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1、1、电荷及其守恒定律,人教版 选修 3-1-1静电场,20082009学年度（上）,“顿牟掇芥，磁石引针。”王充论衡,泰勒斯 Thales（前624年前546）公元前600年左右发现摩擦过的琥珀吸引轻小物体的现象,这是一个我们认为随处可见的现象，但从人类偶尔注意到它，到慎重地记录下来，然后到有意识地寻找并归纳同类现象，再到试图去解释，去合理有效地利用经历了两千多年。,electricity 的来历 16世纪，英王御医吉尔伯特根据琥珀的希腊文创造了英文中的“电”这个单词。,一、摩擦起电现象,演示实验1：用塑料梳子，在头发上摩擦几下，离开头发，再逐渐靠近头发，发现头发被吸引起来。（生活经验）,演示
2、实验2：用玻璃棒摩擦丝绸，然后把玻璃棒移到花茶末上，发现花茶末被吸引到玻璃棒上。橡胶棒摩擦毛皮同理。,思考：1、是不是两个物体摩擦后都可以吸引其它物体？,尝试用不同材料的物体相互摩擦，看是否可以吸引轻小物体。,3、创造怎样的实验条件，可以使摩擦起电效果更明显？,2、可否设计实验检验自己的猜测？,相互摩擦的物体干燥、被吸引物要很轻。,一、摩擦起电现象,演示实验3：超市的购物袋有时很不容易撑开，用包装泡沫摩擦塑料袋几下，粘在一起的塑料袋自己就分开了。,演示实验4：用被丝绸摩擦过的玻璃接触两个靠近悬挂的泡沫小球，发现两个小球相互排斥。若分别用摩擦过的玻璃棒和橡胶棒接触这两个小球，发现小球相互吸引。,
3、思考：1、小球为什么会相互排斥或吸引？带电了？怎么带电的？,2、玻璃棒和橡胶棒带的电有区别吗？,二、电荷（elecrtric）及其种类,许多物质，如琥珀、玻璃棒、橡胶棒等，经过毛皮或丝绸摩擦后，能吸引轻小物体，我们就说这些物质带了电荷。早期人们正是通过这种力的效应定义了“电荷”这个概念。,发现了玻璃棒和橡胶棒所带电荷的区别后，美国物理学家富兰克林人为地定义了“正电荷”（positive charge）和“负电荷”（negative charge）的概念，一直沿用至今。自然界中只存在这两种电荷。,正电荷：被丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷，用“+”表示。负电荷：被毛皮摩擦过的橡胶棒所带的电荷，用“-
4、”表示。实验表明：同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。,思考：究竟什么是电荷？什么情况下我们说物体“带电”了？,三、从物质微观结构的角度分析“带电”原因,水由大量水分子构成有的物质直接由原子构成,原子由原子核和核外电子构成,核外电子带负电荷质子和中子构成原子核质子带正电荷中子不带电荷,思考：原本就带电的物体为什么不能吸引轻小物体呢？而必须经过适当的摩擦才行呢？,物质本身就是由大量带电的微粒构成的！,三、从物质微观结构的角度看“电现象”,原子的质子数与核外电子数是相等的。例如碳原子，核外电子有6个，质子也是6个。这样，它对外不显电性。,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
5、互作用，所以原子核的结构一般是很稳定的。,核外的电子靠质子的吸引力维系在原子核附近。通常离原子核较远的电子收到的束缚较小，容易受到外界的作用而脱离原子。,当两个物体相互摩擦时，一些束缚得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，失去电子的物体则带正电。这就是“摩擦起电”（electrification by friction）的原因。,三、从物质微观结构的角度看“电现象”,思考：1、用丝绸摩擦玻璃棒时，电子是怎样转移的？哪个失去了电子？哪个又得到了电子？用毛皮摩擦橡胶棒呢？,2、电荷就是原子内部的质子和电子吗？正电荷就是质子、负电荷就是电子？,丝绸摩擦
6、玻璃棒，电子由玻璃棒转移到丝绸上。玻璃棒失去电子，带正电，丝绸得到电子，带负电。毛皮摩擦橡胶棒，电子由毛皮转移到橡胶棒上。毛皮失去电子，带正电，玻璃棒得到电子，带负电。,电子和质子是实际的微观粒子，电荷是这些基本粒子的一种属性。离开了这些基本粒子，电荷根本就不存在。,三、从物质微观结构的角度看“电现象”,铝和铁的原子结构示意图：,铝,铁,不同物质的微观结构不同，原子中电子的多少和运动情况也不相同。不仅如此，当大量原子或分子组成大块物体时，由于原子或分子间的相互作用，原子中电子的运动状况也会有所变化。例如，金属中离原子核最远的电子往往会脱离原子核的束缚而在金属中自由活动，这种电子叫做自由电子（f
7、ree electron）。失去这种电子的原子便成为带正电的离子（ion）。这些离子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。,四、利用电荷“同性相斥”判断物体是否带电,演示实验5：范式起电机的金属球带电后，轻轻地把双手放在带电的球上，突然，你的头发全部飞扬起来。简直就是“怒发冲冠”。,演示实验6：用毛皮摩擦橡胶棒后，把橡胶棒和验电羽上的金属球接触，发现验电羽上的红色线都张开了。,四、利用电荷“同性相斥”判断物体是否带电,验电器：玻璃瓶内有两片金属箔，用金属丝挂在一条导体棒的下端，棒的上端通过瓶塞从瓶口伸出。静电计：把金属箔换成指
8、针，并用金属做外壳。,五、感应起电（electrostatic induction）,演示实验7：取一对用绝缘柱支撑的导体A和B，使它们彼此接触。起初它们不带电，帖在下部的金属箔是闭合的。（1）把带正电荷的物体C移近导体A，金属箔有什么变化？（2）这时把A和B分开，然后移去C，金属箔又有什么变化？（3）再让A和B接触，又会看到什么现象？利用金属结构的模型，解释看到的现象。,现象：（1）张开,（2）仍然张开,（3）闭合,五、感应起电（electrostatic induction）,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
9、号电荷，远离带电体的一端带同号电荷。这种现象叫做静电感应。利用静电感应使金属导体带电的过程叫做感应起电（electrification by induction）。,摩擦起电,感应起电,接触起电,演示实验8：当带电体与验电器的上端接触时，验电器的金属箔会张开。若不接触，只是靠近，金属箔是否张开？,六、电荷守恒定律,电荷即不能创造，也不能消失，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。这个结论叫做电荷守恒定律（law of conservation of electric charge）,一个与外界没有电荷交换的系统，电荷的代数和总是保持
10、不变的。,七、元电荷迄今为止，自然界中最小电荷量,物质由分子或原子构成，原子又由原子核和核外电子构成，原子核里有带电的质子和不带电的中子。我们可以这样认为，物质由大量的质子、中子、电子组成。只有物质的正电荷和负电荷一样多，物质对外才不显电性！对于任何原子而言，核内有几个质子，核外就有几个电子。这说明尽管质子和电子所带电荷不同种类，但多少是相等的。,电荷的多少叫电荷量（electric quantity），国际单位制度中，电荷量的单位是库伦（coulomb），简称库，用C表示。正电荷的电荷量为正值，负电荷的电荷量为负值。,思考：你知道带电物体最少要带多少库伦的电荷量吗？,七、元电荷电荷量的最小单位,迄今为止，科学实验发现的最小电荷量就是电子所带的电荷量。质子、正电子所带的电荷量与之相等，但符号相反。任何带电物体所带电荷量是最小电荷量的整数倍。我们称这个最小电荷量为元电荷（elementary charge），用e表示。,密立根 Millikan（18681953）,密立根利用油滴实验测量出电子的电荷量，获得1932年的诺贝尔物理学奖。在计算中，我们可以取,电子的电荷量e与电子的质量me之比，叫做电子的比荷（specific charge）。,
