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1、电荷及其守恒定律新课标高中物理选修31第一章 静电场电荷亦称电，是实物的一种性质人们对电的认识最初来自摩擦起电现象和自然界的雷电现象例如，在公元3世纪，我国晋朝张华的博物志中就有记载：“今人梳头，解着衣，有随梳解结，有光者，亦有咤声”这是世界上关于摩擦起电引起闪光和噼啪之声的较早记载古人发现，用毛皮摩擦过的琥珀能够吸引羽毛、头发等轻小物体随后人们进一步发现，摩擦后能够吸引轻小物体的现象并不是琥珀所独有的，像玻璃棒、火漆棒、硬橡胶棒、硫磺块或水晶块等，用毛皮或丝绸摩擦后也能吸引轻小物体凡是物体有了上述吸引轻小物体的性质，我们就说它带了电一、电荷？自然界中有几种电荷？它们间的相互作自然界中有几种电
2、荷？它们间的相互作用如何？用如何？1.两种电荷两种电荷用毛皮摩擦过的橡胶棒带用毛皮摩擦过的橡胶棒带负负电电;用丝绸摩擦过的玻璃棒带用丝绸摩擦过的玻璃棒带正正电电.2.两种电荷间的相互作用两种电荷间的相互作用同同种电荷相互排种电荷相互排斥斥；异异种电荷相互种电荷相互吸吸引。引。一、电荷？一般情况下物体不带电，不带电的物体一般情况下物体不带电，不带电的物体内部是否存在电荷？内部是否存在电荷？原子的构成原子的构成 原子原子原子核原子核核外电子核外电子质子质子中子中子（正电正电）（不带电（不带电）核外电子核外电子 离原子核较远的电子容易受到外界的作用而脱离离原子核较远的电子容易受到外界的作用而脱离原子
3、原子 物质的微观结构是怎样的物质的微观结构是怎样的？（中性）（中性）（负电负电）（正电正电）使物体带电的方法：1、摩擦起电实质：实质：电子从一个物体电子从一个物体转移转移到另到另一个物体上，得到电子带一个物体上，得到电子带负电，失去电子带正电。负电，失去电子带正电。使物体带电的方法：使物体带电的方法：2、感应起电静电感应静电感应：把电荷移近不带电的导体，可以使：把电荷移近不带电的导体，可以使导体带电的现象，叫做静电感应。导体带电的现象，叫做静电感应。实质：实质：电荷从物体的一部分电荷从物体的一部分转移转移到另一部分到另一部分感应起电感应起电：利用静电感应使金属导体带电的过：利用静电感应使金属导
4、体带电的过程，叫做感应起电。程，叫做感应起电。使物体带电的方法：3、接触带电接触后接触后再分开再分开+Q+Q接触后接触后再分开再分开Q3QQQ实质：电荷从一个物体实质：电荷从一个物体转移转移到另一个物体到另一个物体三种带电方式三种带电方式(1)摩擦起电：摩擦起电： 正负电荷的分开和转移正负电荷的分开和转移 (2)感应起电：感应起电：电荷从物体的一部分转移到另一部分电荷从物体的一部分转移到另一部分 (3)接触起电：接触起电：电荷从一个物体转移到另一个物体电荷从一个物体转移到另一个物体起电的本质：起电的本质： 无论是哪种起电方式无论是哪种起电方式, ,其本其本质都是将正、负电荷分开质都是将正、负电
5、荷分开, ,使电荷使电荷发生转移，并不是创造电荷发生转移，并不是创造电荷。二、电荷守恒定律电荷既不能创造，也不能消灭，只能从一个物体转移到另一个物体，或者从物体的一部分转移到另一部分，在转移过程中，电荷的总量保持不变。电荷守恒定律是大量实验事实的总结，适用于迄今所知的一切宏观过程和微观过程。质子和电子是正负电荷的基本单元。在各种物理过程中，电子和质子总数不变，只是组合方式或所在位置有所改变，因而电荷守恒是十分自然的.值得指出的，近代物理学发现了大量有关基本粒子互相转化的事实。例如正、负电子e+、e-对撞湮没，产生两个光子；在这些过程中，出现了电荷的消失或产生，但反应物的总电荷等于生成物的总电荷
6、，电荷仍守恒。这意味着电荷守恒具有更深刻的根源。三、元电荷电荷是实物的一种属性 电荷的多少叫电荷量电荷量是指物体带电的多少，常常简称电量电量是电荷的定量基度带电体是指处于带电状态的物体电荷、电量、带电体三个词往往不加区分地使用，其中电荷一词用得最广在某些情况下，电荷实际指带电体本身电荷量的国际单位是：C三、元电荷元电荷的数值最早是由美国科学家密立根用实验测得到的尽管质子、电子的电荷量的数值皆为 ，但它们不叫元电荷，它们电荷量的绝对值才叫元电荷比较电荷带电的多少，要比较的是其电荷量的绝对值，绝对值大的带电多尽管电荷量有正负值（正号一般省略），要知道这里的“”、“”号代表电荷的性质（种类），与数学
7、中的正负号的含义不同一般，正电荷的电量用正值表示，负电荷的电量用负值表示 三、元电荷三、元电荷小小 结结1 1、自然界存在两者电荷、自然界存在两者电荷（1 1）正电荷：丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷）正电荷：丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷 （2 2）负电荷：毛皮摩擦过的橡胶棒所带的电荷）负电荷：毛皮摩擦过的橡胶棒所带的电荷2 2、使物体带电的方式带电方式、使物体带电的方式带电方式(1)(1)摩擦起电：摩擦起电： 电子从一个物体转移到另一个物体电子从一个物体转移到另一个物体(2)(2)接触起电：电荷从一个物体转移到另一个物体接触起电：电荷从一个物体转移到另一个物体(3)(3)感应起电：电荷从物体的一
8、部分转移到另一部分感应起电：电荷从物体的一部分转移到另一部分 3 3、电荷守恒定律：、电荷守恒定律：电荷既不能创造电荷既不能创造, ,也不能消灭也不能消灭, ,它只它只能从一个物体转移到另一个物体能从一个物体转移到另一个物体, ,或从物体的一部分或从物体的一部分转移到另一部分转移到另一部分, ,在转移的过程中，系统的电荷总数在转移的过程中，系统的电荷总数保持不变保持不变. .小小 结结4 4、所有带电体的电量等于电荷量、所有带电体的电量等于电荷量e e或电荷量或电荷量e e的整数倍的整数倍5 5、电荷量、电荷量e e：指电子（或质子）的电荷量，称为元电荷：指电子（或质子）的电荷量，称为元电荷6
9、 6、比荷：带电体的电荷量与其质量的比值、比荷：带电体的电荷量与其质量的比值例1：科学家在研究原子、原子核及基本粒子时，为了方便，常常用元电荷作为电量的单位，关于元电荷，下列论述正确的是：A、把质子或电子叫元电荷B、1.6010-19C的电量叫元电荷C、电子带有最小的负电荷，其电量的绝对值叫元电荷D、质子带有最小的正电荷，其电量的绝对值叫元电荷答案：B、C、D 例2：有A、B、C三个塑料小球，A和B，B和C，C和A间都是相互吸引的，如果A带正电，则 ：AB、C球均带负电BB球带负电，C球带正电CB、C球中必有一个带负电，而另一个不带电DB、C球都不带电答案：C课堂训练3 3、如图所示，导体棒、
10、如图所示，导体棒ABAB靠近带正电的导体靠近带正电的导体Q Q放置用手接触放置用手接触B B端，移去手指再移去端，移去手指再移去Q Q，ABAB带何种电荷带何种电荷 _ _ 若手的接触若手的接触点改在点改在A A端，情况又如何端，情况又如何_ _ 。负电荷负电荷负电荷负电荷课堂训练4、绝缘细线上端固定，下端悬挂一轻质小球、绝缘细线上端固定，下端悬挂一轻质小球a，a的表面镀有铝膜在的表面镀有铝膜在a的近旁有一绝缘的近旁有一绝缘金属球金属球b，开始时，开始时a、b都不带电，如图所示都不带电，如图所示现使现使b带电，则（带电，则（）A、a、b之间不发生相互作用之间不发生相互作用B、b将吸引将吸引a，
11、吸住后不放开，吸住后不放开C、b立即把立即把a排斥开排斥开D、b先吸引先吸引a，接触后又把，接触后又把a排斥开排斥开D新课标高中物理选修新课标高中物理选修31第一章第一章 静电静电场场1.2库仑定律库仑定律既然电荷之间存在相互作用，那么电荷之间既然电荷之间存在相互作用，那么电荷之间相互作用力的大小决定于那些因素呢相互作用力的大小决定于那些因素呢同种电荷相互排斥、同种电荷相互排斥、异种电荷相互吸引异种电荷相互吸引。早在我国东汉时期人们就掌握了电荷间相早在我国东汉时期人们就掌握了电荷间相互作用的定性规律互作用的定性规律,定量讨论电荷间相互定量讨论电荷间相互作用则是两千年后的法国物理学家库仑作用则是
12、两千年后的法国物理学家库仑.库仑做了大量实验库仑做了大量实验,于于1785年得出了库仑年得出了库仑定律定律.影响两点电荷间作用力的因素：距离和电荷量 实验表明，电荷之间的作用力随着电荷量的增大而增大，随着距离的增大而减小。库仑定律库仑定律真空中两个静止点电荷之间的相互作用力，真空中两个静止点电荷之间的相互作用力，与它们的电荷量的乘积成正比，与它们的距与它们的电荷量的乘积成正比，与它们的距离的二次方成反比，作用力的方向在它们的离的二次方成反比，作用力的方向在它们的连线上。连线上。电荷间相互作用力叫做电荷间相互作用力叫做静电力静电力或或库仑力库仑力.大小：大小：适用范围：适用范围：1.真空中；真空
13、中；2.点电荷点电荷.其中其中K叫静电力常量：叫静电力常量：k=9.0109Nm2/C2是由实验测定出来的是由实验测定出来的点电荷是实际带电体在一定条件下的抽象，点电荷是实际带电体在一定条件下的抽象，是为了简化某些问题的讨论而引进的一个理是为了简化某些问题的讨论而引进的一个理想化的模型。想化的模型。在研究带电体间的相互作用时，在研究带电体间的相互作用时，如果带电体之间的距离远大于它们本身的大如果带电体之间的距离远大于它们本身的大小以致电体的形状、大小以及电荷分布状小以致电体的形状、大小以及电荷分布状况对它们之间相互作用力的影响甚小，这样况对它们之间相互作用力的影响甚小，这样的带电体就可以看作带
14、电的点，并称它为点的带电体就可以看作带电的点，并称它为点电荷。电荷。但点电荷本身的线度不一定很小，它但点电荷本身的线度不一定很小，它所带的电量也可以很大。点电荷这个概念与所带的电量也可以很大。点电荷这个概念与力学中的力学中的“质点质点”类似。类似。点电荷点电荷典型例题例1、关于点电荷的下列说法中正确的是：A. .真正的点电荷是不存在的B . .点电荷是一种理想模型C . .足够小（如体积小于1）的电荷就是 点电荷D . .一个带电体能否看成点电荷，不是看它的尺寸大小，而是看它的形状和大小对所研究的问题的影响是否可以忽略不计答案：A、B、D 从例题可以看出：电子和质子的静电力是它们间万有引力的2
15、.31039倍.正因如此,以后在研究带电微粒间相互作用时,经常忽略万有引力. 库仑定律和万有引力定律都遵从平方反比规律,人们至今还不能说明它们的这种相似性,物理学家还在继续研究.典型例题例2、例3、图1.2-3库仑扭秤库仑的实验库伦做实验用的装置叫做库伦扭秤。库伦做实验用的装置叫做库伦扭秤。如图，细银丝的下端悬挂一根绝缘棒，如图，细银丝的下端悬挂一根绝缘棒，棒的一端是一个带电的金属小球棒的一端是一个带电的金属小球A，另，另一端有一个不带电的球与一端有一个不带电的球与A球的重力平球的重力平衡。当把另一个带电的小球衡。当把另一个带电的小球C插入容器插入容器并使它靠近并使它靠近A时，时，A和和C之间
16、的作用力之间的作用力使悬丝扭转，通过悬丝扭转的角度可以使悬丝扭转，通过悬丝扭转的角度可以比较力的大小。比较力的大小。1、保持、保持A、C两球的带电量不变，改变两球的带电量不变，改变A、C之间的距离之间的距离r，记录每次悬丝扭转，记录每次悬丝扭转的角度的角度,便可以找到力便可以找到力F与距离与距离r的关系。的关系。2、保持保持A、C两球之间的距离两球之间的距离r不变，不变，改变改变A、C的带电量的带电量q1和和q2，记录每次，记录每次悬丝扭转的角度悬丝扭转的角度,便可以找到力便可以找到力F与与q1和和q2的关系。的关系。1.F1.F与与r r有关有关2.F与与q有关有关库仑的实验研究方法：研究方
17、法：控制变量法控制变量法. .结论：保持两球上的电量不变，改变两球之间结论：保持两球上的电量不变，改变两球之间的距离的距离r，从实验结果中库仑得出静电力与距离，从实验结果中库仑得出静电力与距离的平方成反比，即的平方成反比，即F1/r2结论：保持两球间的距离不变，改变两球的带结论：保持两球间的距离不变，改变两球的带电量，从实验结果中库仑得出静电力与电量的电量，从实验结果中库仑得出静电力与电量的乘积成正比，即乘积成正比，即Fq1q2典型例题例2、下列说法中正确的是：A . .点电荷就是体积很小的电荷B . .点电荷就是体积和带电量都很小 的带电体C . .根据 可知，当r 0 时，F D . .静电力常量的数值是由实验得到的答案：D
