重庆市高中物理 《电荷及其守恒定律》课件 新教版选修31.ppt

新课标高中物理选修3 1 第一章静电场 本节课的学习目标 1 知道自然界只有两种电荷 2 知道事实表明电荷守恒 1 知道使物体带电就是使物体中的正负电荷分离 1 知道一个电子或质子的电荷量e叫做元电荷 3 掌握真空中的库仑定律 1 知道点电荷的概念 2 知道库仑定律的文字表述 3 会用库仑定律求解和判断点电荷间静电力的大小和方向 初中的知识 1 初中学过自然界中有几种电荷 它们间的相互作用如何 电荷的多少用什么表示 1 自然界只存在两种电荷 同种电荷互相排斥 异种电荷互相吸引 电荷的多少用电荷量来表示 2 一般情况下物体不带电 不带电的物体内是否存在电荷 如何使物体带电 2 不带电的物体内存在电荷 且存在等量正 负电荷 在物体内中和 对外不显电性 用摩擦的方法可以使物体带电 用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电 用毛皮摩擦过的硬橡胶棒带负电 3 摩擦起电的实质是什么 3 摩擦起电的实质是 一个物体失去一些电子而带正电 另一个物体得到这些电子而带负电 演示 演示 一 电荷 自然界中有两种电荷 富兰克林命名 1 正电荷 丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷 2 负电荷 毛皮摩擦过的橡胶棒所带的电荷 同种电荷相互排斥 异种电荷相互吸引 原子的构成 原子 中性 原子核 核外电子 质子 中子 正电 不带电 原子核为什么稳定 质子和中子之间有强相互作用 核力 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原子 1 摩擦起电 演示 微观解释 电子从一个物体转移到另一个物体上 得到电子 带负电失去电子 带正电 使物体带电的方法 金属导电机理 每个正离子都在自己的平衡位置附近振动而不移动 2 感应起电 演示 1 静电感应 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 2 感应起电 利用静电感应使物体带电 叫做感应起电 规律 近端感应异种电荷 远端感应同种电荷 使物体带电的方法 3 静电感应微观解释 把带正电的球移近金属导体a和b时 导体上的自由电子被吸引过来 因此导体a和b带上了等量的异种电荷 感应起电没有创造电荷 而是使物体中的正负电荷分开 将电荷从物体的一部分转移到另一部分 3 接触带电 微观解释 电荷从一个物体转移到另一个物体 使物体带电的方法 4验电器1 swf 是否只有当带电体与导体棒的上端直接接触时 金属箔片才开始张开 解释下面将要看到的现象 5验电器2 swf 当带电导体棒靠近验电器上端的金属球时 由于静电感应 金属球带与导体棒相反的电荷 金属箔带与导体棒相同的电荷 1 起电的本质无论是哪种起电方式 其本质都是将正 负电荷分开 使电荷发生转移 并不是创造电荷 二 电荷守恒定律 2 电荷守恒定律 物理学的基本定律之一 表述一 电荷既不能创造 也不能消灭 它只能从一个物体转移到另一个物体 或从物体的一部分转移到另一部分 在转移的过程中 系统的电荷总数保持不变 表述二 一个与外界没有电荷交换的系统 电荷的代数和总是保持不变 三 元电荷 1 电荷量 电荷的多少 简称电量 单位 库仑c 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 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 号不表示电荷量的大小 只代表电荷的性质 种类 一般 正电荷的电量用正值表示 负电荷的电量用负值表示 三库仑定律 例题 例1 把两个完全相同的小球接触后分开 两球相互排斥 则两球原来的带电情况可能是 a b c d 原来的其中一个带电 两个小球原来分别带等量异种电荷 两个小球原来分别带同种电荷 两个小球原来分别带不等量异种电荷 acd 例2 关于点电荷的概念 下列说法正确的是 a b c d 对于任何带电球体 总可把它看作电荷全部集中在球心的点电荷 只有体积很小的带电体才能看作点电荷 体积很大的带电体一定不能看作点电荷 当两个带电体的形状对它们之间相互作用力的影响可忽略时 这两个带电体可看作点电荷 c 例题 例3 试比较电子和质子间的静电引力和万有引力 已知电子的质量m1 9 1 10 31kg 质子的质量m2 1 67 10 27kg 电子和质子的电荷量都是1 60 10 19c 解 电子和质子的静电引力f1和万有引力f2分别是 f1 k q1q2 r2 f2 g m1m2 r2 f1 f2 kq1q2 gm1m2 9 0 109 1 60 10 19 1 60 10 19 6 67 10 11 9 1 10 31 1 67 10 27 2 3 1039 从例题可以看出 电子和质子的静电力f1是它们间万有引力f2的2 3 1039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二次平方反比规律 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 希望同学们能学有所成 以后在这方面的研究有所突破 例题 例4 真空中有两个点电荷 其中q1 5 10 3c q2 5 10 2c 它们相距15cm 现引入第三个点电荷 各自放在何处才能使三个点电荷都处于平衡状态 分析 两大夹小 两同夹异 则第3个应该带负电q并且放在q1 q2连线上的q1外侧与q1距离r q1平衡 kqq1 r2 kq1q2 l2q2平衡 kqq2 r l 2 kq1q2 l2两式联解r和q 下一例题 三带电小球只在库仑力作用下都平衡的条件 1 定性分析 a a 或c 平衡 b c一吸一斥 能够性质中间与两端不同性质 b平衡 a c同吸或同斥 两端同性质 两同夹异 a 或c 合力为零 b近则b电荷小 c远则c电荷多 电荷中间小两端大 两大夹小 2 定量分析 a平衡 kqaqb r12 kqaqc r1 r2 2 kqbqc r22c平衡消k后开方再倒数有 r1 qaqb 1 2 r1 r2 qaqc 1 2 r2 qbqc 1 2用比例式性质得 r1 r2 qaqc 1 2 r1 r2 qaqb 1 2 qbqc 1 2 所以 qaqc 1 2 qaqb 1 2 qbqc 1 2 电荷满足 qaqc 1 2 qaqb 1 2 qbqc 1 2 例题 1 使一个物体带电的方式有三种 它们是 和 在这三种方式中 电荷既没有被创造 也没有被消灭 只是从一个物体转移到另一个物体 或者从物体的一部分移到另一部分 而且电荷的总量不变 这个结论也被称之为定律 2 将不带电的导体a和带有负电荷的导体b接触后 在导体a中的质子数 a 增加b 减少c 不变d 先增加后减少3 在原子物理中 常用元电荷作为电量的单位 元电荷的电量为 一个电子的电量为 一个质子的电量为 任何带电粒子 所带电量或者等于电子或质子的电量 或者是它们电量的 最早测出元电荷的数值的是美国物理学家 这位科学家还测出了电子电量和质量的比值 叫做电子的 4 把两个完全相同的金属球a和b接触一下 再分开一段距离 发现两球之间相互排斥 则a b两球原来的带电情况可能是 a 带有等量异种电荷b 带有等量同种电荷c 带有不等量异种电荷d 一个带电 另一个不带电 课堂练习 c bcd 摩擦起电 感应起电 接触带电 电荷守恒定律 1 6 10 19c 1 6 10 19c 1 6 10 19c 整数倍 密立根 比荷 例一 挂在绝缘细线下的两轻质通草球 由于电荷的相互作用靠近或远离 如图所示 则 a甲图中两球一定带异种电荷 b甲图中至少有一个带电 c乙图中两球一定带同种电荷 d乙图中两球可能只有一个带电 例二 把两个完全相同的金属球a和b接触一下 再分开一段距离 发现两球之间相互排斥则a b两球原来的带电情况可能是 a 带有等量异种电荷b 带有不等量异种电荷c 带有等量同种电荷d 一个带电 另一个不带电 例三 如图所示 原来不带电的绝缘金属导体mn 在其两端下面都悬挂着金属验电箔 若使带负电的绝缘金属球a靠近导体的m端 可能看到的现象是 a只有m端验电箔张开b只有n端验电箔张开c两端的验电箔都张开d两端的验电箔都不张开 例四 有两个完全相同的带电绝缘金属小球a b 分别带有电量qa 6 4 10 9cqb 3 2 10 9c 让两绝缘金属小球接触 在接触过程中 电子如何转移并转移了多少 例五 有三个完全一样的绝缘金属球 a球带的电量为q b c均不带电 现要使b球带的电量为3q 8 应该怎么办 例六 有a b c三个用绝缘柱支持的相同导体球 a带正电 b和c不带电 讨论用什么办法能使 1 b c都带正电 2 b c带等量的异种电荷 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 60 10 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 b c d 课堂训练 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 a b c球均带负电b b球带负电 c球带正电c b c球中必有一个带负电 而另一个不带电d b c球都不带电 c 课堂训练 3 如图所示 a b是被绝缘支架分别架起的金属球 并相隔一定距离 其中a带正电 b不带电 则以下说法中正确的是 a 导体b左端出现负电荷 右端出现正电荷 并且电荷量大小相等 b 若a不动 将b沿图中aa 分开 则两边的电荷量大小可能不等 与如何分有关 c 若a向b逐渐靠近 在b左端和右端的电荷量大小始终相等并且连续变化 d 若a b接触一下 a b金属体所带总电荷量保持不变 ad 课堂训练 4 如图所示 导体棒ab靠近带正电的导体q放置 用手接触b端 移去手指再移去q ab带何种电荷 若手的接触点改在a端 情况又如何 负电荷 负电荷 5 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 a b c球均带负电b b球带负电 c球带正电c b c球中必有一个带负电 而另一个不带电d b c球都不带电6 用一根跟毛皮摩擦过的硬橡胶棒 靠近不带电验电器的金属小球a 图1 然后用手指瞬间接触一下金属杆c后拿开橡胶棒 这时验电器小球a和金箔b的带电情况是 a a带正电 b带负电b a带负电 b带正电c a b均带正电d a b均带负电e a b均不带电 课堂练习 c c 7 图7中a b是两个不带电的相同的绝缘金属球 它们靠近带正电荷的金球c 在下列情况中 判断a b两球的带电情况 1 a b接触后分开 再移去c 则a b 2 a b接触 先移去c后 再把ab分开 则a b 3 a b接触 用手指瞬间接触b后再移去c 则a b 8 某人做静电感应实验 有下列步骤及结论 把不带电的绝缘导体球甲移近带负电的绝缘导体球乙 但甲 乙两球不接触 用手指摸甲球 手指移开 移开乙球 甲球带正电 甲球不带电 下列操作过程和所得结论正确的有 a b c d 课堂练习 正电 负电 不带电 不带电 负电 负电 bc 小结 1 自然界存在两种电荷 1 正电荷 丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷 2 负电荷 毛皮摩擦过的橡胶棒所带的电荷2 使物体带电的方式 1 摩擦起电 电子从一个物体转移到另