实物物质的电结构课后

实物物质的电结构课后第1页/共90页2绪论物理学研究的对象核心概念物理学研究什么？物理学的核心概念有哪些？第2页/共90页3绪论物理学研究的对象核心概念物质的结构物理学研究什么？物理学的核心概念有哪些？第3页/共90页4绪论物理学研究的对象核心概念物质的结构物质物理学研究什么？物理学的核心概念有哪些？第4页/共90页5绪论物理学研究的对象核心概念物质的结构物质物质与物质间的相互作用规律物理学研究什么？物理学的核心概念有哪些？第5页/共90页6绪论物理学研究的对象核心概念物质的结构物质物质与物质间的相互作用规律相互作用物理学研究什么？物理学的核心概念有哪些？第6页/共90页7绪论物理学研究的对象核心概念物质的结构物质物质与物质间的相互作用规律相互作用物质或物体的运动规律物理学研究什么？物理学的核心概念有哪些？第7页/共90页8绪论物理学研究的对象核心概念物质的结构物质物质与物质间的相互作用规律相互作用物质或物体的运动规律运动物理学研究什么？物理学的核心概念有哪些？第8页/共90页9绪论为什么要学习电磁学？学习电磁学重要吗？以下哪些现象本质上属于电磁现象？弹簧的弹力脱衣服发出的噼啪声走在干树叶上发出的噼啪声银河系的螺旋结构神经传导原子核裂变极光气体的压强第9页/共90页10绪论为什么要学习电磁学？学习电磁学重要吗？以下哪些现象本质上属于电磁现象？弹簧的弹力脱衣服发出的噼啪声走在干树叶上发出的噼啪声银河系的螺旋结构神经传导原子核裂变极光气体的压强第10页/共90页11绪论为什么要学习电磁学？学习电磁学重要吗？四种相互作用的比较种类相互作用粒子强度力程/m引力作用所有粒子、质点长程弱相互作用带电粒子电磁作用核子、介子等强子强相互作用强子等大多数粒子长程传播子引力子光子W，Z玻色子胶子10-3810-210-51第11页/共90页物理学的第三次大综合法拉第的电磁感应定律（1831）：

电磁一体麦克斯韦电磁场统一理论（1864）赫兹在实验中证实电磁波的存在，光是电磁波.（1887）技术上的重要意义：发电机、电动机、无线电技术等.库仑定律（1785）：电荷与电荷间的相互作用奥斯特的发现（1820）：

电流的磁效应安培（1822）发现电流与电流间的相互作用规律第12页/共90页5.1实物物质的电结构——是什么将世界连在一起第13页/共90页145.1最低学习目标

当你完成本内容的学习，你应该能够完成以下内容。1.描述、解释和应用以下术语：分子、原子、电子、离子、电荷、电量、带电体、电荷量子化、电荷守恒、金属、电介质、化学键（共价键、离子键和金属键）第14页/共90页155.1最低学习目标2.描述并作出原子结构图。3.作出金属和电介质的结构图。4.能够利用物质的微观结构定性解释摩擦起电等简单静电现象。5.根据所给现象和研究问题的精度要求，建立实物物质的电结构模型。第15页/共90页16

实验1:摩擦起电现象

5-1实物物质的电结构第16页/共90页17

实验1:摩擦起电现象

5-1实物物质的电结构

问题1：请作图画出电荷在毛衣和气球上的分布情况（摩擦前后）。为什么两个物体摩擦会起电呢？起电是否源于摩擦？你认为摩擦起电过程中摩擦的作用是什么？

第17页/共90页185-1实物物质的电结构

问题2：两个不摩擦仅相互接触的物体，当他们分离时是否会带电？同学们在生活中是否遇到过这种现象？

第18页/共90页19

实验2：撕胶带纸sticktapeondesk5-1实物物质的电结构第19页/共90页20

实验2：撕胶带纸5-1实物物质的电结构

要求：1）预测实验结果，并描述你的推论。2）完成实验，如何证实你的推论呢？胶带是否带电？带何种电荷？

第20页/共90页21

实验2：撕胶带纸sticktapeondeskpulloff,taperepels5-1实物物质的电结构第21页/共90页

题1你认为以下关于“电荷”的描述正确的有A.电荷是一种物质B.电荷是带电体的基本属性C.电荷是一切实物物质的基本属性D.电荷是带电的基本粒子的基本属性

请解释你的答案？225-1实物物质的电结构第22页/共90页23

1.原子由什么构成？原子核由什么构成?请填下表，并画出氦的原子结构图。ParticleMassCharge5-1实物物质的电结构一原子结构第23页/共90页24

1.原子由什么构成？原子核由什么构成?请填下表，并画出氦的原子结构图。ParticleMassChargeProtonMp+eNeutron1.01mp0Electron1/1840mp-e5-1实物物质的电结构一原子结构第24页/共90页25He的原子结构第25页/共90页26第26页/共90页27

2.原子为什么能够成为一个稳定的结构，什么力在其中起到了作用？质子为什么能够在原子核内存在，没有因为斥力的作用而飞出去？

为什么核外电子在靠近原子核的地方出现的概率高？

为什么不同物质接触分离时，有的带正电，有的带负电呢？第27页/共90页28第28页/共90页29

题2如图（a）一个带正电荷的物体靠近一个放在玻璃绝缘底座上的导体，然后在导体的另一面将导体瞬间接地，如图（b）如果这个导体带上了负电荷，如图（c）。根据这些信息，我们可以得到在这个导体里面（

）A.正电荷和负电荷都在自由地移动B.只有负电荷自由地移动C.只有正电荷自由地移动D.不能推断上述任何事情第29页/共90页30

问题1：金属(锌，铜，铝等），绝缘体（例如氢气，氧气，水，玻璃，橡胶等）等物质。它们的内部结构是否存在差异？我们可以通过什么方式来了解物质的微观结构呢？能不能举出在生活中遇到的现象或例子来说明它们的差异呢？我们学过的什么物理量可以描述它们之间的差异呢？

5-1实物物质的电结构二金属和电介质的电结构第30页/共90页31实验3：提供实验仪器，自己设计实验方案若干验电器、金属棒、塑胶棒、起电机、毛皮、丝绸还有没有其他的方案来验证你们对于金属和绝缘体的认识呢？第31页/共90页32第32页/共90页33第33页/共90页34实验3两个验电器实验①验电器1带电，用木棒将验电器1和验电器2的金属板连接，观察现象②用铜棒连接两个验电器的金属板第34页/共90页35①带正电的物体靠近一不带电的可乐瓶（不接触）②带正电的物体靠近一不带电的矿泉水瓶（不接触）

实验4:

易拉罐，矿泉水瓶，金属棒，塑胶棒，毛皮，玻璃棒，支架

预测实验结果，通过实验结果可以预测金属（可乐瓶）和绝缘体（矿泉水瓶）的结构存在哪些差异第35页/共90页36

问题2：请比较你所建构的金属模型是否能解释实验现象，以及当带电体靠近（不接触）金属锌时金属内部发生了什么变化。

请根据实验推测塑料瓶内部的电结构，以及当带电体靠近（不接触）塑料瓶时塑料瓶内部发生了什么变化。

为什么不同物体发生的变化不同？金属和绝缘体的内部结构的主要差异是由什么引起的？第36页/共90页

PaulingL在《TheNatureofTheChemicalBond》中提出了用得最广泛的化学键定义：如果两个原子（或原子团）之间的作用力强得足以形成足够稳定的、可被化学家看作独立分子物种的聚集体，它们之间就存在化学键。简单地说，化学键是指分子内部原子之间的相互作用力。不同的外在性质反映了不同的内部结构各自内部的结合力不同第37页/共90页38

以金属锌为例第38页/共90页39第39页/共90页金属原子和金属正离子沉浸在“电子海(electronsea)”中。第40页/共90页自由电子+金属离子金属原子+++++++++++++++++++++第41页/共90页静电感应

解释现象

带电体靠近前

带电体靠近后第42页/共90页43讨论：

题2如图（a）一个带正电荷的物体靠近一个放在玻璃绝缘底座上的导体，然后在导体的另一面将导体瞬间接地，如图（b）如果这个导体带上了负电荷，如图（c）。根据这些信息，我们可以得到在这个导体里面（

）A.正电荷和负电荷都在自由地移动B.只有负电荷自由地移动C.只有正电荷自由地移动D.不能推断上述任何事情第43页/共90页44每个氧原子有六个外层电子第44页/共90页45每个氧原子有六个外层电子第45页/共90页无极分子：（氢、甲烷、石蜡等）有极分子：（水、有机玻璃等）电介质第46页/共90页无极分子：（氢、甲烷、石蜡等）有极分子：（水、有机玻璃等）电介质第47页/共90页48实验5:观看实验，预测结果，解释现象①将铝箔紧贴着金属罐，将起电机的一个带电极柄接触金属，观察铝箔的运动②将铝箔紧贴着塑料瓶，将起电机的一个带电极柄接触塑料瓶，观察铝箔的运动第48页/共90页49刚刚在把晚上吃剩的菜用保鲜膜裹起来放冰箱，女儿突然问我：“为什么保鲜膜不用胶带能粘住啊?”，偶真是没办法回答。第49页/共90页Waterisflowingfromafaucetasshownbelow.Apositivelychargedrodisbroughtclosetothestreamofwater.Constructapictureofthissituationanddescribeinwordswhatishappening.+第50页/共90页Therodisbroughtclosetothewater.Thiscausesthepolarwatermoleculestoorientatethemselvessuchthatthenegativesidesofthedipolearemoretowardstherodandthepositivesidesareaway.Thispositiverodthenexertsanelectro-staticforceonthewater,causingittobend.+++++++-------第51页/共90页525.1教学目标关注概念：

结构与功能

系统和系统模型

物质

尺度和数量

第52页/共90页

题1你认为以下关于“电荷”的描述正确的有A.电荷是一种物质B.电荷是带电体的基本属性C.电荷是一切实物物质的基本属性D.电荷是带电的基本粒子的基本属性

请解释你的答案？535-1实物物质的电结构第53页/共90页54

题3将一个质量为1kg的原来不带电的金属球带上+1.6×10-16库仑电荷后，金属球的质量如何变化？并说明理由？A.增大B.减小C.不变D.不确定

第54页/共90页55第55页/共90页56第56页/共90页57第57页/共90页静电感应

解释现象

带电体靠近前

带电体靠近后第58页/共90页59第59页/共90页60第60页/共90页61

导体上出现感应电荷，是其中自由电子重新分布的结果；

而电介质上出现的极化电荷，是其中束缚电荷（电子）的微小移动造成的宏观效果，束缚电荷在电场的作用下，也可以作微小移动，但其活动不能超出原子的范围，电介质上的极化电荷比导体上的感应电荷在数量上要少得多。第61页/共90页62

总结：1.不存在脱离实物物质而单独存在的电荷；2.电荷是实物粒子（原子、分子、基本粒子）的重要属性。第62页/共90页63第63页/共90页64第64页/共90页65讨论问题：1.作为电磁学中引入的第一个基本概念，电荷有哪些基本特征？什么是电荷守恒定律，它有什么广泛的实验依据？2.电荷是否存在相对论效应，什么是电荷的量子性。试将电荷的特征与质量类比。

第65页/共90页66讨论问题：3.库仑定律的主要内容是什么？4.库仑定律的成立条件（真空与静止）是否必要，能否放宽，为什么？5.为什么静止电荷之间的库仑力遵循牛顿第三定律，而运动电荷之间的作用力却不遵循呢？6.库仑定律的适用范围是什么？7.试评价库仑定律的理论地位？若库仑定律不成立，或指数出现偏差将会怎样？第66页/共90页67

题4电子是最小的带电体，电子是点电荷吗？并说明理由。A.是B.不是C.不确定

第67页/共90页68

题3电子是最小的带电体，电子是点电荷吗？A.是B.不是C.不确定

1925年，不到25岁的荷兰年轻大学生乌伦贝克和高斯米特提出电子自旋的大胆假设：电子不是点电荷，它除了有轨道运动以外，还有自旋运动，即每个电子本身都具有固有的内禀角动量称之为自旋角动量S。所谓电子的自旋并非指电子就是一个自转着的小球，实际上，至今我们对于电子内部的结构和运动还不清楚，还不知道微观粒子自旋的真实图象以及产生自旋角动量的内在原因。第68页/共90页69年代实验者偏离平方反比的偏差δ1769Robinson6×10-21773Cavendish2×10-21785Coulomb4×10-21873Maxwell4.9×10-51936Plimpton与Lawton2.0×10-91968Cochran与Franken9.2×10-121970Bartlett等1.3×10-131971Williams等（2.7±3.1）×10-16验证电力平方反比律实验结果第69页/共90页70氢原子有一个电子和一个质子组成。两者之间所受的力约2.3x1039N，而远大于重力。问能否调整两者之间的距离使它们之间的电场力和重力相等？

1.可以，增大两者之间的距离。

2.可以，减小两者之间的距离。

3.不可以，找不到合适的位置。第70页/共90页715-1电荷的量子化电荷守恒定律1、电荷一电荷的量子化电荷有正负之分；物体带电的三种方式:摩擦起电、接触起电、感应起电。第71页/共90页722、电荷量子化1913年，密立根用液滴法从实验中测出所有电子都具有相同的电荷，而且带电体的电荷是电子电荷的整数倍。

电荷的这种只能取离散的、不连续的量值的性质，叫作电荷的量子化。第72页/共90页731986年国际推荐值近似值

强子的夸克模型具有分数电荷（或电子电荷）但实验上尚未直接证明.第73页/共90页743、电荷的相对论不变性：

在不同的参照系内观察，同一个带电粒子的电量不变。电荷的这一性质叫做电荷的相对论不变性。第74页/共90页75说明：电荷守恒定律适用于一切宏观和微观过程(例如核反应和基本粒子过程)，是物理学中普遍的基本定律之一。内容：在孤立系统中，不管系统中的电荷如何迁移，系统的电荷的代数和保持不变。二电荷守恒定律例如第75页/共90页76库仑(C.A.Coulomb17361806）

法国物理学家，1773年，提出的计算物体上应力和应变分布情况的方法，是结构工程的理论基础。1779年，对摩擦力进行分析，提出有关润滑剂的科学理论。5-2库仑定律第76页/共90页77库仑(C.A.Coulomb17361806）1785年通过扭秤实验创立库仑定律,使电磁学的研究从定性进入定量阶段.电荷的单位库仑以他的姓氏命名.5-2库仑定律第77页/共90页781

点电荷

线度和距离相比可忽略的电荷。

“点电荷”是一个抽象的理想模型。

一库仑定律第78页/共90页79

（1）条件：真空，静止，点电荷（2）力的大小与它们电荷的乘积成正比，与它们之间距离的平方成反比。（3）力的方向沿着它们的连线，同号电荷相斥，异号电荷相吸。2

库仑定律文字表述第79页/共90页80数学表述SI制中：第80页/共90页81为真空电容率受的力(为真空电容率)

单位制的有理化第81页/共90页82大小：方