量的單位，不是指某個(gè)電荷，不是指某個(gè)電荷 電子和質(zhì)子的電荷量均為電子和質(zhì)子的電荷量均為e，所有帶電體的，所有帶電體的電電 荷量荷量或者等于或者等于e，或者是，或者是e的整數(shù)倍的整數(shù)倍 電荷量電荷量e的數(shù)值最早由美國(guó)科學(xué)家密立根用實(shí)的數(shù)值最早由美國(guó)科學(xué)家密立根用實(shí) 驗(yàn)測(cè)得驗(yàn)測(cè)得 微觀粒子一般都用碳原子單位微觀粒子一般都用碳原子單位u，1u=1.660583710-27Kg。 自由質(zhì)子質(zhì)量自由質(zhì)子質(zhì)量Mp=1.007825u1.67357776

7、7452510-27Kg， 自由中子質(zhì)量自由中子質(zhì)量Mn=1.008665u1.674972657760510-27Kg； 電子質(zhì)量電子質(zhì)量Me=Mp/1836=Mn/18409.103112270437510-31Kg。 微觀粒子的質(zhì)量及表示微觀粒子的質(zhì)量及表示質(zhì)量數(shù)質(zhì)量數(shù) 微觀粒子的電荷量及表示微觀粒子的電荷量及表示電荷數(shù)電荷數(shù) 思考：下面的離子是帶多少元電荷的電量？思考：下面的離子是帶多少元電荷的電量？ 帶電量多少帶電量多少C？ Na+1 SO4-2 OH-1 5、 所有帶電體的所有帶電體的電荷量電荷量或者等于或者等于e，或者是，或者是e的整數(shù)倍的整數(shù)倍 通常用倍數(shù)表示電荷量通常用倍數(shù)表

8、示電荷量電荷數(shù)電荷數(shù) 可能遇到的粒子可能遇到的粒子 -氦的原子核氦的原子核 1 1H 2 1H 3 1H 4 2 He 氕氕 氚氚氘氘 粒子粒子 質(zhì)子質(zhì)子 思考：思考： 粒子的電荷數(shù)及質(zhì)量數(shù)是多少？粒子的電荷數(shù)及質(zhì)量數(shù)是多少？ 帶電量及質(zhì)量是多少？帶電量及質(zhì)量是多少？ 0 1e 粒子粒子-電子電子 粒子粒子-光子，不帶電光子，不帶電 6比荷：帶電體的電荷量和質(zhì)量的比值，叫做比荷：帶電體的電荷量和質(zhì)量的比值，叫做 比荷（比荷（Q/m） 電子的比荷為電子的比荷為 19 11 30 1.60 10C 1.76 10 C/kg 0.91 10kg e e m - - = 電子的比荷也是一個(gè)常用的物理量

9、電子的比荷也是一個(gè)常用的物理量 . 不同的微觀粒子的比荷不同，可以用來區(qū)分粒子不同的微觀粒子的比荷不同，可以用來區(qū)分粒子 質(zhì)子的比荷為質(zhì)子的比荷為 19 8 27 1.60 10C 0.958 10 C/kg 1.67 10kg p e m - - = 思考：氕、氘、氚的比荷之比是多大？思考：氕、氘、氚的比荷之比是多大？ 第二節(jié) 電荷守恒定律練習(xí) 知識(shí)回顧 電荷種類 “帶電”的微觀機(jī)制 起電方式 適用材料 帶正電（負(fù)電）原因 摩擦起電 傳導(dǎo)起電 感應(yīng)起電 正電荷正電荷 負(fù)電荷負(fù)電荷 用正負(fù)號(hào)表示用正負(fù)號(hào)表示 電荷的轉(zhuǎn)移電荷的轉(zhuǎn)移 絕緣材料絕緣材料 導(dǎo)體材料導(dǎo)體材料 原子核束縛電子原子核束縛電子

10、 能力弱（強(qiáng)）能力弱（強(qiáng)） 熟悉熟悉 電學(xué)名詞電學(xué)名詞 電荷電荷 電荷量電荷量 靜電靜電 靜電感應(yīng)靜電感應(yīng) 驗(yàn)電器驗(yàn)電器 靜電計(jì)靜電計(jì) 電荷守恒定律電荷守恒定律 元電荷元電荷 比荷比荷 絕緣體絕緣體 導(dǎo)體導(dǎo)體 半導(dǎo)體半導(dǎo)體 光滑絕緣面光滑絕緣面 1、 帶正電球帶正電球C靠近靠在一起的枕形導(dǎo)體靠近靠在一起的枕形導(dǎo)體AB，導(dǎo)，導(dǎo) 體的體的A端帶何種電荷，端帶何種電荷，B端帶何種電荷？端帶何種電荷？ C球不動(dòng)，將球不動(dòng)，將A、B導(dǎo)體分開時(shí)，它們各帶何種電荷？導(dǎo)體分開時(shí)，它們各帶何種電荷？ 導(dǎo)體不分開，將導(dǎo)體不分開，將C移走后，導(dǎo)體移走后，導(dǎo)體A、B端又帶何種電荷？端又帶何種電荷？ C A B 感應(yīng)起

11、電現(xiàn)象的訓(xùn)練感應(yīng)起電現(xiàn)象的訓(xùn)練 方法：方法： 利用電荷間的吸引和排斥判斷利用電荷間的吸引和排斥判斷 方法：靜電的方法：靜電的吸引吸引和和排斥排斥 2、帶電球、帶電球C靠近導(dǎo)體靠近導(dǎo)體AB，用手，用手摸著摸著導(dǎo)體的導(dǎo)體的B端，導(dǎo)體端，導(dǎo)體 是否帶電？用手是否帶電？用手摸一下摸一下導(dǎo)體的導(dǎo)體的B端，導(dǎo)體是否帶電？端，導(dǎo)體是否帶電？ C球不動(dòng)，摸一下導(dǎo)體的球不動(dòng)，摸一下導(dǎo)體的A端，導(dǎo)體端，導(dǎo)體A、B端是否帶電？端是否帶電？ 此時(shí)分開此時(shí)分開AB情況如何？情況如何？ CAB 摸：等同于摸：等同于“接地接地” 即即“接地球接地球” 摸一下：接通后斷開摸一下：接通后斷開 3、帶負(fù)電球、帶負(fù)電球C靠近導(dǎo)體，

12、用手摸著導(dǎo)體的靠近導(dǎo)體，用手摸著導(dǎo)體的B端端 先移走先移走C，再松開手，導(dǎo)體是否帶電？，再松開手，導(dǎo)體是否帶電？ C球不動(dòng)，先松開手，再移走球不動(dòng)，先松開手，再移走C，再移開，再移開A、B， A、B帶什么電荷？帶什么電荷？ C球不動(dòng)，用手摸一下球不動(dòng)，用手摸一下A端，再移開端，再移開A、B， A、B帶什么電荷？帶什么電荷？ C A B 當(dāng)帶正電的金屬棒靠近如下裝置，會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？當(dāng)帶正電的金屬棒靠近如下裝置，會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？ 金屬板金屬板 接地線接地線 驗(yàn)電器驗(yàn)電器驗(yàn)電器驗(yàn)電器驗(yàn)電器驗(yàn)電器 當(dāng)帶正電的金屬棒靠近如下裝置，會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？當(dāng)帶正電的金屬棒靠近如下裝置，會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？ B A

13、C 拓展題拓展題1： 如如圖所示，圖所示，A、B、C是三個(gè)安裝在絕是三個(gè)安裝在絕 緣支架上的金屬體，其中緣支架上的金屬體，其中C球帶正電，球帶正電，A、B兩個(gè)兩個(gè) 完全相同的枕形導(dǎo)體不帶電。完全相同的枕形導(dǎo)體不帶電。 試問試問:（1）如何使）如何使A、B都帶等量正電？都帶等量正電？ （2）如何使）如何使A、B都帶等量負(fù)電？都帶等量負(fù)電？ （3）如何使）如何使A帶負(fù)電帶負(fù)電B帶等量的正電？帶等量的正電？ 多角度訓(xùn)練多角度訓(xùn)練 拓展題拓展題2:絕緣細(xì)線上端固定，下端掛一輕質(zhì)絕緣細(xì)線上端固定，下端掛一輕質(zhì) 小球小球a，a的表面鍍有鋁膜。在的表面鍍有鋁膜。在a的近旁有一絕緣的近旁有一絕緣 金屬球金屬球

14、b，開始時(shí)，開始時(shí)，a、b都不帶電，如圖都不帶電，如圖1-1-2 所示，現(xiàn)使所示，現(xiàn)使b帶正電，則帶正電，則( ) ab 圖1-1-2 A）b將吸引將吸引a，吸住后不放開，吸住后不放開 B）先吸引）先吸引a，接觸后又把，接觸后又把a(bǔ)排斥開排斥開 C ） a、b之間不發(fā)生相互作用之間不發(fā)生相互作用 D） b 立即把立即把a(bǔ)排斥開排斥開 基礎(chǔ)知識(shí) 1自然界中只存在兩種電荷：同種電荷自然界中只存在兩種電荷：同種電荷 互相互相 ，異種電荷互相，異種電荷互相 。 2電子和質(zhì)子帶有等量的異種電荷，電電子和質(zhì)子帶有等量的異種電荷，電 荷量荷量e C。實(shí)驗(yàn)指出，所有帶電體。實(shí)驗(yàn)指出，所有帶電體 的電荷量都是電

15、荷量的電荷量都是電荷量e的的 。所以，電。所以，電 荷量荷量e稱為稱為 。電荷量。電荷量e的數(shù)值最早是由的數(shù)值最早是由 美國(guó)物理學(xué)家美國(guó)物理學(xué)家 測(cè)得的。測(cè)得的。 3使不帶電的物體通過某種方式轉(zhuǎn)化為帶使不帶電的物體通過某種方式轉(zhuǎn)化為帶 電狀態(tài)的過程叫電狀態(tài)的過程叫 。常見的起電方式有。常見的起電方式有 、 和和 等。例如：一個(gè)帶電的等。例如：一個(gè)帶電的 金屬球跟另一個(gè)與它完全相同的不帶電的金金屬球跟另一個(gè)與它完全相同的不帶電的金 屬球接觸后，兩者必定帶上等量同種電荷；屬球接觸后，兩者必定帶上等量同種電荷； 用毛皮摩擦過的硬橡膠棒帶用毛皮摩擦過的硬橡膠棒帶 電荷，用絲綢電荷，用絲綢 摩擦過的玻璃

16、棒帶摩擦過的玻璃棒帶 電；不帶電的導(dǎo)體在電；不帶電的導(dǎo)體在 靠近帶電體時(shí)，導(dǎo)體中的自由電荷受到帶電靠近帶電體時(shí)，導(dǎo)體中的自由電荷受到帶電 體的作用而重新分布，使導(dǎo)體的兩端出現(xiàn)體的作用而重新分布，使導(dǎo)體的兩端出現(xiàn) 電荷。電荷。 能力訓(xùn)練 1.關(guān)于元電荷的理解，下列說法正確的是( ) A元電荷就是電子 B元電荷是表示跟一個(gè)電子所帶電荷量 數(shù)值相等的電荷量 C元電荷就是質(zhì)子 D物體所帶電量只能是元電荷的整數(shù)倍 2.關(guān)于摩擦起電和感應(yīng)起電的實(shí)質(zhì)，下列說 法中正確的是( ) A.摩擦起電現(xiàn)象說明機(jī)械能可以轉(zhuǎn)化為電能， 也說明通過做功可以創(chuàng)造出電荷 B.摩擦起電說明電荷可以從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到 另一個(gè)物體 C

17、.感應(yīng)起電說明電荷可以從物體的一部分轉(zhuǎn) 移到另一個(gè)部分 D.感應(yīng)起電說明電荷可以從帶電的物體轉(zhuǎn)移 到原來不帶電的物體 圖1-1-3 3.如圖1-1-3所示，原來不帶電的絕緣金屬導(dǎo) 體MN，在其兩端下面都懸掛著金屬驗(yàn)電 箔若使帶負(fù)電的絕緣金屬球A靠近導(dǎo)體 的M端，可能看到的現(xiàn)象是（ ） A只有M端驗(yàn)電箔張開，且M端帶正電 B只有N端驗(yàn)電箔張開，且N端帶負(fù)電 C兩端的驗(yàn)電箔都張開，且左端帶負(fù)電， 右端帶正電 D兩端的驗(yàn)電箔都張開， 且左端帶正電，右端帶負(fù)電 M和N是原來都不帶電的物體，它們互相 摩擦后M帶正電荷1.610-10C，下列判斷 中正確的是（ ） A 在摩擦前M和N的內(nèi)部沒有任何電荷 B摩擦的過程中電子從N轉(zhuǎn)移到了M CN在摩擦后一定帶負(fù)電荷1.610-10C DM在摩擦過程中失去了1.610-10個(gè)電子 如圖1-1-4，有一帶正電的驗(yàn)電器，當(dāng)一 金屬球A靠近驗(yàn)電器的小球B(不接觸)時(shí)， 驗(yàn)電