1.1电荷及其守恒定律(上课用)

1、 1 1电荷及其守恒定律 公元前公元前600600年左右，年左右， 希腊人泰勒斯发现毛皮希腊人泰勒斯发现毛皮 摩擦过的琥珀能吸引羽摩擦过的琥珀能吸引羽 毛、头发等轻小物体；毛、头发等轻小物体； 我国西汉时期也有我国西汉时期也有 经过摩擦的玳瑁能够吸经过摩擦的玳瑁能够吸 引微小物体的记载引微小物体的记载. . 一、电荷：一、电荷： 一个物体具有吸引轻一个物体具有吸引轻 小物体的性质，小物体的性质，则这个物则这个物 体带电，或者说有了电荷。体带电，或者说有了电荷。 16世纪，英国御医世纪，英国御医吉尔伯特吉尔伯特 提出了电荷的概念提出了电荷的概念 美国科学家美国科学家富兰克林富兰克林提出了提出了

2、正负电荷的概念。正负电荷的概念。 物质的微观结构是怎样的？物质的微观结构是怎样的？ 原子原子 原子核原子核 核外电子核外电子 质子质子 中子中子 （正电正电） （不带电（不带电） 离原子核较远的电子容易受到离原子核较远的电子容易受到 外界的作用而脱离原子外界的作用而脱离原子 （中性）（中性） （负电负电） （正电正电） 质子、中子之间有强相互作用质子、中子之间有强相互作用核力核力 离原子核较远的电子容易受到外界离原子核较远的电子容易受到外界 的作用而脱离原子的作用而脱离原子 。 由于质子对电子的吸引力作用，电由于质子对电子的吸引力作用，电 子被维系在原子核附近。子被维系在原子核附近。 一、电荷

3、一、电荷 自然界中有两种电荷自然界中有两种电荷（富兰克林命名）富兰克林命名） （1）正电荷：）正电荷： 丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷 （2）负电荷：）负电荷： 毛皮摩擦过的橡胶棒所带的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。同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。 + _ 摩擦过的物体摩擦过的物体, ,能吸引轻小物体能吸引轻小物体-物体带电物体带电 使物体带电的方法： 1、摩擦起电 实质：实质： 电子从一个物体电子从一个物体转移转移到到 另一个物体上，得到电另一个物体上，得到电 子带负电，失去电子带子带负电，失去电子带 正电。正电。 例如：

4、丝绸与玻璃棒摩擦例如：丝绸与玻璃棒摩擦 玻璃棒玻璃棒 失去电子失去电子 带正电带正电 丝绸丝绸 得到电子得到电子 带负电带负电 摩擦起电的原因：摩擦起电的原因： 摩擦时一些束缚不紧的电子从一个物体摩擦时一些束缚不紧的电子从一个物体 转移转移到另一个物体上。到另一个物体上。 得到电子：带负电；失去电子：带正电得到电子：带负电；失去电子：带正电 注意：注意：两个互相摩擦的物体一定同时带上两个互相摩擦的物体一定同时带上异异 种种电荷，且电荷，且电荷量相等电荷量相等 使物体带电的方法：使物体带电的方法： 1 1、摩擦起电、摩擦起电 微观解释：微观解释： 电子从一个物体电子从一个物体转移转移到另一个物体

5、上。到另一个物体上。 电中性的物体得到电子：带负电电中性的物体得到电子：带负电 电中性的物体失去电子：带正电电中性的物体失去电子：带正电 金属导电的原因金属导电的原因 简化的物理简化的物理 模型模型 绝缘体不存在这种自由电子绝缘体不存在这种自由电子 在金属中离原子核最远的电子往往会脱离原子核的束在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，这种电子叫做缚而在金属中自由活动，这种电子叫做自由电子自由电子。失。失 去这种电子的原子便成为带正电的去这种电子的原子便成为带正电的离子离子，离子都在自，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己的平衡位置上振动而不

6、移动，只有自由电子穿梭其 中。中。这就使金属成为导体这就使金属成为导体. C C带正电，移近导体带正电，移近导体A A，金属箔有什么变化？，金属箔有什么变化？ 把把A A、B B分开，然后移去分开，然后移去C,C,金属箔又有何变化？金属箔又有何变化？ 再让再让A A和和B B接触，又会看到什么现象？接触，又会看到什么现象？ + 感应起电感应起电 + + AB 如先移开带电球，再分开如先移开带电球，再分开 AB，A、B还能带电吗？还能带电吗？ AB重新接触后，导体不带重新接触后，导体不带 电了，说明电了，说明A、B分开后带分开后带 等量异种等量异种电荷电荷. 重新接触后重新接触后 等量异种电荷发

7、生等量异种电荷发生中和中和. + + + + + + + + 2 2、感应起电、感应起电 使物体带电的方法： （1 1）静电感应静电感应：把电荷移近不带电的导：把电荷移近不带电的导 体，可以使导体带电的现象，叫做静电体，可以使导体带电的现象，叫做静电 感应感应 （2 2）感应起电感应起电：利用静电感应使物体：利用静电感应使物体 带电，叫做感应起电带电，叫做感应起电 规律：规律： 近端近端 感应异种电荷，感应异种电荷， 远端远端 感应同种电荷感应同种电荷 1 1、自由电子受力向一端移动，另一端带等量、自由电子受力向一端移动，另一端带等量 的正电荷的正电荷 2 2、感应起电没有创造电荷，只是物体中

8、的正、感应起电没有创造电荷，只是物体中的正 负电荷重新分布，将电荷从物体的一部分转移到负电荷重新分布，将电荷从物体的一部分转移到 另一部分另一部分 （3 3）静电感应解释：）静电感应解释： 使物体带电的方法除使物体带电的方法除摩擦起电摩擦起电、感应感应 起电起电外，还有外，还有接触带电接触带电 通过与带电体直接接触，电荷从一个物体通过与带电体直接接触，电荷从一个物体 转移到另一个物体上，从而使不带电的物转移到另一个物体上，从而使不带电的物 体带上同种电荷的过程体带上同种电荷的过程。 接触带电及本质接触带电及本质 接触后接触后 再分开再分开 +Q+Q +Q 两个两个完全相同完全相同的带电导体的带

9、电导体,接触后再分开接触后再分开, 二者将原来所带电量的总和平均分配二者将原来所带电量的总和平均分配 接触后接触后 再分开再分开 +Q+Q- 3Q- 3Q-Q-Q-Q-Q 2 1 2 1 实质：电荷从一个物体转移到另一个物体实质：电荷从一个物体转移到另一个物体 使物体带电的方法： 3、接触带电 三种带电方式三种带电方式 (1)摩擦起电：摩擦起电： 正负电荷的分开和转移正负电荷的分开和转移 (2)感应起电：感应起电： 电荷从物体的一部分转移到另一部分电荷从物体的一部分转移到另一部分 (3)接触起电：接触起电： 电荷从一个物体转移到另一个物体电荷从一个物体转移到另一个物体 补充：完全相同的球形物体

10、接触，电补充：完全相同的球形物体接触，电 荷转移的问题：荷转移的问题： 接触后接触后 再分开再分开 +Q Q 2 1 Q 2 1 +Q 接触后接触后 再分开再分开 Q3Q QQ 解释：解释： 电荷从一个物体转移到另一个物体电荷从一个物体转移到另一个物体 接触时，电荷分配原则接触时，电荷分配原则 两个带有两个带有同种电荷同种电荷的导体接触，电的导体接触，电 荷会重新分配荷会重新分配. . 若不受外界影响，两个若不受外界影响，两个完全相同完全相同的的 带电导体带电导体, ,接触后再分开接触后再分开, ,二者将原来二者将原来 所带电量的总和所带电量的总和平均分配平均分配 接触时，电荷分配原则接触时，

11、电荷分配原则 两个带有异种电荷的导体，接触后两个带有异种电荷的导体，接触后 先发生正负电荷的中和先发生正负电荷的中和. . 然后剩下的电荷量再进行电荷的重然后剩下的电荷量再进行电荷的重 新分配；新分配； 如果两带电体完全相同，则如果两带电体完全相同，则剩下的剩下的 电荷平均分配电荷平均分配 电荷中和现象及电荷均分原理：电荷中和现象及电荷均分原理： （1 1）带等量异种电荷的物体相互）带等量异种电荷的物体相互 接触后都不显电性，这种现象叫做接触后都不显电性，这种现象叫做 电中和现象电中和现象。 （2 2）两个相同的带电金属导体接触）两个相同的带电金属导体接触 后，电荷要重新平均分配，这种现后，电

12、荷要重新平均分配，这种现 象叫做象叫做电荷均分原理电荷均分原理。 验电器验电器 静电计静电计 导体棒导体棒 金属箔金属箔 金属外壳金属外壳 指针指针 刻度刻度 验电器和静电计验电器和静电计 被检验物体接触验电器金被检验物体接触验电器金 属球时，将电荷传到箔片上，属球时，将电荷传到箔片上， 使两个箔片带上同种电荷。同使两个箔片带上同种电荷。同 种电荷会相互排斥，使两个箔种电荷会相互排斥，使两个箔 片张开一定角度，从而判断被片张开一定角度，从而判断被 检验物体带电。检验物体带电。 验电器验电器 静电计静电计 导体棒导体棒 金属箔金属箔 金属外壳金属外壳 指针指针 刻度刻度 验电器和静电计验电器和静

13、电计 是否只有当带电体与导体棒的上端直接触时金是否只有当带电体与导体棒的上端直接触时金 属箔片才开始张开？属箔片才开始张开？ + + + + + + - - - + + 验电器 思考思考:是否只有当带电体与导体棒的上端直接接是否只有当带电体与导体棒的上端直接接 触时触时,金属箔片才开始张开金属箔片才开始张开?解释看到的现象解释看到的现象. 当带电导体棒靠近验电器上端的金属球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反的电荷，金属箔带与导体棒相同的电荷 静电计中金属杆下部的水平轴上装有金静电计

14、中金属杆下部的水平轴上装有金 属指针，指针可以绕水平轴灵活转动，外面属指针，指针可以绕水平轴灵活转动，外面 圆筒的底部有接线柱。而在验电器中金属杆圆筒的底部有接线柱。而在验电器中金属杆 的下部悬挂着两片金属箔片。的下部悬挂着两片金属箔片。 静电计的外壳一定是金属的，金属外壳静电计的外壳一定是金属的，金属外壳 与内部的金属杆及金属指针构成了一个特殊与内部的金属杆及金属指针构成了一个特殊 的电容器，它在静电计工作时起着重要的作的电容器，它在静电计工作时起着重要的作 用。而验电器外壳的主要作用是为了避免气用。而验电器外壳的主要作用是为了避免气 流的影响，它一般是用玻璃制作的。流的影响，它一般是用玻璃

15、制作的。 1 1、起电的本质、起电的本质 无论是哪种起电方式无论是哪种起电方式, ,其本质都其本质都 是将正、负电荷分开是将正、负电荷分开, ,使电荷发生转使电荷发生转 移，并不是创造电荷移，并不是创造电荷. . 二、电荷守恒定律：二、电荷守恒定律： 2 2、电荷守恒定律、电荷守恒定律 电荷既不能创造电荷既不能创造, ,也不能消灭也不能消灭, , 它只能从一个物体转移到另一个物体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或从物体的一部分转移到另一部分, , 在转移的过程中，电荷的总量保持不在转移的过程中，电荷的总量保持不 变。变。 近代物理实验发现：在一定条件下，带

16、电粒子近代物理实验发现：在一定条件下，带电粒子 是可以产生和湮没的是可以产生和湮没的. 一个高能光子可以产生一个高能光子可以产生 一个一个正电子正电子和一个和一个负电子负电子； 一对正、负电子可以同一对正、负电子可以同 时湮没，转化为光子时湮没，转化为光子. 这一发现是否否定了电荷守恒定律？这一发现是否否定了电荷守恒定律？ l电中性的物体中有无电荷存在？电中性的物体中有无电荷存在？ l所谓所谓“电荷的中和电荷的中和”是不是正负电荷消失了？是不是正负电荷消失了？ l对于对于“电荷的总量保持不变电荷的总量保持不变”中的中的“电荷的总量电荷的总量”你你 是怎么理解？是怎么理解？ 在这些情况下，带电粒

17、子总是成对产生或湮在这些情况下，带电粒子总是成对产生或湮 没没. 两个粒子带电数量相等但正负相反，而光子又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不带电，所以电荷的代数和仍然不变. 一个与外界没有电荷交换的系统，电荷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的的代数和总是保持不变的. 电荷守恒定律现在的表述是：电荷守恒定律现在的表述是： 它是自然界重要的基本规律之一它是自然界重要的基本规律之一 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

18、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 C 19 1060. 1 三、元电荷 三、元电荷 1. 电荷量电荷量:电荷的多少电荷的多少 单位：单位： 库仑库仑（SI制），简称制），简称库，库，符号符号C 2. 科学实验发现的科学实验发现的最小电荷量最小电荷量就是电子所带的电就是电子所带的电 荷量（质子、正电子所带电荷量与它相同，但符荷量（质子、正电子所带电荷量与它相同，但符 号相反）号相反）. 最小的电荷量最小的电荷

19、量叫元电荷叫元电荷. 3. 元电荷元电荷 e = 1.6010 -19C 4. 电子的比荷电子的比荷 所有带电体的电荷量是所有带电体的电荷量是e的整数倍，的整数倍， 电荷量是不能连续变化的电荷量是不能连续变化的. 元电荷元电荷e的数值最早由密立根测得的数值最早由密立根测得 11 1076. 1 e m e C/kg 元电荷元电荷e e的数值的数值-美国科学家密立美国科学家密立 根用实验测得到的根用实验测得到的 比较电荷带电的多少，要比较的是其电比较电荷带电的多少，要比较的是其电 荷量的绝对值，绝对值大的带电多荷量的绝对值，绝对值大的带电多 电荷量的正、负，电荷量的正、负，“”、“”号不号不 表

20、示电荷量的大小，只代表电荷的性质表示电荷量的大小，只代表电荷的性质 （种类）（种类） 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. 1.在我国北方天气干燥的季节，脱掉外衣后再在我国北方天气干燥的季节，脱掉外衣后再 去摸金属门把手时，常常会被电击一下去摸金属门把手时，常常会被电击一下. 这是为什这是为什 么？么？ 在天气干燥季节，脱掉外衣时，由于摩擦，外衣在天气干燥季节，脱掉外衣时，由于摩擦，外衣 和身体都带了等量、异号的电荷，接着用手去摸金和身体都带了等量、异号的电荷，接着用手去摸金 属门把手，身体放电，于是产生电击的感觉属门把手，身体放电，于是产生电击的感觉. . 2. 在书本图在书本图1.1-1所示的实验中，最终使所示的实验中，最终使 A 带上带上 了了 -10-8C 的电荷的电荷. 实验过程中，是电子由实验过程中，是电子由 A 转移到转移到 B