《電荷及其守恒定律》(課件).ppt

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1、電荷及其守恒定律,人教版選修3-1-1《靜電場》,2008~2009學年度（上）,“頓牟掇芥，磁石引針?！薄醭洹墩摵狻?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(jīng)歷了兩千多年。,electricity的來歷16世紀，英王御醫(yī)吉爾伯特根據(jù)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：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(jīng)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(shè)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。,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(zhì)，如琥珀、玻璃棒、橡膠棒……等，經(jīng)過毛皮或絲綢摩擦后，能吸引輕小物體，我們就說這些物質(zhì)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”（positivecharge）和“負電荷”（negativecharge）的概念，一直沿用至今。自然界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(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的角度分析“帶電”原因,水由大量水分子構(gòu)成有的物質(zhì)直接由原子構(gòu)成,原子由原子核和核外電子構(gòu)成,,核外電子帶負電荷質(zhì)子和中子構(gòu)成原子核質(zhì)子帶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(jīng)過適當?shù)哪Σ敛判心兀?物質(zhì)本身就是由大量帶電的微粒構(gòu)成的！,三、從物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的角度看“電現(xiàn)象”,原子的質(zhì)子數(shù)與核外電子數(shù)是相等的。例如碳原子，核外電子有6個，質(zhì)子也是6個。這樣，它對外不顯電性。,原子核內(nèi)部的質(zhì)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，所以原子核的結(jié)構(gòu)一般是很穩(wěn)定的。,核外的電子靠質(zhì)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(zhuǎn)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”（electrificationbyfriction）的原因。,三、從物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)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(nèi)部的質(zhì)子和電子嗎？正電荷就是質(zhì)子、負電荷就是電子？,絲綢摩擦玻璃棒，電子由玻璃棒轉(zhuǎn)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(zhuǎn)移到橡膠棒上。毛皮失去電子，帶正電，玻璃棒得到電子，帶負電。,電子和質(zhì)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(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的角度看“電現(xiàn)象”,鋁和鐵的原子結(jié)構(gòu)示意圖：,鋁,鐵,不同物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)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（freeelectron）。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(nèi)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(nèi)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（electrostaticinduction）,演示實驗7：取一對用絕緣柱支撐的導體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(jié)構(gòu)的模型，解釋看到的現(xiàn)象。,現(xiàn)象：（1）張開,（2）仍然張開,（3）閉合,五、感應起電（electrostaticinduction）,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（electrificationbyinduction）。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,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(zhuǎn)移到另一個物體，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。這個結(jié)論叫做電荷守恒定律（lawofconservationofelectriccharge）,一個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。,七、元電荷——迄今為止，自然界中最小電荷量,物質(zhì)由分子或原子構(gòu)成，原子又由原子核和核外電子構(gòu)成，原子核里有帶電的質(zhì)子和不帶電的中子。我們可以這樣認為，物質(zhì)由大量的質(zhì)子、中子、電子組成。只有物質(zhì)的正電荷和負電荷一樣多，物質(zhì)對外才不顯電性！對于任何原子而言，核內(nèi)有幾個質(zhì)子，核外就有幾個電子。這說明盡管質(zhì)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（electricquantity），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)的最小電荷量就是電子所帶的電荷量。質(zhì)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(shù)倍。我們稱這個最小電荷量為元電荷（elementarycharge），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,電子的電荷量e與電子的質(zhì)量me之比，叫做電子的比荷（specificcharge）。,