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1、电 磁 学,选修31,.电荷及其守恒定律,第一章 静电场,物体有吸引轻小物体的性质，就说它带了电，或 有了电荷。带电的物体叫带电体(electric object)。,（一）两种电荷,同种电荷相排斥, 异种电荷相吸引。,自然界只存在两种电荷： 正电荷(positive charge)和负电荷(negative charge) 1747年美国科学家富兰克林提出： 用丝绸摩擦过的玻璃棒所带电荷命名为正电荷 用毛皮摩擦过的硬胶棒所带电荷命名为负电荷,正电荷与负电荷相互完全抵消的状态叫做中和。,电量,电荷的多少叫电荷量(electric quantity)，简称电量,库仑(coulomb) 以C表示,
2、（）元电荷(elementary charg)：自然界 中最小的电量单位。以 e 表示。,（）电量单位：,1e =1.610-19C,(3) 荷质比：（比荷，specific charge),6. 物体带电的说明:,原子的结构,当异性电量相等时则为电中性, 即当物体内质子与电子的数目相等时,则成电中性.正电荷大于负电荷时物体带正电,正电荷小于负电荷时物体带负电,即若物体内质子与电子数目不相等时,则称物体为带电体.,7. 物体的分类,（1）导体：电荷能从产生的地方迅速转移或传导到其 它部分的那种物体叫做导体(conductor)。 （2）绝缘体：电荷几乎只停留在产生的地方的那种物 体叫绝缘体(i
3、nsulator)。 （3）半导体：半导体(semi-conductor)是介于导体与绝 缘体之间的物体，而且对温度，光照，杂质，压力， 电磁场等外加条件极为敏感。,金属，石墨，电解液（酸，碱，盐类的水溶液），人体，地，电离的气体等都是导体；玻璃，橡胶，丝绸，琥珀，松香，硫磺，瓷器，油类，未电离的气体等都是绝缘体。,8.物质的电结构,物体具有不同的导电性，可用物质的微观结构解释。金属之所以导电，因为金属中有许多自由电子，它们较容易摆脱原子核的束缚而自由地在金属内部运动。电解液中，有许多做宏观运动地正负离子，所以电解液导电。在绝缘体中，电子受到原子核的束缚，基本上无自由电子（价电子），所以它们导
4、电性能较差。一个质子的电量为e,一个电子的电量为-e。在半导体中，导电的粒子除电子以外还有空穴，当多数载流子为电子时，称为 n型半导体；当多数载流子为空穴时，称为p型半导体。,（二）三种起电方式,摩擦起电(electrification by friction) 接触起电(electrification by contaction) 感应起电(electrification by induction),摩擦起电,1. 相互摩擦的物体带等量异种电荷，例如：用毛皮摩擦过的硬橡胶棒所带的电荷叫做负电荷，用丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷叫做正电荷,2.成因: 电中性的两物体互相摩擦时,电子从一物体转移到
5、另一物体.失去电子的物体带正电,得到电子的物体带负电.,3. 适用于绝缘体间,1. 不带电的物体跟带电的物体接触时，不带电的物体与带电物体带同种电荷的现象,接触起电,2. 规律： 相同金属球平分总电量；不同金属球比例分配,3. 实质：电荷的转移,静电感应,当物体受到外加静电力的作用，而使物体内正、负电荷分离的现象.,由于静电感应而使导体两端出现的等量异种电荷通常叫做感应电荷,静电感应的特性,靠近带电体的一端会产生异性电,而远端会产生同性电. 正负电同时产生,电量相等。 距离越近，导体静电感应的电量越多。感应的电量恒小于带电体电量. 带电体移去后，物体恢复原状。,说明:,1. 带电体可吸引电中性
6、的物体，乃因静电感应的缘故。 2. 带电体不与物体接触，故不影响物体的总电量，只使正 负电荷分布不均匀。 3. 绝缘体电子无法自由移动，其原子的正负电荷虽不会分离,但会稍微错开.,感应起电,利用静电感应的方式,使物体带电的方法。,感应起电的步骤:,步骤一,步骤二,步骤三,步骤四,实质：电荷的重新分布,验电器,(a),(b),验电器的功用及测量方法,判断待测物是否带电： 使验电器不带电，将待测物接近，若金箔张开则待测物带电。 检验待测物带电的电性： 使验电器带电已知电性,将待测物接近，若金箔角度变大则待测物带同性电；若金箔张开角度变小则待测物带异性电。 注：若金箔先闭合后又张开，则待测物带大量异
7、性电。 检验待测物是否为导体： 使验电器带电，将待测物与验电器接触后分离，若金箔张角会改变的便是导体，否则为绝缘体。,例 1. 有 A、B、C 三个塑料小球，任意两个间都是引力作用，若A带正电，則 (A) B、C两球都不带电 (B) B、C两球都带负电 (C) B球带负电，C球不带电 (D) B球不带电，C球带负电 (E)B球带负电， C球带正电。,答：(C)(D),例 2. 以丝绸摩擦玻璃棒时，下列那些叙述是正确的？ (A)丝绸上的质子移至玻璃棒上 (B)玻璃棒上的电子移至丝绸上 (C)玻璃棒上的质子移至丝绸上 (D)丝绸上的电子移至玻璃棒上 (E)两者所带电量与电性都相同。,答：(B),例
8、 3. 一带正电的金属球A，移近原互相接触的B、C两球中的B球(各球均以绝缘座固定)，如果先将B、C两球分开后再移开球A，则: (A)若B、C塑球，B带负电，C带正电 (B)若B为金属球，C为塑料球，则B带负电，C带正电 (C)若B为金属球，C为塑料球，则B、C不带电 (D)若B、C为金属球，则B带负电，C带正电 (E)若B、C为塑料球，则B、C不带电。,答：(C)(D)(E),小结,1.两种电荷,丝绸 玻璃 毛皮 橡胶,实质：,电子从一个物体转移到另一个物体上,原因：,原子核束缚电子的本领不同。,2.使物体带电的方法；,（1）摩擦起电,电子得失,（2）感应起电,静电感应,（3）接触起电,电荷
9、转移,想一想：电荷总量变了么？,+,-,从以上一些事实可以总结出如下定律：电荷既不能被创造，也不能被消灭，它们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，也就是说，在任何物理过程中，电荷的代数和是守恒的。这个定律叫电荷守恒定律。例如:,三. 电荷守恒定律,摩擦起电和静电感应的实验表明，起电过程是电荷从一个物体（或物体的一部分）转移到另一物体（或同一物体的另一部分）的过程。,电子对湮灭,电子对产生,重原子核,四. 电荷量子化,19061917年，密立根（R.A.millikan )用著名的“油滴实验” 证实出每一滴油滴所带的电量均为某一最大公约数e的整数倍, 此e被称为电荷
10、的基本单位, 叫元电荷. 质子、电子所带的电荷量与它相同.,迄今所知，电子是自然界中存在的最小负电荷，质子是最小的正电荷。,1986年的测量值为：e =1.6021773310-19 C,(说明:库仑是电量的国际单位),“油滴实验”证明了微小粒子带电量的变化是不连续的，它只能是元电荷 e 的整数倍，即粒子的电荷是量子化的。,知识拓展,1964年盖耳曼等人提出“夸克”模型，认为基本粒子由更基本的“夸克”粒子及其反粒子组成。它们的电荷是2/3e，e/3， 但至今还未在实验室 中观察到孤立的“夸克”。,夸克 ,密立根油滴实验,夸克,巩固训练：,关于元电荷的理解说法正确的是（ ） A.元电荷就是电子 B.元电荷是表示跟电子所带电荷量数值相等 的电荷量。 C.元电荷就是质子 D.物体所带的电荷量只能是元电荷的整数倍,BD,电荷,自然界中只存在两种电荷,电荷量：电荷的多少 单位：库伦,使物体带电的方法和实质：,小结,元电荷：,