選修3-11.1《電荷及其守恒定律》

1、選修選修3-1課件制作：邵陽市二中物理組課件制作：邵陽市二中物理組 譚偉卿譚偉卿 第第1節(jié)節(jié) 電荷及其守恒定律電荷及其守恒定律第一章第一章 靜電場靜電場電荷亦稱電，是實(shí)物的一種性質(zhì)人們對(duì)電的電荷亦稱電，是實(shí)物的一種性質(zhì)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)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，在公元象例如，在公元3世紀(jì)，我國晉朝張華的世紀(jì)，我國晉朝張華的博博物志物志中就有記載：中就有記載：“今人梳頭，解著衣，有今人梳頭，解著衣，有隨梳解結(jié)，有光者，亦有咤聲隨梳解結(jié)，有光者，亦有咤聲”這是世界上這是世界上關(guān)于摩擦起電引起閃光和噼啪之聲的較早記關(guān)于摩擦起電引起閃光和噼啪之聲的

2、較早記載古人發(fā)現(xiàn)，用毛皮摩擦過的琥珀能夠吸引載古人發(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)，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)，我們就說它帶了電性質(zhì)，我們就說它帶了電一、電荷一、電荷？自然界中有幾種電荷？它們間的相互自然界中有幾種電荷？它們間的

3、相互作用如何？作用如何？1.兩種電荷兩種電荷 用毛皮摩擦過的橡膠棒帶負(fù)電用毛皮摩擦過的橡膠棒帶負(fù)電; 用絲綢摩擦過的玻璃棒帶正電用絲綢摩擦過的玻璃棒帶正電.2 .兩種電荷間的相互作用兩種電荷間的相互作用 同種電荷相互排斥；同種電荷相互排斥； 異種電荷相互吸引。異種電荷相互吸引。一、電荷一、電荷？一般情況下物體不帶電，不帶電的物一般情況下物體不帶電，不帶電的物體內(nèi)部是否存在電荷？體內(nèi)部是否存在電荷？構(gòu)成物質(zhì)的原子本身就是由帶電微粒組成。構(gòu)成物質(zhì)的原子本身就是由帶電微粒組成。原子：包括原子核（質(zhì)子和中子）和核外原子：包括原子核（質(zhì)子和中子）和核外電子電子. 1、正電荷數(shù)等于負(fù)電荷數(shù)時(shí)物體對(duì)外表現(xiàn)、

4、正電荷數(shù)等于負(fù)電荷數(shù)時(shí)物體對(duì)外表現(xiàn)為電中性；為電中性；2、當(dāng)正電荷數(shù)多于負(fù)電荷數(shù)時(shí)物體對(duì)外表、當(dāng)正電荷數(shù)多于負(fù)電荷數(shù)時(shí)物體對(duì)外表現(xiàn)為帶正電；現(xiàn)為帶正電；3、當(dāng)正電荷數(shù)少于負(fù)電荷數(shù)時(shí)物體對(duì)外表、當(dāng)正電荷數(shù)少于負(fù)電荷數(shù)時(shí)物體對(duì)外表現(xiàn)為帶負(fù)電現(xiàn)為帶負(fù)電。使物體帶電的方法：1、摩擦起電實(shí)質(zhì)：實(shí)質(zhì)：電子從一個(gè)物體電子從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移到到另一個(gè)物體上，得到電另一個(gè)物體上，得到電子帶負(fù)電，失去電子帶子帶負(fù)電，失去電子帶正電。正電。使物體帶電的方法：使物體帶電的方法：2、感應(yīng)起電靜電感應(yīng)：把電荷移近不帶電的導(dǎo)體，可靜電感應(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)。以使導(dǎo)體帶電的現(xiàn)象，叫做

5、靜電感應(yīng)。實(shí)質(zhì)：實(shí)質(zhì)：電荷從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分電荷從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分感應(yīng)起電：利用靜電感應(yīng)使金屬導(dǎo)體帶電感應(yīng)起電：利用靜電感應(yīng)使金屬導(dǎo)體帶電的過程，叫做感應(yīng)起電。的過程，叫做感應(yīng)起電。使物體帶電的方法：3、接觸帶電接觸后接觸后再分開再分開+Q+Q接觸后接觸后再分開再分開Q3QQQ實(shí)質(zhì)：電荷從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體實(shí)質(zhì)：電荷從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體Q21Q21三種帶電方式三種帶電方式 (1)摩擦起電：摩擦起電： 正負(fù)電荷的分開和轉(zhuǎn)移正負(fù)電荷的分開和轉(zhuǎn)移 (2)感應(yīng)起電：感應(yīng)起電：電荷從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分電荷從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分 (3)接觸起電：接觸起電：電荷

6、從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體電荷從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體二、電荷守恒定律電荷既不能創(chuàng)造，也不能消滅，只能電荷既不能創(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。轉(zhuǎn)移過程中，電荷的總量保持不變。起電的本質(zhì)：起電的本質(zhì)： 無論是哪種起電方式無論是哪種起電方式, ,其本質(zhì)都是將正、其本質(zhì)都是將正、負(fù)電荷分開負(fù)電荷分開, ,使電荷發(fā)生轉(zhuǎn)移，并不是創(chuàng)使電荷發(fā)生轉(zhuǎn)移，并不是創(chuàng)造電荷。造電荷。電荷守恒定律是大量實(shí)驗(yàn)事實(shí)的總結(jié)，適用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

7、所知的一切宏觀過程和微觀過程。質(zhì)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，因而電荷守恒是方式或所在位置有所改變，因而電荷守恒是十分自然的。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)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)撞湮沒對(duì)撞湮沒 ，產(chǎn)生兩個(gè)，產(chǎn)生兩個(gè)光子；在這些光子；在這些過程中，出現(xiàn)了電荷的消失或產(chǎn)生，但反應(yīng)過程中，出現(xiàn)了電荷

8、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。恒。這意味著電荷守恒具有更深刻的根源。二、電荷守恒定律電荷既不能創(chuàng)造，也不能消滅，只能從一電荷既不能創(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，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。電荷的總量保持不變。 物理學(xué)的基本定律之一物理學(xué)的基本定律之一 。它指出，對(duì)于一。它指出，對(duì)于一個(gè)孤立系統(tǒng)，不論發(fā)生什么變化個(gè)孤立系統(tǒng)，不論發(fā)生什么變化 ，其中所有，其中所有電

9、荷的代數(shù)和永遠(yuǎn)保持不變。電荷守恒定律電荷的代數(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，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；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)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。產(chǎn)生或消失。 二、電荷守恒定律電荷既不能創(chuàng)造，也不能消滅，只能從一電荷既不能創(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

10、中，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。電荷的總量保持不變。因此，電荷守恒定律又可表示為：因此，電荷守恒定律又可表示為：一個(gè)一個(gè)與外界沒有電荷交換的系統(tǒng)，電荷的代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。數(shù)和總是保持不變的。三、元電荷電荷是實(shí)物的一種屬性電荷是實(shí)物的一種屬性 電荷的多少叫電荷的多少叫電荷量電荷量是指物體帶電的多少，常電荷量電荷量是指物體帶電的多少，常常簡稱電量電量是電荷的定量基度帶常簡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

11、一詞用得最廣在區(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：電荷量的國際單位是：C（庫侖）（庫侖）元電荷的數(shù)值最早是由美國科學(xué)家密立根元電荷的數(shù)值最早是由美國科學(xué)家密立根用實(shí)驗(yàn)測得到的盡管質(zhì)子、電子的電荷用實(shí)驗(yàn)測得到的盡管質(zhì)子、電子的電荷量的數(shù)值皆為量的數(shù)值皆為 ，但它們不叫，但它們不叫元電荷，它們電荷量的絕對(duì)值才叫元電元電荷，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

12、管電荷量有正負(fù)值（正號(hào)一般省略），要知道這里的知道這里的“”、“”號(hào)代表電荷的號(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，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)值表示負(fù)電荷的電量用負(fù)值表示 C191060. 1 三、元電荷kgCkgCmee/1076. 11091. 01060. 1113019電子的比荷為：)/5mq叫做比荷（量與其質(zhì)量的比值，、比荷：帶電體的電荷.4的整數(shù)倍，或者是的電荷量或者等于，所有帶電體均為、電子和質(zhì)子的電荷量eeeCe191060.13、元電荷的值：.1060. 1219不是指某電

13、荷是一個(gè)電荷量單位），位（、元電荷是電荷量的單C.1060. 1119稱為元電荷電荷量、元電荷：Ce三、元電荷小小 結(jié)結(jié)1 1、自然界存在兩種電荷、自然界存在兩種電荷正電荷：絲綢摩擦過的玻璃棒所帶的電荷正電荷：絲綢摩擦過的玻璃棒所帶的電荷 負(fù)電荷：毛皮摩擦過的橡膠棒所帶的電荷負(fù)電荷：毛皮摩擦過的橡膠棒所帶的電荷2 2、使物體帶電的方式：、使物體帶電的方式： (1)(1)摩擦起電：摩擦起電： 電子從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一電子從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體個(gè)物體(2)(2)接觸起電：電荷從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)接觸起電：電荷從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體物體(3)(3)感應(yīng)起電：電荷從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另感應(yīng)起

14、電：電荷從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分一部分 .1060. 1419稱為元電荷電荷量、元電荷：Ce4 4、所有帶電體的電量等于電荷量、所有帶電體的電量等于電荷量e e或電荷或電荷量量e e的整數(shù)倍的整數(shù)倍5 5、電荷量、電荷量e e：指電子（或質(zhì)子）的電荷：指電子（或質(zhì)子）的電荷量，稱為元電荷量，稱為元電荷6 6、比荷：帶電體的電荷量與其質(zhì)量的比值、比荷：帶電體的電荷量與其質(zhì)量的比值3、電荷守恒定律：電荷既不能創(chuàng)造、電荷守恒定律：電荷既不能創(chuàng)造,也不也不能消滅能消滅,它只能從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)它只能從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體物體,或從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分或從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分,在

15、轉(zhuǎn)移的過程中，系統(tǒng)的電荷總數(shù)保持在轉(zhuǎn)移的過程中，系統(tǒng)的電荷總數(shù)保持不變不變.例例1：科學(xué)家在研究原子、原子核及基本：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，下列論述正確的量的單位，關(guān)于元電荷，下列論述正確的是：是：A、把質(zhì)子或電子叫元電荷、把質(zhì)子或電子叫元電荷B、1.6010-19C的電量叫元電荷的電量叫元電荷C、電子帶有最小的負(fù)電荷，其電量、電子帶有最小的負(fù)電荷，其電量的絕對(duì)值叫元電荷的絕對(duì)值叫元電荷D、質(zhì)子帶有最小的正電荷，其電量、質(zhì)子帶有最小的正電荷，其電量的絕對(duì)值叫元電荷的絕對(duì)值叫元電荷答案：B、C、D 例例2：有：有A、B、C三個(gè)塑料小球，三個(gè)塑料小球，A和和B，B和和C，C和和A間都是相互吸引的，如果間都是相互吸引的，如果A帶正電，則帶正電，則 （ ）AB、C球均帶負(fù)電球均帶負(fù)電BB球帶負(fù)電，球帶負(fù)電，C球帶正電球帶正電CB、C球中必有一個(gè)帶負(fù)電，而另球中必有一個(gè)帶負(fù)電，而另一個(gè)不帶電一個(gè)不帶電DB、C球都不帶電球都不