《電荷及其守恒定律》(課件)

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1、1、 電 荷 及 其 守 恒 定 律人教版 選修 3-1-1靜電場20082009學年度（上）“頓牟掇芥，磁石引針?！蓖醭湔摵?泰 勒 斯 Thales（ 前 624年 前 546）公元前600年左右發(fā)現(xiàn)摩擦過的琥珀吸引輕小物體的現(xiàn)象 這是一個我們認為隨處可見的現(xiàn)象，但從人類偶爾注意到它，到慎重地記錄下來，然后到有意識地尋找并歸納同類現(xiàn)象，再到試圖去解釋，去合理有效地利用 經歷了兩千多年。electricity 的 來 歷 16世 紀 ， 英 王御 醫(yī) 吉 爾 伯 特 根 據琥 珀 的 希 臘 文 創(chuàng) 造了 英 文 中 的 “ 電 ”這 個 單 詞 。 一 、 摩 擦 起 電 現(xiàn) 象演示實驗1

2、：用塑料梳子，在頭發(fā)上摩擦幾下，離開頭發(fā)，再逐漸靠近頭發(fā)，發(fā)現(xiàn)頭發(fā)被吸引起來。（生活經驗）演示實驗2：用玻璃棒摩擦絲綢，然后把玻璃棒移到花茶末上，發(fā)現(xiàn)花茶末被吸引到玻璃棒上。橡膠棒摩擦毛皮同理。思考：1、是不是兩個物體摩擦后都可以吸引其它物體？嘗試用不同材料的物體相互摩擦，看是否可以吸引輕小物體。3、創(chuàng)造怎樣的實驗條件，可以使摩擦起電效果更明顯？2、可否設計實驗檢驗自己的猜測？相互摩擦的物體干燥、被吸引物要很輕。 一 、 摩 擦 起 電 現(xiàn) 象演示實驗3：超市的購物袋有時很不容易撐開，用包裝泡沫摩擦塑料袋幾下，粘在一起的塑料袋自己就分開了。演示實驗4：用被絲綢摩擦過的玻璃接觸兩個靠近懸掛的泡沫

3、小球，發(fā)現(xiàn)兩個小球相互排斥。若分別用摩擦過的玻璃棒和橡膠棒接觸這兩個小球，發(fā)現(xiàn)小球相互吸引。 玻玻玻橡思考：1、小球為什么會相互排斥或吸引？帶電了？怎么帶電的？2、玻璃棒和橡膠棒帶的電有區(qū)別嗎？ 二 、 電 荷 （ elecrtric） 及 其 種 類 許多物質，如琥珀、玻璃棒、橡膠棒 等，經過毛皮或絲綢摩擦后，能吸引輕小物體，我們就說這些物質帶了電荷。早期人們正是通過這種力的效應定義了“電荷”這個概念。 發(fā)現(xiàn)了玻璃棒和橡膠棒所帶電荷的區(qū)別后，美國物理學家富蘭克林人為地定義了“正電荷”（positive charge）和“負電荷”（negative charge）的概念，一直沿用至今。 自然界

4、中只存在這兩種電荷。正 電 荷 ： 被 絲 綢 摩 擦 過 的 玻 璃 棒 所 帶 的 電 荷 ， 用 “ +” 表 示 。負 電 荷 ： 被 毛 皮 摩 擦 過 的 橡 膠 棒 所 帶 的 電 荷 ， 用 “ -” 表 示 。實 驗 表 明 ： 同 種 電 荷 相 互 排 斥 ， 異 種 電 荷 相 互 吸 引 。 思考：究竟什么是電荷？什么情況下我們說物體“帶電”了？ 三 、 從 物 質 微 觀 結 構 的 角 度 分 析 “ 帶 電 ” 原 因水由大量水分子構成有的物質直接由原子構成原子由原子核和核外電子構成核 外 電 子 帶 負 電 荷質 子 和 中 子 構 成 原 子 核質 子 帶

5、正 電 荷 中 子 不 帶 電 荷思考：原本就帶電的物體為什么不能吸引輕小物體呢？而必須經過適當的摩擦才行呢？物 質 本 身 就 是 由 大 量 帶 電 的 微 粒 構 成 的 ！ 三 、 從 物 質 微 觀 結 構 的 角 度 看 “ 電 現(xiàn) 象 ” 原 子 的 質 子 數 與 核 外 電 子 數 是 相 等 的 。 例 如 碳 原 子 ， 核 外電 子 有 6個 ， 質 子 也 是 6個 。 這 樣 ， 它 對 外 不 顯 電 性 。 原 子 核 內 部 的 質 子 和 中 子 被 核 力 緊 密 地 束 縛 在 一 起 。 核 力來 源 于 強 相 互 作 用 ， 所 以 原 子 核 的

6、 結 構 一 般 是 很 穩(wěn) 定 的 。 核 外 的 電 子 靠 質 子 的 吸 引 力 維 系 在 原 子 核 附 近 。 通 常 離 原子 核 較 遠 的 電 子 收 到 的 束 縛 較 小 ， 容 易 受 到 外 界 的 作 用 而 脫 離原 子 。 當 兩 個 物 體 相 互 摩 擦 時 ， 一 些 束 縛 得 不 緊 的 電 子 往 往 從 一 個物 體 轉 移 到 另 一 個 物 體 ， 于 是 原 來 電 中 性 的 物 體 由 于 得 到 電 子而 帶 負 電 ， 失 去 電 子 的 物 體 則 帶 正 電 。 這 就 是 “ 摩 擦 起 電 ” （ electrificati

7、on by friction） 的 原 因 。 三 、 從 物 質 微 觀 結 構 的 角 度 看 “ 電 現(xiàn) 象 ”思考：1、用絲綢摩擦玻璃棒時，電子是怎樣轉移的？哪個失去了電子？哪個又得到了電子？用毛皮摩擦橡膠棒呢？2、電荷就是原子內部的質子和電子嗎？正電荷就是質子、負電荷就是電子？ 絲 綢 摩 擦 玻 璃 棒 ， 電 子 由 玻 璃 棒 轉 移 到 絲 綢 上 。 玻 璃 棒 失去 電 子 ， 帶 正 電 ， 絲 綢 得 到 電 子 ， 帶 負 電 。 毛 皮 摩 擦 橡 膠 棒 ， 電 子 由 毛 皮 轉 移 到 橡 膠 棒 上 。 毛 皮 失 去電 子 ， 帶 正 電 ， 玻 璃 棒

8、 得 到 電 子 ， 帶 負 電 。 電 子 和 質 子 是 實 際 的 微 觀 粒 子 ， 電 荷 是 這 些 基 本 粒 子 的 一 種 屬 性 。 離 開 了 這 些 基 本 粒 子 ， 電 荷 根 本 就 不 存 在 。 三 、 從 物 質 微 觀 結 構 的 角 度 看 “ 電 現(xiàn) 象 ”鋁和鐵的原子結構示意圖：鋁鐵 不 同 物 質 的 微 觀 結 構 不 同 ， 原 子 中 電 子 的 多 少 和 運 動 情 況 也不 相 同 。 不 僅 如 此 ， 當 大 量 原 子 或 分 子 組 成 大 塊 物 體 時 ， 由 于 原子 或 分 子 間 的 相 互 作 用 ， 原 子 中 電

9、 子 的 運 動 狀 況 也 會 有 所 變 化 。 例 如 ， 金 屬 中 離 原 子 核 最 遠 的 電 子 往 往 會 脫 離 原 子 核 的 束 縛而 在 金 屬 中 自 由 活 動 ， 這 種 電 子 叫 做 自 由 電 子 （ free electron） 。失 去 這 種 電 子 的 原 子 便 成 為 帶 正 電 的 離 子 （ ion） 。 這 些 離 子 在 金 屬 內 部 排 列 起 來 ， 每 個 正 離 子 都 在 自 己 的 平 衡位 置 上 振 動 而 不 移 動 ， 只 有 自 由 電 子 穿 梭 其 中 。 這 就 使 金 屬 成 為 導 體 。 四 、 利

10、用 電 荷 “ 同 性 相 斥 ” 判 斷 物 體 是 否 帶 電演示實驗5：范式起電機的金屬球帶電后，輕輕地把雙手放在帶電的球上，突然，你的頭發(fā)全部飛揚起來。簡直就是“怒發(fā)沖冠”。演示實驗6：用毛皮摩擦橡膠棒后，把橡膠棒和驗電羽上的金屬球接觸， 發(fā)現(xiàn)驗電羽上的紅色線都張開了。 四 、 利 用 電 荷 “ 同 性 相 斥 ” 判 斷 物 體 是 否 帶 電驗電器：玻璃瓶內有兩片金屬箔，用金屬絲掛在一條導體棒的下端，棒的上端通過瓶塞從瓶口伸出。 靜電計：把金屬箔換成指針，并用金屬做外殼。 五 、 感 應 起 電 （ electrostatic induction）演示實驗7：取一對用絕緣柱支撐的

11、導體A和B，使它們彼此接觸。起初它們不帶電，帖在下部的金屬箔是閉合的。（1）把帶正電荷的物體C移近導體A，金屬箔有什么變化？（2）這時把A和B分開，然后移去C，金屬箔又有什么變化？（3）再讓A和B接觸，又會看到什么現(xiàn)象？利用金屬結構的模型，解釋看到的現(xiàn)象?，F(xiàn)象：（1）張開（2）仍然張開 （3）閉合 五 、 感 應 起 電 （ electrostatic induction） 當 一 個 帶 電 體 靠 近 導 體 時 ， 由 于 電 荷 間 相 互 吸 引 或 排 斥 ，導 體 中 的 自 由 電 荷 便 會 趨 向 或 遠 離 帶 電 體 ， 使 導 體 靠 近 帶 電 體的 一 端 帶 異

12、 號 電 荷 ， 遠 離 帶 電 體 的 一 端 帶 同 號 電 荷 。 這 種 現(xiàn) 象叫 做 靜 電 感 應 。 利 用 靜 電 感 應 使 金 屬 導 體 帶 電 的 過 程 叫 做 感 應起 電 （ electrification by induction） 。 三 種 帶 電 方 式 ： 摩 擦 起 電感 應 起 電接 觸 起 電演示實驗8：當帶電體與驗電器的上端接觸時，驗電器的金屬箔 會張開。若不接觸，只是靠近，金屬箔是否張開？ 六 、 電 荷 守 恒 定 律 電 荷 即 不 能 創(chuàng) 造 ， 也 不 能 消 失 ， 只 能 從 一 個 物 體 轉 移 到 另一 個 物 體 ， 或 者

13、 從 物 體 的 一 部 分 轉 移 到 另 一 部 分 ； 在 轉 移 過 程中 ， 電 荷 的 總 量 保 持 不 變 。 這 個 結 論 叫 做 電 荷 守 恒 定 律 （ law of conservation of electric charge） 一 個 與 外 界 沒 有 電 荷 交 換 的 系 統(tǒng) ， 電 荷 的 代 數 和 總 是 保 持不 變 的 。 七 、 元 電 荷 迄 今 為 止 ， 自 然 界 中 最 小 電 荷 量 物質由分子或原子構成，原子又由原子核和核外電子構成，原子核里有帶電的質子和不帶電的中子。我們可以這樣認為，物質由大量的質子、中子、電子組成。只有物質的

14、正電荷和負電荷一樣多，物質對外才不顯電性！ 對于任何原子而言，核內有幾個質子，核外就有幾個電子。這說明盡管質子和電子所帶電荷不同種類，但多少是相等的。 電 荷 的 多 少 叫 電 荷 量 （ electric quantity） ， 國 際 單 位 制度 中 ， 電 荷 量 的 單 位 是 庫 倫 （ coulomb） ， 簡 稱 庫 ， 用 C表 示 。正 電 荷 的 電 荷 量 為 正 值 ， 負 電 荷 的 電 荷 量 為 負 值 。 思考：你知道帶電物體最少要帶多少庫倫的電荷量嗎？ 七 、 元 電 荷 電 荷 量 的 最 小 單 位 迄 今 為 止 ， 科 學 實 驗 發(fā) 現(xiàn) 的 最

15、小 電 荷 量 就 是 電 子 所 帶 的電 荷 量 。 質 子 、 正 電 子 所 帶 的 電 荷 量 與 之 相 等 ， 但 符 號 相 反 。任 何 帶 電 物 體 所 帶 電 荷 量 是 最 小 電 荷 量 的 整 數 倍 。 我 們 稱 這個 最 小 電 荷 量 為 元 電 荷 （ elementary charge） ， 用 e表 示 。密 立 根 Millikan （ 1868 1953） 密 立 根 利 用 油 滴 實 驗 測 量 出 電 子 的 電荷 量 ， 獲 得 1932年 的 諾 貝 爾 物 理 學 獎 。 在計 算 中 ， 我 們 可 以 取 C1060.1 19e 電 子 的 電 荷 量 e與 電 子 的 質 量 me之 比 ，叫 做 電 子 的 比 荷 （ specific charge） 。