1.1电荷及其守恒定律.ppt

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 它们间的相互作用如何 1 两种电荷用毛皮摩擦过的橡胶棒带负电 用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电 2 两种电荷间的相互作用同种电荷相互排斥 异种电荷相互吸引 一 电荷 一般情况下物体不带电 不带电的物体内部是否存在电荷 原子的构成 原子 原子核 核外电子 质子 中子 正电 不带电 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 物质的微观结构是怎样的 中性 负电 正电 记 使物体带电的方法 1 摩擦起电 实质 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 使物体带电的方法 2 感应起电 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 实质 电荷从物体的一部分转移到另一部分 感应起电 利用静电感应使金属导体带电的过程 叫做感应起电 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 验电器2 swf 使物体带电的方法 3 接触带电 实质 电荷从一个物体转移到另一个物体 三种带电方式 1 摩擦起电 正负电荷的分开和转移 2 感应起电 电荷从物体的一部分转移到另一部分 3 接触起电 电荷从一个物体转移到另一个物体 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 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 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 小结 1 自然界存在两者电荷 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 使物体带电的方式带电方式 1 摩擦起电 电子从一个物体转移到另一个物体 2 接触起电 电荷从一个物体转移到另一个物体 3 感应起电 电荷从物体的一部分转移到另一部分3 电荷守恒定律 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 小结 4 所有带电体的电量等于电荷量e或电荷量e的整数倍 5 电荷量e 指电子 或质子 的电荷量 称为元电荷 6 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 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 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 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 答案 C 课堂训练 3 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 课堂训练 4 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a的近旁有一绝缘金属球b 开始时a b都不带电 如图所示 现使b带电 则 A a b之间不发生相互作用B b将吸引a 吸住后不放开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 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 同种电荷相互排斥 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互作用的定性规律 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 库仑做了大量实验 于1785年得出了库仑定律 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 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 与它们的距离的二次方成反比 作用力的方向在它们的连线上 电荷间相互作用力叫做静电力或库仑力 大小 适用范围 1 真空中 2 点电荷 其中K叫静电力常量 k 9 0 109N m2 C2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 是为了简化某些问题的讨论而引进的一个理想化的模型 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 这样的带电体就可以看作带电的点 并称它为点电荷 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 点电荷这个概念与力学中的 质点 类似 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 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 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 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A 另一端有一个不带电的球与A球的重力平衡 当把另一个带电的小球C插入容器并使它靠近A时 A和C之间的作用力使悬丝扭转 通过悬丝扭转的角度可以比较力的大小 1 保持A C两球的带电量不变 改变A C之间的距离r 记录每次悬丝扭转的角度 便可以找到力F与距离r的关系 2 保持A C两球之间的距离r不变 改变A C的带电量q1和q2 记录每次悬丝扭转的角度 便