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1、電荷及其守恒定律,人教版選修3-1-1《靜電場(chǎng)》,2008~2009學(xué)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(guò)的琥珀吸引輕小物體的現(xiàn)象,這是一個(gè)我們認(rèn)為隨處可見(jiàn)的現(xiàn)象，但從人類(lèi)偶爾注意到它，到慎重地記錄下來(lái)，然后到有意識(shí)地尋找并歸納同類(lèi)現(xiàn)象，再到試圖去解釋?zhuān)ズ侠碛行У乩谩?jīng)歷了兩千多年。,electricity的來(lái)歷16世紀(jì)，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(gè)單詞。,一、摩擦起電現(xiàn)象,演示實(shí)驗(yàn)1：用塑料梳子，在頭發(fā)上摩擦幾下，離開(kāi)頭發(fā)，再逐漸靠近頭發(fā)，發(fā)現(xiàn)頭發(fā)被吸引起來(lái)。（生活經(jīng)驗(yàn)）,演示實(shí)驗(yàn)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(gè)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(shí)驗(yàn)條件，可以使摩擦起電效果更明顯？,2、可否設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)自己的猜測(cè)？,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(shí)驗(yàn)3：超市的購(gòu)物袋有時(shí)很不容易撐開(kāi)，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(kāi)了。,演示實(shí)驗(yàn)4：用被絲綢摩擦過(guò)的玻璃接觸兩個(gè)靠近懸掛的泡沫小球，發(fā)現(xiàn)兩個(gè)小球相互排斥。若分別用摩擦過(guò)的玻璃棒和橡膠棒接觸這兩個(gè)小球，發(fā)現(xiàn)小球相互吸引。,思考：1、小球?yàn)槭裁磿?huì)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(lèi),許多物質(zhì)，如琥珀、玻璃棒、橡膠棒……等，經(jīng)過(guò)毛皮或絲綢摩擦后，能吸引輕小物體，我們就說(shuō)這些物質(zhì)帶了電荷。早期人們正是通過(guò)這種力的效應(yīng)定義了“電荷”這個(gè)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(guó)物理學(xué)家富蘭克林人為地定義了“正電荷”（positivecharge）和“負(fù)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(guò)的玻璃棒所帶的電荷，用“+”表示。負(fù)電荷：被毛皮摩擦過(guò)的橡膠棒所帶的電荷，用“-”表示。實(shí)驗(yàn)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(shuō)物體“帶電”了？,三、從物質(zhì)微觀(guān)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(fù)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(guò)適當(dāng)?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(guān)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(gè)，質(zhì)子也是6個(gè)。這樣，它對(duì)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(lái)源于強(qiáng)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(yuǎn)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(dāng)兩個(gè)物體相互摩擦?xí)r，一些束縛得不緊的電子往往從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，于是原來(lái)電中性的物體由于得到電子而帶負(fù)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(guān)結(jié)構(gòu)的角度看“電現(xiàn)象”,思考：1、用絲綢摩擦玻璃棒時(shí)，電子是怎樣轉(zhuǎn)移的？哪個(gè)失去了電子？哪個(gè)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(fù)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(fù)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(fù)電。,電子和質(zhì)子是實(shí)際的微觀(guān)粒子，電荷是這些基本粒子的一種屬性。離開(kāi)了這些基本粒子，電荷根本就不存在。,三、從物質(zhì)微觀(guān)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(guān)結(jié)構(gòu)不同，原子中電子的多少和運(yùn)動(dòng)情況也不相同。不僅如此，當(dāng)大量原子或分子組成大塊物體時(shí)，由于原子或分子間的相互作用，原子中電子的運(yùn)動(dòng)狀況也會(huì)有所變化。例如，金屬中離原子核最遠(yuǎn)的電子往往會(huì)脫離原子核的束縛而在金屬中自由活動(dòng)，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(lái)，每個(gè)正離子都在自己的平衡位置上振動(dòng)而不移動(dòng)，只有自由電子穿梭其中。這就使金屬成為導(dǎo)體。,四、利用電荷“同性相斥”判斷物體是否帶電,演示實(shí)驗(yàn)5：范式起電機(jī)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(yáng)起來(lái)。簡(jiǎn)直就是“怒發(fā)沖冠”。,演示實(shí)驗(yàn)6：用毛皮摩擦橡膠棒后，把橡膠棒和驗(yàn)電羽上的金屬球接觸，發(fā)現(xiàn)驗(yàn)電羽上的紅色線(xiàn)都張開(kāi)了。,四、利用電荷“同性相斥”判斷物體是否帶電,驗(yàn)電器：玻璃瓶?jī)?nèi)有兩片金屬箔，用金屬絲掛在一條導(dǎo)體棒的下端，棒的上端通過(guò)瓶塞從瓶口伸出。靜電計(jì)：把金屬箔換成指針，并用金屬做外殼。,五、感應(yīng)起電（electrostaticinduction）,演示實(shí)驗(yàn)7：取一對(duì)用絕緣柱支撐的導(dǎo)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(dǎo)體A，金屬箔有什么變化？（2）這時(shí)把A和B分開(kāi)，然后移去C，金屬箔又有什么變化？（3）再讓A和B接觸，又會(huì)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(kāi),（2）仍然張開(kāi),（3）閉合,五、感應(yīng)起電（electrostaticinduction）,當(dāng)一個(gè)帶電體靠近導(dǎo)體時(shí)，由于電荷間相互吸引或排斥，導(dǎo)體中的自由電荷便會(huì)趨向或遠(yuǎn)離帶電體，使導(dǎo)體靠近帶電體的一端帶異號(hào)電荷，遠(yuǎn)離帶電體的一端帶同號(hào)電荷。這種現(xiàn)象叫做靜電感應(yīng)。利用靜電感應(yīng)使金屬導(dǎo)體帶電的過(guò)程叫做感應(yīng)起電（electrificationbyinduction）。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,摩擦起電,感應(yīng)起電,接觸起電,演示實(shí)驗(yàn)8：當(dāng)帶電體與驗(yàn)電器的上端接觸時(shí)，驗(yàn)電器的金屬箔會(huì)張開(kāi)。若不接觸，只是靠近，金屬箔是否張開(kāi)？,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(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(guò)程中，電荷的總量保持不變。這個(gè)結(jié)論叫做電荷守恒定律（lawofconservationofelectriccharge）,一個(gè)與外界沒(méi)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(rèn)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(fù)電荷一樣多，物質(zhì)對(duì)外才不顯電性！對(duì)于任何原子而言，核內(nèi)有幾個(gè)質(zhì)子，核外就有幾個(gè)電子。這說(shuō)明盡管質(zhì)子和電子所帶電荷不同種類(lèi)，但多少是相等的。,電荷的多少叫電荷量（electricquantity），國(guó)際單位制度中，電荷量的單位是庫(kù)倫（coulomb），簡(jiǎn)稱(chēng)庫(kù)，用C表示。正電荷的電荷量為正值，負(fù)電荷的電荷量為負(fù)值。,思考：你知道帶電物體最少要帶多少庫(kù)倫的電荷量嗎？,七、元電荷——電荷量的最小單位,迄今為止，科學(xué)實(shí)驗(yàn)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(hào)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(chēng)這個(gè)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(shí)驗(yàn)測(cè)量出電子的電荷量，獲得1932年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。在計(jì)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）。,