电荷及其守恒定律

电荷及其守恒定律电荷及其守恒定律新课标高中物理选修新课标高中物理选修31第一章第一章静电场静电场电荷亦称电，是实物的一种属性人们电荷亦称电，是实物的一种属性人们对电的认识最初来自摩擦起电现象和自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，在公元然界的雷电现象例如，在公元3世纪，世纪，我国晋朝张华的我国晋朝张华的博物志博物志中就有记载：中就有记载：“今人梳头，解着衣，有随梳解结，有今人梳头，解着衣，有随梳解结，有光者，亦有咤声光者，亦有咤声”这是世界上关于摩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、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，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，我们就说它带了电当时因认识性质，我们就说它带了电当时因认识水平有限，人们还并不明了电的本质，水平有限，人们还并不明了电的本质，认为电是依附在物体上的，因而把它称认为电是依附在物体上的，因而把它称为电荷，并把电荷的携带者称为带电体为电荷，并把电荷的携带者称为带电体习惯上也常常把带电的微粒叫电荷习惯上也常常把带电的微粒叫电荷例如运动电荷、自由电荷等，这种名称例如运动电荷、自由电荷等，这种名称一直沿用到现在实验证明一直沿用到现在实验证明，自然界中自然界中只存在两种性质的电荷，而且同种电荷只存在两种性质的电荷，而且同种电荷互相排斥；异种电荷互相吸引互相排斥；异种电荷互相吸引为了区了区别两种电荷，历史上由美国富兰克林首别两种电荷，历史上由美国富兰克林首先提出先提出：把用：把用毛皮摩擦过的硬橡胶棒所毛皮摩擦过的硬橡胶棒所带的电荷叫负电荷，带的电荷叫负电荷，而把绸子摩擦过的而把绸子摩擦过的玻璃棒所带的电荷叫正电荷玻璃棒所带的电荷叫正电荷这种规定这种规定完全是人为的，并具有相对性，但国际完全是人为的，并具有相对性，但国际上一直沿用到今天上一直沿用到今天一、电荷一、电荷自然界中有两种电荷：正电荷和负电荷自然界中有两种电荷：正电荷和负电荷电荷性质：电荷性质：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。+_现代科学早已把物质结构的秘密揭开：物现代科学早已把物质结构的秘密揭开：物质都是由分子组成而分子由原子组成，质都是由分子组成而分子由原子组成，原子是由一个带正电的原子核和一定数目原子是由一个带正电的原子核和一定数目的绕核运动的带负电的电子组成原子核的绕核运动的带负电的电子组成原子核所带正电荷的数量与核外所有电子的负电所带正电荷的数量与核外所有电子的负电量总数是相等的，因而，在通常情况下，量总数是相等的，因而，在通常情况下，整个原子呈电中性（所谓不带电）当原整个原子呈电中性（所谓不带电）当原子因某种原因（如摩擦、受热、化学变化子因某种原因（如摩擦、受热、化学变化等），而失去一个或几个电子时，原子就等），而失去一个或几个电子时，原子就显为显为“带正电带正电”，获得额外电子时，就显，获得额外电子时，就显为为“带负电带负电”所以，所以，实质上物体的带电实质上物体的带电过程就是电子的得失过程过程就是电子的得失过程比如用丝绸摩比如用丝绸摩擦过的玻璃棒所带的正电荷，实质上就是擦过的玻璃棒所带的正电荷，实质上就是由于两者摩擦，组成玻璃棒的原子上的若由于两者摩擦，组成玻璃棒的原子上的若干电子转移到丝绸上，使玻璃棒失去电子干电子转移到丝绸上，使玻璃棒失去电子带正电，而丝绸得到电子带负带正电，而丝绸得到电子带负电把带正电荷的C球移近彼此接触的导体A和B，可以看到A、B上的金属箔片都张开，这表明A、B都带上了电荷如果先把C移走，A和B上的金属箔片就会闭合如果先把A和B分开，再移走C，可以看到A、B上的金属箔片仍张开，接着让A和B接触，它们的金属箔片都闭合，这证明A和B分开后所带的是异种等量的电荷，重新接触后等量异种电荷发生中和。使物体带电的方法：1、摩擦起电2、感应起电感应起电.swf（2）感应起电：利用静电感应使物体带）感应起电：利用静电感应使物体带电，叫做感应起电电，叫做感应起电摩擦起电.swf（1）静电感应：把电荷移近不带电的导体，）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，叫做静电感应可以使导体带电的现象，叫做静电感应（3）静电感应的原因：把带电体）静电感应的原因：把带电体C移近金属导体移近金属导体A和和B时，导体上的自由电子被吸引过来，导体中的自由电荷时，导体上的自由电子被吸引过来，导体中的自由电荷便会趋向或远离带电体便会趋向或远离带电体C，使导体靠近带电体，使导体靠近带电体C的一端的一端A带异号电荷，远离带异号电荷，远离带电体带电体C的一端的一端B带带等量的等量的同号电荷。同号电荷。感应起电没有创造电荷，而是使物体中的正负电荷分开，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将电荷从物体的一部分转移到另一部分是否只有当带电体与导体棒的是否只有当带电体与导体棒的上端直接接触时，金属箔片才上端直接接触时，金属箔片才开始张开？解释下面将要看到开始张开？解释下面将要看到的现象。的现象。验电器1.swf验电器验电器2.swf二、电荷守恒定律二、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，电荷的总量保移到另一部分，在转移过程中，电荷的总量保持不变。持不变。电荷守恒定律是大量实验事实的总结，适用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，因而电荷守恒是方式或所在位置有所改变，因而电荷守恒是十分自然的。十分自然的。值得指出的，近代物理学发现了大量有关值得指出的，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、负电子基本粒子互相转化的事实。例如正、负电子e+、e-对撞湮没对撞湮没，产生两个，产生两个光子；在这些光子；在这些过程中，出现了电荷的消失或产生，但反应过程中，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。恒。这意味着电荷守恒具有更深刻的根源。物理学物理学的基本定律之一的基本定律之一。它指出，对于一个。它指出，对于一个孤立系统，不论发生什么变化孤立系统，不论发生什么变化，其中所有电荷，其中所有电荷的代数和永远保持不变。的代数和永远保持不变。电荷电荷守恒定律表明，守恒定律表明，如果某一区域中的电荷增加或减少了，那么必如果某一区域中的电荷增加或减少了，那么必定有等量的电荷进入或离开该区域；如果在一定有等量的电荷进入或离开该区域；如果在一个物理过程中产生或消失了某种符号的电荷，个物理过程中产生或消失了某种符号的电荷，那么必定有等量的异号电荷同时产生或消失。那么必定有等量的异号电荷同时产生或消失。因此，电荷守恒定律又可表示为：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。元电荷的数值最早是由美国科学家密立根用实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验测得到的尽管质子、电子的电荷量的数值皆为皆为，但它们不叫元，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，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（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值表示，负电荷的电量用负值表示三、元电荷三、元电荷电荷的多少叫电荷量电荷量是指物体带电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情况下，电荷实际指带电体本身迄今为止迄今为止,科学实验发现的最小电荷量就是科学实验发现的最小电荷量就是电子所带的电量电子所带的电量.质子质子.正电子所带的电量与正电子所带的电量与它相同它相同,但符号相反但符号相反.人们把这个最小的电荷人们把这个最小的电荷量叫做元电荷量叫做元电荷.电荷量的国际单位是：电荷量的国际单位是：C例例1：科学家在研究原子、原子核及基本粒子时，：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：于元电荷，下列论述正确的是：A、把质子或电子叫元电荷、把质子或电子叫元电荷B、1.6010-19C的电量叫元电荷的电量叫元电荷C、电子带有最小的负电荷，其电量的绝对、电子带有最小的负电荷，其电量的绝对值叫元电荷值叫元电荷D、质子带有最小的正电荷，其电量的绝对、质子带有最小的正电荷，其电量的绝对值叫元电荷值叫元电荷答案：答案：B、C、D例例2：有：有A、B、C三个塑料小球，三个塑料小球，A和和B，B和和C，C和和A间都是相互吸引的，如果间都是相互吸引的，如果A带正电，则带正电，则：AB、C球均带负电球均带负电BB球带负电，球带负电，C球带正电球带正电CB、C球中必有一个带负电，而另一个球中必有一个带负电，而另一个不带电不带电DB、C球都不带电球都不带电答案：答案：CGAMEOVER台山市鹏权中学：马协群台山市鹏权中学：马协群2007年8月12问题与练习问题与练习1.在我国北方天气干燥的季节在我国北方天气干燥的季节,脱掉外衣后再脱掉外衣后再去摸金属门把手时去摸金属门把手时,常常会被电击一下常常会被电击一下.这这是为什么是为什么?2.在图在图1.1-2所示的实验中所示的实验中,最终最终A带上了带上了-10-8C的电荷实验中，是电子由的电荷实验中，是电子由A转移到转移到B还是由还是由B转移到转移到A？得到或失去的电子？得到或失去的电子数各是多少？数各是多少？3.有三个完全一样的绝缘金属球，有三个完全一样的绝缘金属球，A带的电带的电荷量为荷量为q，B,C均不带电现要使球的电均不带电现要使球的电荷量为荷量为3q/8，应该怎么办？，应该怎么办？