文11電荷 庫倫定律上課用

1、電荷及其守恒定律電荷及其守恒定律新課標(biāo)高中物理選修新課標(biāo)高中物理選修31第一章第一章 靜電場(chǎng)靜電場(chǎng)一、電荷1、自然界中有兩種電荷、自然界中有兩種電荷（1）正電荷：）正電荷： 絲綢摩擦過的玻璃棒所帶的電荷絲綢摩擦過的玻璃棒所帶的電荷 （2）負(fù)電荷：）負(fù)電荷： 毛皮摩擦過的橡膠棒所帶的電荷毛皮摩擦過的橡膠棒所帶的電荷同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引。同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引。+_2.使物體帶電的方法使物體帶電的方法：摩擦起電摩擦起電 原子原子原子核原子核核外電子核外電子質(zhì)子質(zhì)子中子中子（正電正電）（不帶電（不帶電） 物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)是怎樣的？摩擦起電的原因物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)是怎樣的？摩擦起電

2、的原因是什么？是什么？（中性）（中性）（負(fù)電負(fù)電）（正電正電）例如：絲綢與玻璃棒摩擦例如：絲綢與玻璃棒摩擦 玻璃棒玻璃棒 失去電子失去電子 帶正電帶正電絲綢絲綢 得到電子得到電子 帶負(fù)電帶負(fù)電摩擦起電的原因：摩擦起電的原因： 摩擦?xí)r一些束縛不緊的電子從一個(gè)物體摩擦?xí)r一些束縛不緊的電子從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體上。到另一個(gè)物體上。 得得到電子：到電子：帶負(fù)電帶負(fù)電；失失去電子：去電子：帶正電帶正電注意：注意：兩個(gè)互相摩擦的物體一定同時(shí)帶上兩個(gè)互相摩擦的物體一定同時(shí)帶上異異種種電荷，且電荷，且電荷量相等電荷量相等金屬導(dǎo)電的原因金屬導(dǎo)電的原因簡(jiǎn)化的物理簡(jiǎn)化的物理模型模型絕緣體不存在這種自由電子絕

3、緣體不存在這種自由電子在金屬中離原子核最遠(yuǎn)的電子往往會(huì)脫離原子核的束在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)，這種電子叫做縛而在金屬中自由活動(dòng)，這種電子叫做自由電子自由電子。失。失去這種電子的原子便成為帶正電的去這種電子的原子便成為帶正電的離子離子，離子都在自，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。中。這就使金屬成為導(dǎo)體這就使金屬成為導(dǎo)體. C C帶正電，移近導(dǎo)體帶正電，移近導(dǎo)體A A，金屬箔有什么變化？，金屬箔有什么變化？ 把把A A、B B分開，然后移去分開，然后移去C,C,金屬箔又有何變化？金屬

4、箔又有何變化？ 再讓再讓A A和和B B接觸，又會(huì)看到什么現(xiàn)象？接觸，又會(huì)看到什么現(xiàn)象？+感應(yīng)起電感應(yīng)起電+AB如先移開帶電球，再分開如先移開帶電球，再分開AB，A、B還能帶電嗎？還能帶電嗎？AB重新接觸后，導(dǎo)體不帶重新接觸后，導(dǎo)體不帶電了，說明電了，說明A、B分開后帶分開后帶等量異種等量異種電荷電荷. 重新接觸后重新接觸后等量異種電荷發(fā)生等量異種電荷發(fā)生中和中和.+感應(yīng)起電感應(yīng)起電使物體帶電的方法：（1 1）靜電感應(yīng)靜電感應(yīng)：把電荷移近不帶電的導(dǎo)：把電荷移近不帶電的導(dǎo) 體，可以使導(dǎo)體帶電的現(xiàn)象，叫做靜電體，可以使導(dǎo)體帶電的現(xiàn)象，叫做靜電 感應(yīng)感應(yīng)（2 2）感應(yīng)起電感應(yīng)起電：利用靜電感應(yīng)使物體

5、：利用靜電感應(yīng)使物體帶電，叫做感應(yīng)起電帶電，叫做感應(yīng)起電 規(guī)律：規(guī)律： 近端近端 感應(yīng)異種電荷，感應(yīng)異種電荷， 遠(yuǎn)端遠(yuǎn)端 感應(yīng)同種電荷感應(yīng)同種電荷 1 1、自由電子受力向一端移動(dòng)，另一端帶等量、自由電子受力向一端移動(dòng)，另一端帶等量的正電荷的正電荷 2 2、感應(yīng)起電沒有創(chuàng)造電荷，只是使物體中的、感應(yīng)起電沒有創(chuàng)造電荷，只是使物體中的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 3）靜電感應(yīng)解釋：）靜電感應(yīng)解釋：感應(yīng)起電不能使感應(yīng)起電不能使絕緣體帶電絕緣體帶電通過與帶電體直接接觸，電荷從通過與帶電體直接接觸，電荷從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體上，一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體上，從而

6、使不帶電的物體帶上同種從而使不帶電的物體帶上同種電荷的過程。電荷的過程。3 3、接觸起電、接觸起電帶正電的物體與帶負(fù)電的物體接觸，電子由帶負(fù)電的物體轉(zhuǎn)移到帶正電的物體上帶正電的物體與不帶電的中性物體接觸，電子由中性物體轉(zhuǎn)移到帶正電的物體上帶負(fù)電的物體與不帶電的中性物體接觸，電子由帶負(fù)電的物體轉(zhuǎn)移到中性物體上1. 1.三種起電方法三種起電方法. .起電的本質(zhì)起電的本質(zhì)摩擦起電、感應(yīng)起電、接觸起電摩擦起電、感應(yīng)起電、接觸起電無論是哪種起電方式無論是哪種起電方式, ,均為電荷在物均為電荷在物體之間或物體內(nèi)部的轉(zhuǎn)移體之間或物體內(nèi)部的轉(zhuǎn)移，并不是創(chuàng)并不是創(chuàng)造電荷造電荷. . 2驗(yàn)電器的工作原理及作用是什

7、么？ 提示：(1)驗(yàn)電器的工作原理： 當(dāng)帶電的物體與驗(yàn)電器的金屬球接觸時(shí)，有一部分電荷轉(zhuǎn)移到驗(yàn)電器上，與金屬球相連的兩個(gè)金屬箔片帶上同種電荷，因相互排斥而張開物體帶電越多，電荷轉(zhuǎn)移的越多，兩金屬箔片的斥力越大，張開的角度也越大 當(dāng)帶電體靠近但不接觸驗(yàn)電器的金屬球時(shí)，金屬箔片也可張開因?yàn)閹щ婓w會(huì)使近端金屬球上感應(yīng)出異種電荷，而遠(yuǎn)端箔片上會(huì)感應(yīng)出同種電荷(感應(yīng)起電)，在斥力作用下箔片張開 (2)驗(yàn)電器的作用：可以判斷物體是否帶電、帶電荷的種類和電荷量的多少 三種起點(diǎn)方式：三種起點(diǎn)方式：摩擦起電、感應(yīng)起電、接觸起電摩擦起電、感應(yīng)起電、接觸起電三種起電方式中電子是憑空產(chǎn)生的嗎？三種起電方式中電子是憑空

8、產(chǎn)生的嗎？如果不是，那原因是？如果不是，那原因是？電子會(huì)憑空消失嗎？電子會(huì)憑空消失嗎？你可以你可以 得到什么結(jié)論？得到什么結(jié)論？二、電荷守恒定律二、電荷守恒定律 摩擦起電和感應(yīng)起電的本質(zhì)都都是電荷摩擦起電和感應(yīng)起電的本質(zhì)都都是電荷在物體之間或物體內(nèi)部的轉(zhuǎn)移，而不是創(chuàng)造在物體之間或物體內(nèi)部的轉(zhuǎn)移，而不是創(chuàng)造出了電荷。出了電荷。 電荷既不能創(chuàng)造，也不能消滅，它電荷既不能創(chuàng)造，也不能消滅，它只能從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，或只能從一個(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，在者從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分，在轉(zhuǎn)移的過程中，電荷的總量保持不變轉(zhuǎn)移的過程中，電荷的總量保持不變這個(gè)結(jié)論叫做

9、電荷守恒定律這個(gè)結(jié)論叫做電荷守恒定律 近代物理實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：在一定條件下，帶電粒子近代物理實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：在一定條件下，帶電粒子是可以產(chǎn)生和湮沒的是可以產(chǎn)生和湮沒的. 一個(gè)高能光子可以產(chǎn)生一個(gè)高能光子可以產(chǎn)生一個(gè)一個(gè)正電子正電子和一個(gè)和一個(gè)負(fù)電子負(fù)電子； 一對(duì)正、負(fù)電子可以同一對(duì)正、負(fù)電子可以同時(shí)湮沒，轉(zhuǎn)化為光子時(shí)湮沒，轉(zhuǎn)化為光子.這一發(fā)現(xiàn)是否否定了電荷守恒定律？這一發(fā)現(xiàn)是否否定了電荷守恒定律？l電中性的物體中有無電荷存在？電中性的物體中有無電荷存在？l所謂所謂“電荷的中和電荷的中和”是不是正負(fù)電荷消失了？是不是正負(fù)電荷消失了？l對(duì)于對(duì)于“電荷的總量保持不變電荷的總量保持不變”中的中的“電荷的總量電荷的

10、總量”你是怎么理你是怎么理解？解？中和時(shí)，正負(fù)電荷對(duì)外表現(xiàn)的電性相互抵消，系統(tǒng)所帶電荷的代數(shù)和不變，電荷并沒有消失，只是正負(fù)電荷數(shù)相等，從而對(duì)外顯電中性。 在這些情況下，帶電粒子總是成對(duì)產(chǎn)生或湮在這些情況下，帶電粒子總是成對(duì)產(chǎn)生或湮沒沒. 兩個(gè)粒子帶電數(shù)量相等但正負(fù)相反，而光子又兩個(gè)粒子帶電數(shù)量相等但正負(fù)相反，而光子又不帶電，所以電荷的代數(shù)和仍然不變不帶電，所以電荷的代數(shù)和仍然不變. 一個(gè)與外界沒有電荷交換的系統(tǒng)，電荷一個(gè)與外界沒有電荷交換的系統(tǒng)，電荷的代數(shù)和總是保持不變的的代數(shù)和總是保持不變的.電荷守恒定律現(xiàn)在的表述是：電荷守恒定律現(xiàn)在的表述是：它是自然界重要的基本規(guī)律之一它是自然界重要的基

11、本規(guī)律之一1.電荷的多少如何表示？它的單位是什么？電荷的多少如何表示？它的單位是什么？1電荷量：電荷的多少，簡(jiǎn)稱電量。用電荷量：電荷的多少，簡(jiǎn)稱電量。用Q或或q;國際單位國際單位:庫侖庫侖 C3比較電荷帶電的多少比較電荷帶電的多少,要比較的是其電荷量的絕對(duì)值要比較的是其電荷量的絕對(duì)值電荷量的正負(fù)不表示電荷量的大小電荷量的正負(fù)不表示電荷量的大小,只代表電荷的性質(zhì)只代表電荷的性質(zhì)2正電荷的電荷量為正值，負(fù)電荷的電荷量為負(fù)值。三、元電荷1. 科學(xué)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的最小電荷量最小電荷量就是電子所帶的電就是電子所帶的電荷量（質(zhì)子、正電子所帶電荷量與它相同，但符荷量（質(zhì)子、正電子所帶電荷量與它相同，

12、但符號(hào)相反）號(hào)相反）. 最小的電荷量最小的電荷量叫元電荷叫元電荷.2. 元電荷元電荷 e = 1.6010 -19C3. 電子的比荷電子的比荷 所有帶電體的電荷量是所有帶電體的電荷量是e的整數(shù)倍，的整數(shù)倍，電荷量是不能連續(xù)變化的電荷量是不能連續(xù)變化的.元電荷元電荷e的數(shù)值最早由密立根測(cè)得的數(shù)值最早由密立根測(cè)得111076. 1emeC/kg,Qne n為 整 數(shù)注意注意.1060. 1119不是指某電荷是一個(gè)電荷量單位），位（、元電荷是電荷量的單C2.元電荷沒有正負(fù)之分。也不是物質(zhì)。電子質(zhì)子是實(shí)實(shí)在在的粒子，不是元電荷，雖然其帶的電荷量為一個(gè)元電荷。練習(xí)：帶電微粒所帶的電荷量不可練習(xí)：帶電微粒

13、所帶的電荷量不可能是下列值中的能是下列值中的()A2.41019 CB6.41019 CC1.61019 C D4.01017 C【答案】【答案】A二、電荷守恒定律的理解1“中性”、“中和”的本質(zhì)電中性的物體是有電荷存在的，只是代數(shù)和為0，對(duì)外不顯電性；電荷的中和是指電荷的種類、數(shù)量達(dá)到異號(hào)、等量時(shí)，正負(fù)電荷代數(shù)和為0.2“總量”含義：指電荷的代數(shù)和.相同的金屬球接觸后的電荷量分配(1)用帶電荷量是Q的金屬球與不帶電的金屬球接觸后，兩小球均帶二分之一Q的電荷量，電性與原帶電金屬球相同。若使兩完全相同的金屬球帶電量大小分別為q1、q2，則有接觸后接觸后再分開再分開+Q+Q +Q 電荷從一個(gè)物體轉(zhuǎn)

14、移到另一個(gè)物體電荷從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體兩個(gè)兩個(gè)完全相同完全相同的帶電導(dǎo)體的帶電導(dǎo)體,接觸后再分開接觸后再分開,二者將原來所帶電量的總和平均分配二者將原來所帶電量的總和平均分配接觸后接觸后再分開再分開+Q+Q- 3Q- 3Q-Q-Q-Q-Q 2121兩個(gè)完全相同的帶電絕緣金屬小球A、B，分別帶有電荷量QA6.4109 C，QB3.2109 C，讓兩絕緣金屬小球接觸，在接觸過程中，電子如何轉(zhuǎn)移？轉(zhuǎn)移了多少？ 答案：答案：見解析見解析 感應(yīng)起電中，帶電體靠近導(dǎo)體時(shí)，導(dǎo)體的近端帶上異種電荷，遠(yuǎn)端帶上同種電荷。當(dāng)導(dǎo)體接地時(shí)，導(dǎo)體與大地組成一個(gè)大導(dǎo)體，不論導(dǎo)體的遠(yuǎn)端還是近端接地，這時(shí)這時(shí)大地都變成了

15、遠(yuǎn)端，而導(dǎo)體只能是近端，大地都變成了遠(yuǎn)端，而導(dǎo)體只能是近端，導(dǎo)體上只能感應(yīng)出異種電荷，不會(huì)出現(xiàn)同種電荷，原來導(dǎo)體遠(yuǎn)端感應(yīng)出來的同種電荷轉(zhuǎn)移到了大地。用手接觸導(dǎo)體和導(dǎo)體接地一樣。A用手接觸一下導(dǎo)體的A端，導(dǎo)體將帶正電荷B用手接觸一下導(dǎo)體的正中部位，導(dǎo)體仍不帶電C用手接觸一下導(dǎo)體的任何部位，導(dǎo)體將帶負(fù)電D用手接觸一下導(dǎo)體AB后，只要帶正電小球不移走，AB不可能帶電答案： 【跟蹤發(fā)散】11：如右圖所示，帶正電的小球靠近不帶電的金屬導(dǎo)體AB的A端，由于靜電感應(yīng)，導(dǎo)體A端出現(xiàn)負(fù)電荷，B端出現(xiàn)正電荷，關(guān)于導(dǎo)體AB感應(yīng)起電的說法正確的是() 如圖111所示，掛在絕緣細(xì)線下的輕質(zhì)小球，表面鍍有金屬薄膜，由于電

16、荷的相互作用而靠近或遠(yuǎn)離，所以 ()圖圖111A甲圖中兩球一定帶異種電荷B乙圖中兩球一定帶同種電荷C甲圖中兩球至少有一個(gè)帶電D乙圖中兩球只有一個(gè)帶電【解析】若兩物體相互排斥，必定帶同種電荷；若兩物體相互吸引，二者可能帶異種電荷，也可能一個(gè)帶電荷，另一個(gè)不帶電荷.當(dāng)只有一個(gè)物體帶電時(shí)，不帶電物體由于受到帶電物體電荷的作用，原子內(nèi)部的異種電荷趨向于靠近帶電物體，同種電荷趨向于遠(yuǎn)離帶電物體，這一過程類似于靜電感應(yīng)，因此兩物體之間的吸引力大于排斥力，宏觀上顯示的是吸引力.綜上知，B、C選項(xiàng)正確. 電荷間的相互作電荷間的相互作用力可能和什么用力可能和什么有關(guān)？有關(guān)？控制變量控制變量法法 結(jié)論：電荷之間的

17、作用力F隨著q的增大而增大，隨著r的增大而減小。帶電量相同，帶電小球偏轉(zhuǎn)角不同 ,可見其受力大小不同。+Q+q庫庫 侖侖 定定 律律內(nèi)容內(nèi)容：在在真空真空中兩個(gè)中兩個(gè)點(diǎn)電荷點(diǎn)電荷之間的作用之間的作用力，跟它們的電荷量的乘積成正比，力，跟它們的電荷量的乘積成正比，跟它們間的距離的二次方成反比。作跟它們間的距離的二次方成反比。作用力的方向在它們的連線上，作用力用力的方向在它們的連線上，作用力在它們的連線上在它們的連線上電荷間相互作用的力電荷間相互作用的力F F叫做靜電力或庫侖叫做靜電力或庫侖力力. .2 2、大小：、大小：k=9.0k=9.010109 9NmNm2 2/ /C C2 23 3、方

18、向：同性相斥、方向：同性相斥, ,異性相吸異性相吸. .221rQQkF k k:靜電力常量靜電力常量 4 4、適用條件：、適用條件： .真空真空(空氣中近似成立空氣中近似成立).點(diǎn)電點(diǎn)電荷荷1 1、將不帶電的導(dǎo)體、將不帶電的導(dǎo)體A A和帶有負(fù)電荷的導(dǎo)和帶有負(fù)電荷的導(dǎo)體體B B接觸后，在導(dǎo)體接觸后，在導(dǎo)體A A中的質(zhì)子數(shù)中的質(zhì)子數(shù) （ ）A A增加增加 B B減少減少 C C不變不變 D D先增加后減少先增加后減少2 2、科學(xué)家在研究原子、原子核及基本粒、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

19、：的單位，關(guān)于元電荷，下列論述正確的是：A A、把質(zhì)子或電子叫元電荷、把質(zhì)子或電子叫元電荷B B、1.601.601010-19-19C C的電量叫元電荷的電量叫元電荷C 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 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 3 3、把兩個(gè)完全相同的金屬球、把兩個(gè)完全相同的金屬球A A和和B B接觸一接觸一下，再分開一段距離，發(fā)現(xiàn)兩球之間下，再分開一段距離，發(fā)現(xiàn)兩球之間相互排斥，則相互排斥，則A A、B B兩球原來的帶電情兩球原來的帶電情況可能是況可能

20、是 （ ）A A帶有等量異種電荷帶有等量異種電荷 B B帶有等量同種電荷帶有等量同種電荷 C C帶有不等量異種電荷帶有不等量異種電荷 D D一個(gè)帶電，另一個(gè)不帶電一個(gè)帶電，另一個(gè)不帶電 +A.導(dǎo)體導(dǎo)體B帶負(fù)電帶負(fù)電;B.導(dǎo)體導(dǎo)體B左端出現(xiàn)負(fù)電荷左端出現(xiàn)負(fù)電荷,右端出現(xiàn)正電荷右端出現(xiàn)正電荷,并并且電荷量大小相等且電荷量大小相等;C.若若A不動(dòng)不動(dòng),將將B沿圖中虛線分開沿圖中虛線分開,則左邊的電荷則左邊的電荷量小于右邊的電荷量量小于右邊的電荷量;D.若若A、B接觸一下接觸一下,A、B金屬體所帶總電荷量金屬體所帶總電荷量保持不變保持不變. AB4、如圖所示、如圖所示,A、B是被絕緣支架分別架是被絕緣支架分別架起的金屬球起的金屬球,并相隔一定距并相隔一定距離離,其中其中A帶正電帶正電,B不帶電不帶電,則以下說法中正確的是則以下說法中正確的是:5關(guān)于點(diǎn)電荷，下列說法正確