辽宁省大连市高中物理 第1章 静电场 1.1 电荷及其守恒定律课件 新人教版选修31.ppt

自然界中存在两种电荷 用丝绸摩擦的玻璃棒带正电荷 用毛皮摩擦的橡胶棒带负电荷 同种电荷相互排斥 异种电荷相互吸引 根据电荷的这种特点制成了验电器 当有带电的导体接触验电器小球时 验电器内部的金属箔有一定的张角 知识回顾 验电器 导入新课 为什么梳子能把小纸屑吸引起来呢 为什么她的头发会立起来呢 油罐车的尾部有一条铁链 为什么 第一章静电场 1 1电荷及其守恒定律 教学目标 1 知识与能力 知道自然界存在两种电荷 正电荷和负电荷 知道同种电荷相互排斥 异种电荷相互吸引 并能由此解释生活中的一些物理现象 理解元电荷的概念 并知道电荷量只能是一系列不连续的整数值 记住元电荷的值和电子质量 会计算电子的比荷 2 过程与方法 通过实践摩擦起电的过程了解使物体带电的方法和从微观角度解释带电的本质 通过静电感应实验学会分析电荷的变化情况 3 情感态度与价值观 理解并掌握电荷守恒定律 并会用电荷守恒定律解释近代微观原子领域的一些实验现象 教学重难点 教学重点 教学难点 摩擦起电现象的分析感应起电现象的分析电荷守恒定律 原子结构 一 电荷 二 电荷守恒定律 三 元电荷 内容解析 1 原子结构 一 电荷 原子核内部的质子和中子被核力紧密地束缚在一起 核力来源于强相互作用 所以原子核的结构一般是很稳定的 核外电子靠质子的吸引力维系在原子核附近 不同物质的微观结构不同 原子中电子的多少和运动状况也不相同 质子 中子数目不同 电子运动轨道不同 核外电子绕原子核高速运动 离原子核较远的电子受到的束缚力较小 容易受到外界的作用而脱离原子 当两个物体摩擦时 一些束缚的不紧的电子往往从一个物体转移到另一个物体 于是 原来电中性的物体由于得到电子而带负电 失去电子的物体带正电 这就是摩擦起电 摩擦起电并不是创造了电荷 而是使物体中的正负电荷分开 并使电子从一个物体转移到另一个物体 2 摩擦起电 用丝绸摩擦的玻璃棒带正电 用毛皮摩擦的橡胶棒带负电 常见的摩擦起电现象 金属中离原子核最远的电子往往会脱离原子核的束缚在金属中自由活动 这种电子叫自由电子 失去这种电子的原子变成离子 它们在金属内部排列起来 每个正离子都在自己的平衡位置上振动而不移动 只有自由电子穿梭其中 这就使金属成为导体 电子 离子对外显电性 原子 分子对外不显电性 3 自由电子 在金属导体中 金属阳离子不发生移动 自由电子在外加电场的作用下 在金属阳离子的缝隙中穿梭 碰撞 发生移动 这是金属导体导电的根本原因 金属内部结构 取一对用绝缘支柱支持的金属导体a b 使它们彼此接触 起初它们不带电 贴在它们下面的金属箔是闭合的 说明 a b不带电 现在把带正电荷的球c移近导体a 可以看到a b上的金属箔都张开了 说明 a b带电 4 静电感应 如果先把a b分开 然后移去c 可以看到a b上的金属箔仍然张开 说明 a b仍然带电 如果再让a b接触 a b上的金属箔全都闭合 说明 a b不带电 感应起电也不是创造了电荷 而是使物体中的正负电荷分开 使电荷从物体的一部分转移到另一部分 当一个带电体靠近导体时 由于电荷间相互吸引或排斥 导体中的自由电荷便会趋向或远离带电体 使导体靠近带电体的一端带异号电荷 远离带电体的一端带同号电荷 这种现象叫静电感应 利用静电感应使物体带点的过程叫感应起电 根据静电感应原理可以分析整个实验过程 金属箔未张开是由于开始阶段导体不带电 中金属箔张开是由于静电感应 a侧带正电 b侧带负电 中a b分离但电荷未发生移动 金属箔仍然张开 中金属箔闭合是由a b中由于感应起电产生的正负电荷数量相等 等量异号电荷发生中和 使整个导体不显电性 学了静电感应再来回顾一下实验 想一想 摩擦起电 正负电荷的分开和物体间的转移 静电感应 正负电荷的分开和物体内的转移 电荷既不会创生 也不会消灭 它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 由此可以归纳出电荷守恒定律 二 电荷守恒定律 近代物理学发现 一个高能光子可以产生一个正电子和一个负电子 一对正负电子可以同时湮没 转化为光子 电荷守恒定律的现在描述是 但在实验中 带电粒子总是成对产生或湮没 两个粒子带电数量相等但正负相反 而光子又不带电 所以电荷的代数和仍然不变 迄今为止 科学上发现的最小电荷量就是电子所带的电荷量 人们把这个最小的电荷量叫做元电荷 用表示 它的值为 在计算中常取值 元电荷的数值最早是由美国物理学家密立根 r a millikan 1868 1953 测得的 三 元电荷 密立根 r a millikan 1868 1953 密立根 r a millikan 1868 1953 美国物理学家 最早测出电荷量的值 获得了1923年的诺贝尔物理学奖 定义 电荷的多少叫电荷量 单位 库伦 简称库 用c表示 大小 元电荷的整数倍 正负 正电荷带正电加 负电荷带负电加 质子 金属阳离子带正电 自由电子 非金属阴离子带负电 电子的电荷量与电子的质量之比 叫作电子的比荷 这是一个重要的物理量 电子的电荷量 电子的质量 电子的比荷 质子 中子 核外电子 带正电的质子数等于带负电的核外电子数 课堂小结 一 电荷 原子结构 当两个物体摩擦时 一些束缚的不紧的电子往往从一个物体转移到另一个物体 于是 原来电中性的物体由于得到电子而带负电 失去电子的物体带正电 摩擦起电实现了电荷的分开和在物体间的转移 摩擦起电 金属中离原子核最远的电子往往会脱离原子核的束缚在金属中自由活动 这种电子叫自由电子 金属导电的根本原因是自由电子的移动 自由电子 当一个带电体靠近导体时 由于电荷间相互吸引或排斥 导体中的自由电荷便会趋向或远离带电体 使导体靠近带电体的一端带异号电荷 远离带电体的一端带同号电荷 这种现象叫静电感应 静电感应实现电荷的分开和在物体内的转移 静电感应 二 电荷守恒定律 电荷既不会创生 也不会消灭 它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 三 元电荷 人们把最小的电荷量叫做元电荷 等于电子的电荷量 其为 在计算中常取 电荷量只能是元电荷的整数倍 1 手拿不带电的金属棒靠近带正电的验电器 那么验电器金属箔张开的角度 a 因为金属棒本来不带电所以张角不变 b 因为金属棒即使有感应电荷也要通过人体导入地球上 所以张角不变 c 因为金属棒上感应电荷是等量异号电荷 对验电器的作用抵消 所以张角不变 d 略有减少 因为金属棒感应有负电荷 课堂练习 d 2 以下关于摩擦起电与静电感应现象的描述 说法正确的是 a 摩擦起电是因为电荷的转移 感应起电是因为产生电荷 b 摩擦起电是因为产生电荷 感应起电是因为电荷的转移 c 摩擦起电的两物体必是绝缘体 而感应起电的物体必是导体 d 不论是摩擦起电还是感应起电 都是电荷的转移 d 3 绝缘细线上端固定 下端挂一轻质小球a a的表面有铝膜 在a的近旁有一底座绝缘球b 开始时a b球都不带电 如图所示 现使b带电 则 a ab之间不发生相互作用 b b将吸引a 吸引在一起不放 c b立即把a排斥开 d b先吸引a 接触后又把a排斥开 d 6 568 10 19c 13 13 10 19c8 204 10 19c 16 48 10 19c11 50 10 19c 18 08 10 19c19 21 10 19c 26 131 10 19c 26 131 10 19c 根据这些数据可以推算元电荷的值为 4 电荷量的数值最早是由美国物理学家密立根用实验测得的 他在不同时刻测得单个油滴上呈现的电荷量 其结果 绝对值 如下 1 641 10 19c 5 把两个小球接触一下再分开一小段距离 发现两小球相互排斥 则这两个金属小球原来的带电情况可能是 a 两小球原来带有等量异种电荷 b 两小球原来带有同种电荷 c 两小球原来带有不等量异种电荷 d 两下球原来只有一个带电 bcd 高考链接 2006年北京 使带电的金属球靠近不带电的验电器 验电器的金属箔张开 下列各图表示验电器上感应电荷分布情况正确的是 b 本题主要考查了两个知识点 同种电荷相互排斥异种电荷相互吸引 静电感应现象 由 可直接判断带电体接近验电器时引起的张角变化 由 两个知识点亦可解决中性导体接近带电体的验电器时张角的变化 点拨 观察 当验电器接触电荷不同时 张角一样吗 1 答 在天气干燥的季节 脱掉外衣时 由于摩擦 外衣和身体各带了等量 异号的电荷 接着用手去摸金属门把手时 身体放电 于是产生电击的感觉 2 答 由于a b都是金属导体 可移动的电荷是自由电子 所以 a带上的是负电荷 这是电子又b移动到a的结果 其中 a