11-电荷及其守恒定律课件.ppt

1、1.1 1.1 电荷及其守恒定律电荷及其守恒定律1.2 1.2 探究电荷相互作用规律探究电荷相互作用规律 电荷亦称电，是实物的一种属性人们对电的认电荷亦称电，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然界的雷电现象例识最初来自摩擦起电现象和自然界的雷电现象例如，在公元如，在公元3世纪，我国晋朝张华的世纪，我国晋朝张华的博物志博物志中就中就有记载：有记载：“今人梳头，解着衣，有随梳解结，有光今人梳头，解着衣，有随梳解结，有光者，亦有咤声者，亦有咤声”这是世界上关于摩擦起电引起闪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，用毛皮摩擦光和噼啪之声的较早记载古人发现，用毛皮

2、摩擦过的琥珀能够吸引羽毛、头发等轻小物体随后人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、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轻小物体一、电荷一、电荷 凡是物体有了上述吸引轻小物体的性质，我们就说它带了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水平有限，人们还并不明了电的本质，认为电电当时因认识水平有限，人们还并不明了电的本质，认为电是依附

3、在物体上的，因而把它称为电荷，并把电荷的携带者称是依附在物体上的，因而把它称为电荷，并把电荷的携带者称为带电体习惯上也常常把带电的微粒叫电荷例如运动电荷、为带电体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，这种名称一直沿用到现在实验证明，自然界中自由电荷等，这种名称一直沿用到现在实验证明，自然界中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；异种电荷互相吸引为了区别两种电荷，历史上由美国富兰克林首先提出：相吸引为了区别两种电荷，历史上由美国富兰克林首先提出：把用毛皮摩擦过的硬橡胶棒所带的电荷叫负电荷，而把绸子摩把用毛皮摩擦过的硬橡

4、胶棒所带的电荷叫负电荷，而把绸子摩擦过的玻璃棒所带的电荷叫正电荷这种规定完全是人为的，擦过的玻璃棒所带的电荷叫正电荷这种规定完全是人为的，并具有相对性，但国际上一直沿用到今天并具有相对性，但国际上一直沿用到今天一、电荷一、电荷电荷是一种物质属性电荷是一种物质属性1 1、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 1）正电荷：丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷）正电荷：丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷 （2 2）负电荷：毛皮摩擦过的橡胶棒所带的电荷）负电荷：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。+_使物体带电的方法

5、：1 1、摩擦起电、摩擦起电演示演示 微观解释：微观解释：电子从一个物体转移到另一个物体上。电子从一个物体转移到另一个物体上。得到电子：带负电得到电子：带负电;失去电子：带正电失去电子：带正电+摩擦起电摩擦起电现代科学早已把物质结构的秘密揭开：物质都是由分子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，原子是由一个带正电的原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的绕核运动的带负电的电子组成原子核核和一定数目的绕核运动的带负电的电子组成原子核所带正电量的总数与核外所有电子的负电量总数是相等所带正电量的总数与核外所有电子的负电量总数是相等的，且正电荷、

6、负电荷分布的中心（常称电荷中心）重的，且正电荷、负电荷分布的中心（常称电荷中心）重合因而，在通常情况下，整个原子呈电中性（所谓不合因而，在通常情况下，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、化学变化带电）当原子因某种原因（如摩擦、受热、化学变化等），而失去一个或几个电子时，原子就显为等），而失去一个或几个电子时，原子就显为“带正带正电电”，获得额外电子时，就显为，获得额外电子时，就显为“带负电带负电”所以，实所以，实质上物体的带电过程就是电子的得失过程比如用丝绸质上物体的带电过程就是电子的得失过程比如用丝绸摩擦过的玻璃棒所带的正电荷，实质上就是由于两者摩摩擦过的玻璃棒所带

7、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干电子转移到丝绸上，使擦，组成玻璃棒的原子上的若干电子转移到丝绸上，使玻璃棒失去电子带正电，而丝绸得到电子带负电玻璃棒失去电子带正电，而丝绸得到电子带负电使物体带电的方法：1、摩擦起电2 2、感应起电、感应起电（3 3）静电感应的原因：把带电球）静电感应的原因：把带电球C C移近金属导体移近金属导体A A和和B B时，导体上时，导体上的自由电子被吸引过来，因此导体的自由电子被吸引过来，因此导体A A和和B B带上了等量的异种电带上了等量的异种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，将荷感应起电没有创造电荷，而是使物体中的正负

8、电荷分开，将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 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体，可以使导体带电的把电荷移近不带电的导体，可以使导体带电的现象，叫做静电感应现象，叫做静电感应（2 2）感应起电感应起电：利用静电感应使物体带电，叫做感应起电利用静电感应使物体带电，叫做感应起电 规律规律：近端感应异种电荷：近端感应异种电荷;远端感应同种电荷远端感应同种电荷3 3、接触带电、接触带电微观解释：电荷从一个物体转移到另一个物体微观解释：电荷从一个物体转移到另一个物体1010、用一根跟毛皮摩擦过的硬橡胶棒，靠近不带

9、电验、用一根跟毛皮摩擦过的硬橡胶棒，靠近不带电验电器的金属小球电器的金属小球a a，然后用手指瞬间接触一下金属杆，然后用手指瞬间接触一下金属杆c c后拿开橡胶棒，这时验电器小球后拿开橡胶棒，这时验电器小球A A和金箔和金箔b b的带电情况是的带电情况是 （）A Aa a带正电，带正电，b b带负电带负电B Ba a带负电，带负电，b b带正电带正电C Ca a、b b均带正电均带正电D Da a、b b均带负电均带负电E Ea a、b b均不带电均不带电abcC C接触带电电荷分配原则接触带电电荷分配原则 两个带有同种电荷的导体接触，电荷会重新分配，若不受外两个带有同种电荷的导体接触，电荷会重

10、新分配，若不受外界影响，两个完全相同的带电导体界影响，两个完全相同的带电导体,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平均分配所带电量的总和平均分配 两个带有异种电荷的导体，接触后先发生正负电荷的中和，两个带有异种电荷的导体，接触后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新分配；如果两带电体完全然后剩下的电荷量再进行电荷的重新分配；如果两带电体完全相同，则剩下的电荷平均分配相同，则剩下的电荷平均分配例：两个完全一样的金属小球例：两个完全一样的金属小球A A、B B，其中，其中A A带电为带电为Q Q，B B不带电，不带电，将将A A与与B B接触后再分开，则接触

11、后再分开，则A A、B B球的带电情况怎样？球的带电情况怎样？例例1 1：毛皮与橡胶棒摩擦后，毛皮带正电，这是因为（：毛皮与橡胶棒摩擦后，毛皮带正电，这是因为（）A A毛皮上的一些电子转移到橡胶棒上了毛皮上的一些电子转移到橡胶棒上了 B B毛皮上的一些正电荷转移到了橡胶棒上了毛皮上的一些正电荷转移到了橡胶棒上了 C C橡胶棒上的一些电子转移到了毛皮上了橡胶棒上的一些电子转移到了毛皮上了 D D橡胶棒上的一些正电荷转移到毛皮上了橡胶棒上的一些正电荷转移到毛皮上了结论：摩擦起电实质是电子从一个物体转移到另一个物体上。结论：摩擦起电实质是电子从一个物体转移到另一个物体上。得到电子得到电子,带负电带负

12、电;失去电子失去电子,带正电带正电A A例例2 2：绝缘细线上端固定，下端悬挂一个轻质小球：绝缘细线上端固定，下端悬挂一个轻质小球a a，a a的表面的表面镀有铝膜，在镀有铝膜，在a a的附近，有一个绝缘金属球的附近，有一个绝缘金属球b b，开始，开始a a、b b都不带都不带电，如图所示，现在使电，如图所示，现在使a a带电，则：带电，则：()()A A、a a、b b之间不发生相互作用之间不发生相互作用B B、b b将吸引将吸引a a，吸住后不放，吸住后不放C C、b b立即把立即把a a排斥开排斥开D D、b b先吸引先吸引a a，接触后又把，接触后又把a a排斥开排斥开D【例】如图所示

13、，不带电的枕形导体的【例】如图所示，不带电的枕形导体的A A、B B 两端各贴有一对两端各贴有一对金箔。当枕形导体的金箔。当枕形导体的A A端靠近一带电导体端靠近一带电导体C C 时（时（）A AA A端金箔张开，端金箔张开，B B端金箔闭合端金箔闭合;B B用手触摸枕形导体后，用手触摸枕形导体后，A A端金箔仍张开，端金箔仍张开，B B端金箔闭合端金箔闭合;C C用手触摸枕形导体后，将手和用手触摸枕形导体后，将手和C C都移走，两对金箔均张开都移走，两对金箔均张开;D D选项选项A A中两对金箔分别带异种电荷，选项中两对金箔分别带异种电荷，选项C C中两对金箔带同中两对金箔带同种电荷种电荷B

14、CDBCD1 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,其本质都是将正、负电荷分其本质都是将正、负电荷分开开,使电荷发生转移，并不是创造电荷使电荷发生转移，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 （物理学的基本定律之一（物理学的基本定律之一）表述一表述一：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它只能从一个物体转移到另一个物体到另一个物体,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,在转移的在转移的过程中，系统的电荷总数保持不变过程中，系统的电荷总数保持不变.表述二：表述

15、二：一个与外界没有电荷交换的系统，电荷的代数和总是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。保持不变。通过刚才对三种起电方式本质的分析，思考满足共同的规律通过刚才对三种起电方式本质的分析，思考满足共同的规律是什么？由此我们可以得出的结论是什么？是什么？由此我们可以得出的结论是什么？了解以下几个物理概念了解以下几个物理概念：电荷量电荷量 元电荷元电荷 比荷比荷 电荷的多少叫做电荷量符号：电荷的多少叫做电荷量符号：Q Q或或q q 单位：库仑单位：库仑 符号：符号：C C 电子所带的电荷量，用电子所带的电荷量，用e e表示，表示，e=1.60e=1.601010-19-19C C注意

16、注意：所有带电体的电荷量或者等于：所有带电体的电荷量或者等于e e，或者等于，或者等于e e的整数倍。电的整数倍。电荷量是不能连续变化的物理量。最早由美国物理学家密立根测得。荷量是不能连续变化的物理量。最早由美国物理学家密立根测得。电荷的电荷量电荷的电荷量q q与其质量与其质量m m的比值的比值 ，单位：，单位：C/C/qm小结：小结：一、电荷一、电荷1 1、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 1）正电荷）正电荷 （2 2）负电荷）负电荷2.2.使物体带电的方法：使物体带电的方法：摩擦起电摩擦起电接触带电接触带电感应起电感应起电二、电荷守恒定律二、电荷守恒

17、定律元电荷元电荷三、几个概念三、几个概念电荷量电荷量 比荷比荷 例例1 1：科学家在研究原子、原子核及基本粒子时，为了方便，常：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：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 A、把质子或电子叫元电荷、把质子或电子叫元电荷B B、1.601.601010-19-19C C的电量叫元电荷的电量叫元电荷C C、电子带有最小的负电荷，其电量的绝对值叫元电荷、电子带有最小的负电荷，其电量的绝对值叫元电荷D D、质子带有最小的正电荷，其电量的绝对值叫元电荷、质子带有最小的正电荷，其电量的

18、绝对值叫元电荷答案：B、C、D 例例2 2：有：有A A、B B、C C三个塑料小球，三个塑料小球，A A和和B B，B B和和C C，C C和和A A间都是相互间都是相互吸引的，如果吸引的，如果A A带正电，则带正电，则 ：A AB B、C C球均带负电球均带负电B BB B球带负电，球带负电，C C球带正电球带正电C CB B、C C球中必有一个带负电，而另一个不带电球中必有一个带负电，而另一个不带电D DB B、C C球都不带电球都不带电答案：C例：有三个完全一样的绝缘金属球，例：有三个完全一样的绝缘金属球，A A球带的电荷量为球带的电荷量为q q，B B、C C均不带电。现要使均不带电

19、。现要使B B球带的电荷量为球带的电荷量为3q/83q/8，应该怎么办？，应该怎么办？qABC4q4q2qA B4q2q2qB C2q83q83q法国物理学家库仑做了大量实验法国物理学家库仑做了大量实验,于于17851785年得出了库仑定律年得出了库仑定律.我们知道同种电荷互相排斥我们知道同种电荷互相排斥,异种电荷互相吸引异种电荷互相吸引.那么电荷那么电荷间的相互作用力与什么有关间的相互作用力与什么有关,有何关系有何关系?1 1、内容：真空中两个静止点电荷之间的相互作用力、内容：真空中两个静止点电荷之间的相互作用力,与它们的电与它们的电荷量的乘积成正比荷量的乘积成正比,与它们的距离的二次方成反

20、比与它们的距离的二次方成反比,作用力的方向作用力的方向在它们的连线上在它们的连线上.电荷间相互作用的力电荷间相互作用的力F F叫做静电力或库仑力叫做静电力或库仑力.2 2、大小计算：、大小计算：k=9.0k=9.010109 9NmNm2 2/C C2 2k k:静电力常量静电力常量122QQFkr3 3、方向：同种电荷相互排斥、方向：同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引异种电荷相互吸引.4 4、适用条件：、适用条件：真空真空(空气中近似成立空气中近似成立)点电荷点电荷只有电荷量而没有大小的带电体。只有电荷量而没有大小的带电体。是一种理想化模型是一种理想化模型.点电荷：点电荷：四、应用多个电荷的

21、库仑定律时，应注意：四、应用多个电荷的库仑定律时，应注意：任何一个电荷所受的库仑力等于周围其他各点电荷对它的作任何一个电荷所受的库仑力等于周围其他各点电荷对它的作用力的合力。用力的合力。几个库仑力或库仑力和其他性质的力合成时均遵守几个库仑力或库仑力和其他性质的力合成时均遵守平行四边形法则。平行四边形法则。例例1.1.关于点电荷的概念关于点电荷的概念,下列说法正确的是下列说法正确的是()()对于任何带电球体对于任何带电球体,总可把它看作电荷全部集中在球心的点电荷总可把它看作电荷全部集中在球心的点电荷只有体积很小的带电体才能看作点电荷只有体积很小的带电体才能看作点电荷体积很大的带电体一定不能看作点

22、电荷体积很大的带电体一定不能看作点电荷当两个带电体的形状对它们之间相互作用力的影响可忽当两个带电体的形状对它们之间相互作用力的影响可忽略时略时,这两个带电体可看作点电荷这两个带电体可看作点电荷C例例2.2.试比较电子和质子间的静电引力和万有引力试比较电子和质子间的静电引力和万有引力.(已知电子质量已知电子质量m m1 1=9.1=9.11010-31-31kg,kg,质子质量质子质量m m2 2=1.67=1.671010-27-27kg,kg,电子电子和质子的电荷量都是和质子的电荷量都是1.601.601010-19-19C.)C.)解：电子和质子的静电引力解：电子和质子的静电引力F F1

23、1和万有引力和万有引力F F2 2分别是分别是F1F2=kQ1Q2Gm1m2=9.01091.6010-191.6010-196.6710-119.110-311.6710-27=2.310392211rQQkF2212rmmGF 以后在研究带电微粒间相互作用时以后在研究带电微粒间相互作用时,经常忽略万有引力经常忽略万有引力.例例3.3.把两个完全相同的小球接触后分开把两个完全相同的小球接触后分开,两球相互排斥两球相互排斥,则两则两球原来的带电情况可能是球原来的带电情况可能是 ()()原来的其中一个带电原来的其中一个带电两个小球原来分别带等量异种电荷两个小球原来分别带等量异种电荷两个小球原来分

24、别带同种电荷两个小球原来分别带同种电荷两个小球原来分别带不等量异种电荷两个小球原来分别带不等量异种电荷ACDACD例例4 4、有三个完全相同、大小可以忽略的金属小球、有三个完全相同、大小可以忽略的金属小球A A、B B、C C，A A带带电量电量7Q7Q，B B带电带电-Q-Q，C C不带电，将不带电，将A A、B B固定起来，然后让固定起来，然后让C C球反复球反复与与A A、B B接触，最后移去接触，最后移去C C球，试问球，试问A A、B B间的库仑力变为原来的多间的库仑力变为原来的多少？少？解：由于解：由于C C在在A A、B B间反复接触，故最终三个球的带电量必同。间反复接触，故最终

25、三个球的带电量必同。QQQqqBA237/故故222277rQkrQQkrqqkFBA2222/422rQkrQQkrqqkFBA74/FF例例5 5、有两个半径为有两个半径为r r的带电金属球中心相距为的带电金属球中心相距为L(L=4r),L(L=4r),对于对于它们之间的静电作用力（设每次各球带电量绝对值相同）它们之间的静电作用力（设每次各球带电量绝对值相同）()()A.A.带同种电荷时大于带异种电荷时带同种电荷时大于带异种电荷时 B.B.带异种电荷时大于带同种电荷时带异种电荷时大于带同种电荷时 C.C.带等量负电荷时大于带等量正电荷时带等量负电荷时大于带等量正电荷时 D.D.大小与带电性

26、质无关，只取决于电量大小与带电性质无关，只取决于电量QQL=4rB B+Q+Q+Q+QL=4rL=4r+Q+Q-Q-QL=4rL=4r22rQKF 2/2rQKF 2 2、带电体的静电平衡、带电体的静电平衡 若在真空中某处同时存在几个带电体，由于相互间库仑力若在真空中某处同时存在几个带电体，由于相互间库仑力的作用而保持平衡状态的现象。的作用而保持平衡状态的现象。处理方法：处理方法：库仑定律库仑定律受力分析受力分析例例1.A1.A、B B两个点电荷，相距为两个点电荷，相距为r r，A A带有带有9Q9Q的正电荷，的正电荷，B B带有带有4Q4Q的的正电荷（正电荷（1 1）如果）如果A A和和B

27、B固定，应如何放置第三个点电荷固定，应如何放置第三个点电荷q q，才能，才能使此电荷处于平衡状态？（使此电荷处于平衡状态？（2 2）如果）如果A A和和B B是自由的，又应如何放是自由的，又应如何放置第三个点电荷，使系统处于平衡状态，且求第三个点电荷的置第三个点电荷，使系统处于平衡状态，且求第三个点电荷的电量电量q q的大小及电性的大小及电性.AB B9Q9Q4Q4Q-点电荷的静电平衡点电荷的静电平衡1222121212C9432=55ccABCABrrQqQqkkrrrrrrrrr解：（1）电荷 只能放在、连线之间。设 到、的距离为、，则有：解得 221A99436=25ccQqQQkkqQ

28、rr（2）由电荷 的平衡,C必须是负电荷，且有：解得 三点共线，两同夹异，三点共线，两同夹异，两大加小，近小远大。两大加小，近小远大。Q Q1 1Q Q1 1-Q-Q2 2q?q?1 1、如图在正方形的三个顶点处各固定、如图在正方形的三个顶点处各固定一个点电荷一个点电荷Q Q1 1、Q Q2 2,电性如图，则在另一电性如图，则在另一个顶点再放一个个顶点再放一个q q电荷，要使电荷，要使q q静止，静止，Q Q1 1、Q Q2 2的大小关系如何？的大小关系如何？q q的电荷量和电性的电荷量和电性能不能确定？能不能确定？2142QQ 21222(2)Q qQqaa由q的平衡 kk解得：解得：例例2

29、 2、如图所示，、如图所示，A A、B B是带有等量的同种电荷的两小球，它们是带有等量的同种电荷的两小球，它们的质量都是的质量都是m m，它们的悬线长度是，它们的悬线长度是L L，悬线上端都固定在同一点，悬线上端都固定在同一点O O，B B球悬线竖直且被固定，球悬线竖直且被固定，A A球在力的作用下，偏离球在力的作用下，偏离B B球球x x的地方静止的地方静止平衡，此时平衡，此时A A受到绳的拉力为受到绳的拉力为T T；现在保持其他条件不变，用改变；现在保持其他条件不变，用改变A A球质量的方法，使球质量的方法，使A A球在距球在距B B为为1/2x1/2x处平衡；则处平衡；则A A受到的绳的

30、拉力为受到的绳的拉力为 （）A.T B.2TA.T B.2T C.4T D.8T C.4T D.8T对A22TLqxkx22112()2TLqxkxD8TT得 例例3.3.一摆长为一摆长为L L的单摆，摆球质量为的单摆，摆球质量为m m，带有负电荷，电量为带有负电荷，电量为q q，如果悬点，如果悬点A A处放一正电荷，电量也为处放一正电荷，电量也为q q，要使，要使摆能在竖直平面内作完整的圆周运摆能在竖直平面内作完整的圆周运动，如图所示，则摆在最低点的速动，如图所示，则摆在最低点的速度最小值为多少？度最小值为多少？+AGF电电最高点临界条件最高点临界条件:T=0选用物理规律选用物理规律:222

31、mvFGL电T在最低处 225qvgLkmL解得 212221+1122vFGmLmvmv电在最高处 由最高处到最低处，机械能守恒：G 2L=26mg解得T 如图如图1 1所示在光滑、绝缘的水平面上，沿一直线依次排列三所示在光滑、绝缘的水平面上，沿一直线依次排列三个带电小球个带电小球A A、B B、C C(可视为质点可视为质点)若它们恰能处于平衡若它们恰能处于平衡状态那么这三个小球所带的电荷量及电性的关系，下面状态那么这三个小球所带的电荷量及电性的关系，下面的情况可能的是的情况可能的是()A A9 9、4 4、3636；B B4 4、9 9、3636C C3 3、2 2、8 8 ；D D3 3、2 2、6 6A