高二物理人教版選修3-1課件 《電荷及其守恒定律》

歡迎進(jìn)入物理課堂 電荷亦稱電 是實(shí)物的一種屬性 人們對(duì)電的認(rèn)識(shí)最初來自摩擦起電現(xiàn)象和自然界的雷電現(xiàn)象 例如 在公元3世紀(jì) 我國晉朝張華的 博物志 中就有記載 今人梳頭 解著衣 有隨梳解結(jié) 有光者 亦有咤聲 這是世界上關(guān)于摩擦起電引起閃光和噼啪之聲的較早記載 古人發(fā)現(xiàn) 用毛皮摩擦過的琥珀能夠吸引羽毛 頭發(fā)等輕小物體 隨后人們進(jìn)一步發(fā)現(xiàn) 摩擦后能夠吸引輕小物體的現(xiàn)象并不是琥珀所獨(dú)有的 像玻璃棒 火漆棒 硬橡膠棒 硫磺塊或水晶塊等 用毛皮或絲綢摩擦后也能吸引輕小物體 凡是物體有了上述吸引輕小物體的性質(zhì) 我們就說它帶了電 當(dāng)時(shí)因認(rèn)識(shí)水平有限 人們還并不明了電的本質(zhì) 認(rèn)為電是依附在物體上的 因而把它稱為電荷 并把電荷的攜帶者稱為帶電體 習(xí)慣上也常常把帶電的微粒叫電荷 例如運(yùn)動(dòng)電荷 自由電荷等 這種名稱一直沿用到現(xiàn)在 實(shí)驗(yàn)證明 自然界中只存在兩種性質(zhì)的電荷 而且同種電荷互相排斥 異種電荷互相吸引 為了區(qū)別兩種電荷 歷史上由美國富蘭克林首先提出 把用毛皮摩擦過的硬橡膠棒所帶的電荷叫負(fù)電荷 而把綢子摩擦過的玻璃棒所帶的電荷叫正電荷 這種規(guī)定完全是人為的 并具有相對(duì)性 但國際上一直沿用到今天 一 電荷 電荷是一種物質(zhì)屬性 自然界中有兩種電荷 正電荷和負(fù)電荷 電荷性質(zhì) 同種電荷相互排斥 異種電荷相互吸引 現(xiàn)代科學(xué)早已把物質(zhì)結(jié)構(gòu)的秘密揭開 物質(zhì)都是由分子組成 而分子由原子組成 原子是由一個(gè)帶正電的原子核和一定數(shù)目的繞核運(yùn)動(dòng)的帶負(fù)電的電子組成 原子核所帶正電量的總數(shù)與核外所有電子的負(fù)電量總數(shù)是相等的 且正電荷 負(fù)電荷分布的中心 常稱電荷中心 重合 因而 在通常情況下 整個(gè)原子呈電中性 所謂不帶電 當(dāng)原子因某種原因 如摩擦 受熱 化學(xué)變化等 而失去一個(gè)或幾個(gè)電子時(shí) 原子就顯為 帶正電 獲得額外電子時(shí) 就顯為 帶負(fù)電 所以 實(shí)質(zhì)上物體的帶電過程就是電子的得失過程 比如用絲綢摩擦過的玻璃棒所帶的正電荷 實(shí)質(zhì)上就是由于兩者摩擦 組成玻璃棒的原子上的若干電子轉(zhuǎn)移到絲綢上 使玻璃棒失去電子帶正電 而絲綢得到電子帶負(fù)電 把帶正電荷的C球移近彼此接觸的導(dǎo)體A和B 可以看到A B上的金屬箔片都張開 這表明A B都帶上了電荷 如果先把C移走 A和B上的金屬箔片就會(huì)閉合 如果先把A和B分開 再移走C 可以看到A B上的金屬箔片仍張開 接著讓A和B接觸 它們的金屬箔片都閉合 這證明A和B分開后所帶的是異種等量的電荷 重新接觸后等量異種電荷發(fā)生中和 使物體帶電的方法 1 摩擦起電 2 感應(yīng)起電 感應(yīng)起電 swf 2 感應(yīng)起電 利用靜電感應(yīng)使物體帶電 叫做感應(yīng)起電 摩擦起電 swf 1 靜電感應(yīng) 把電荷移近不帶電的導(dǎo)體 可以使導(dǎo)體帶電的現(xiàn)象 叫做靜電感應(yīng) 3 靜電感應(yīng)的原因 把帶電球C移近金屬導(dǎo)體A和B時(shí) 導(dǎo)體上的自由電子被吸引過來 因此導(dǎo)體A和B帶上了等量的異種電荷 感應(yīng)起電沒有創(chuàng)造電荷 而是使物體中的正負(fù)電荷分開 將電荷從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分 是否只有當(dāng)帶電體與導(dǎo)體棒的上端直接接觸時(shí) 金屬箔片才開始張開 解釋下面將要看到的現(xiàn)象 驗(yàn)電器1 swf 驗(yàn)電器2 swf 二 電荷守恒定律 電荷既不能創(chuàng)造 也不能消滅 只能從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體 或者從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分 在轉(zhuǎn)移過程中 電荷的總量保持不變 電荷守恒定律是大量實(shí)驗(yàn)事實(shí)的總結(jié) 適用于迄今所知的一切宏觀過程和微觀過程 質(zhì)子和電子是正負(fù)電荷的基本單元 在各種物理過程中 電子和質(zhì)子總數(shù)不變 只是組合方式或所在位置有所改變 因而電荷守恒是十分自然的 值得指出的 近代物理學(xué)發(fā)現(xiàn)了大量有關(guān)基本粒子互相轉(zhuǎn)化的事實(shí) 例如正 負(fù)電子e e 對(duì)撞湮沒 產(chǎn)生兩個(gè) 光子 在這些過程中 出現(xiàn)了電荷的消失或產(chǎn)生 但反應(yīng)物的總電荷等于生成物的總電荷 電荷仍守恒 這意味著電荷守恒具有更深刻的根源 物理學(xué)的基本定律之一 它指出 對(duì)于一個(gè)孤立系統(tǒng) 不論發(fā)生什么變化 其中所有電荷的代數(shù)和永遠(yuǎn)保持不變 電荷守恒定律表明 如果某一區(qū)域中的電荷增加或減少了 那么必定有等量的電荷進(jìn)入或離開該區(qū)域 如果在一個(gè)物理過程中產(chǎn)生或消失了某種符號(hào)的電荷 那么必定有等量的異號(hào)電荷同時(shí)產(chǎn)生或消失 因此 電荷守恒定律又可表示為 一個(gè)與外界沒有電荷交換的系統(tǒng) 電荷的代數(shù)和總是保持不變的 元電荷的數(shù)值最早是由美國科學(xué)家密立根用實(shí)驗(yàn)測(cè)得到的 盡管質(zhì)子 電子的電荷量的數(shù)值皆為 但它們不叫元電荷 它們電荷量的絕對(duì)值才叫元電荷 比較電荷帶電的多少 要比較的是其電荷量的絕對(duì)值 絕對(duì)值大的帶電多 盡管電荷量有正負(fù)值 正號(hào)一般省略 要知道這里的 號(hào)代表電荷的性質(zhì) 種類 與數(shù)學(xué)中的正負(fù)號(hào)的含義不同 一般 正電荷的電量用正值表示 負(fù)電荷的電量用負(fù)值表示 三 元電荷 電荷是實(shí)物的一種屬性 電荷的多少叫電荷量 電荷量是指物體帶電的多少 常常簡(jiǎn)稱電量 電量是電荷的定量基度 帶電體是指處于帶電狀態(tài)的物體 電荷 電量 帶電體三個(gè)詞往往不加區(qū)分地使用 其中電荷一詞用得最廣 在某些情況下 電荷實(shí)際指帶電體本身 電荷量的國際單位是 C 例1 科學(xué)家在研究原子 原子核及基本粒子時(shí) 為了方便 常常用元電荷作為電量的單位 關(guān)于元電荷 下列論述正確的是 A 把質(zhì)子或電子叫元電荷 B 1 60 10 19C的電量叫元電荷 C 電子帶有最小的負(fù)電荷 其電量的絕對(duì)值叫元電荷 D 質(zhì)子帶有最小的正電荷 其電量的絕對(duì)值叫元電荷 答案 B C D 例2 有A B C三個(gè)塑料小球 A和B B和C C和A間都是相互吸引的 如果A帶正電 則 A B C球均帶負(fù)電B B球帶負(fù)電 C球帶正電C B C球中必有一個(gè)帶負(fù)電 而另一個(gè)不帶電D B C球都不帶電 答案 C 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全