[中学联盟]海南省海口市教育研究培训院高中物理选修3-1《11电荷及其守恒定律+12库仑定律》课件

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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 负电量总数是相等的，且 正电荷、负电荷分布的中 心（常称电荷中心）重 合．


德国的奥托· 格里克（1602—1686），马德堡市市 长，1654年曾用自己发明的抽气机做了马德堡半球 实验；1660年发明了第一台可产生大量电荷的摩擦 起电机。有了这样的机器，因而做成了各种各样的 电火花实验；还有让人身体带电的实验；这使得18 世纪40年代的德国整个社会都对电现象感兴趣，许 多人购买了摩擦起电机做实验作为娱乐，同时也大 大普及了电学知识。电学知识在整个欧洲各国都普 及起来。

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。
富兰克林的发
现统一了天电 和地电，破除 了人们对雷电 的迷信。储存 了天电的莱顿 瓶可以产生一 切地电所能产 生的现象，这 就证明了天电 与地电是一样 的。
三、电荷

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．例如，在公元3世纪，我国 晋朝张华的《博物志》中就有记载：‚今 人梳头，解着衣，有随梳解结，有光者， 亦有咤声．‛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．

富兰克林的这一风筝实验，彻底地击碎了闪电 是‚上帝之火‛、‚煤气爆炸‛等流行的说法， 使人们真正认识到雷电的本质。因此，人们说： ‚富兰克林把上帝与闪电分了家。‛

富兰克林的风筝实验绝不是一时冲动所做的。 早在数年前，他就致力于电的研究，并在当时 人们不知‚电为何物‛的时代，指出了电的性 质。

气味。


1747年，富兰克林把他的这些想法，写成 论文《论雷电与电气的一致性》。他将论 文寄给他的朋友、英国皇家学会会员科林 逊。可当科林逊将论文送交皇家学会讨论 时，得到的是一阵嘲笑。许多权威科学家 认为富兰克林的观点荒唐无比，‚把科学 当作儿童的幻想‛。 对于权威人士的嘲笑、奚落，富兰克林不 予理睬，终于在做好各种准备的情况下， 冒着生命危险，做了风筝实验。 富兰克 林从风筝实验中，不但了解了雷电的性质， 而且证实：雷电是可以从天空‚走‛下来 的。‚高大建筑物常常遭到雷击，能不能 给雷电搭一个梯子，让它乖乖地‘走’下 来呢?‛富兰克林想。
新课标高中物理选修1－1
电荷 库仑定律
一、电磁学的发展史

古代人已经发现了有关静电现象，主要是梳头 或者是羊毛、丝、棉类的衣物摩擦有闪光及电 咤声；古希腊人发现琥珀可以吸引轻小物体。 英国的吉尔伯特（1544—1603）是最早系统地 研究电磁现象的科学家。他发现琥珀和磁铁都 能够吸引物体，不过性质不同，经过研究，他 发现许多其他物体经过摩擦后也都能够吸引其 他小物体。引入（electric）（琥珀体）还发明了 可供实验用的验电器。
四、电荷守恒定律
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 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 方式或所在位置有所改出的，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e+、e-对撞湮没 ，产生两个γ光子； 在这些过程中，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，电荷仍守恒。这意味着电荷守恒 具有更深刻的根源。

正当富兰克林思考这一问题的时候，不幸从俄国彼得堡传
来消息：1753年7月26日，科学家利赫曼为了验证富兰克林
的实验，在操作时，不幸被一道电火花击中身亡。这更坚 定了富兰克林研制避免雷击装置的决心。 他先在自己家
做实验：在屋顶高耸的烟囱上，安装一根3米长的尖顶细铁
棒；在细铁棒的下端绑上金属线；沿着楼梯，把金属线引 到底楼的一个水泵上(水泵与大地有接触)；将经过房间的那 段金属线分成两段，且将两股线相隔一段距离，各挂一个 小铃。这样，如果雷电从细铁棒进入，经过金属线进入大 地，那么，两股线受力，小铃就会晃荡，发出响声。
荡，发出响声。

一天，电闪雷鸣，暴风雨就要来了。在雷声、雨声的 ‚伴奏‛下，守候在房间小铃旁的富兰克林，听到了小 铃发出的清脆、悦耳的声音。他高兴地笑了。 富兰克 林把那根细铁棒称为‚避雷针‛。 避雷针的问世，引 起了教会的反对。他们认为：‚装在屋顶的尖杆指向天 空是对上帝的不敬。‛‚干涉上帝的事，对上帝指手划 脚，是要受上帝惩罚的。‛ 然而，有一次在一场雷雨 之后，神圣的教堂着火了，而装有避雷针的房屋却平安 无事。于是，避雷针的作用被人们认识，避雷针也很快 地传开了。至1784年，全欧洲的高楼顶上都用上了避雷 针。

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、化学变化等），而失去一个 或几个电子时，原子就显为‚带正电‛， 获得额外电子时，就显为‚带负电‛．所 以，实质上物体的带电过程就是电子的得 失过程．比如用丝绸摩擦过的玻璃棒所带 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．
科学家，做了一个轰动世界的
实验：这天下午，天色阴暗， 乌云滚滚。天空中不时闪烁着 青白色的电光，传来一阵阵沉 闷的雷声，眼看一场可怕的大
雷雨就要来临了。

‚这是最合适的天气!‛富兰克林和他的儿子威廉 带着风筝和莱顿瓶(一种可充放电的容器)，奔向郊 外田野里的一间草棚。这可不是一只普通的风筝： 它是用丝绸做成的，在它的顶端绑了一根尖细的 金属丝，作为吸引闪电的‚接收器‛；金属丝连 着放风筝用的细绳，这样细绳被雨水打湿后，也 就成了导线；细绳的另一端系上绸带，作为绝缘 体(要干燥)，避免实验者触电；在绸带和绳子之间， 挂有一把钥匙，作为电极。

富兰克林高兴极了，他禁不住伸出左手，触碰一 下引绳上的钥匙。‚哧‛的一声，一个小小的蓝 火花跳了出来。

‚这果然是电!‛富兰克林兴奋地叫了起来。 ‚把莱顿瓶拿过来。‛富兰克林对威廉喊道。他 连忙把引绳上的钥匙和莱顿瓶连接起来。莱顿瓶 上电火花闪烁。这说明莱顿瓶充了。

事后，富兰克林用莱顿瓶收集的雷电，做了一系 列的实验，进一步证实了雷电与普通电完全相同。
四、使物体带电的方法
1、摩擦起电
原因：两个物体互 相摩擦时，因为不 同物体的原子核束 缚核外电子的本领 不同，所以其中必 定有一个物体失去 一些电子，另一个 物体得到多余的电 子。
2、感应起电

（1）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。 （2）感应起电：利用静电感应使物体带 电，叫做感应起电。

1747年，富兰克林把他的这些想法，写成论文《论雷电与 电气的一致性》。他将论文寄给他的朋友、英国皇家学会
会员科林逊。可当科林逊将论文送交皇家学会讨论时，得
到的是一阵嘲笑。许多权威科学家认为富兰克林的观点荒 唐无比，‚把科学当作儿童的幻想‛。 对于权威人士的
嘲笑、奚落，富兰克林不予理睬，终于在做好各种准备的
情况下，冒着生命危险，做了风筝实验。 富兰克林从风 筝实验中，不但了解了雷电的性质，而且证实：雷电是可
以从天空‚走‛下来的。‚高大建筑物常常遭到雷击，能
不能给雷电搭一个梯子，让它乖乖地‘走’下来呢?‛富 兰克林想。

正当富兰克林思考这一问题的时候，不幸从俄国彼得堡 传来消息：1753年7月26日，科学家利赫曼为了验证富兰
物理学的基本定律之一 。它指出，对于一 个孤立系统，不论发生什么变化 ，其中所 有电荷的代数和永远保持不变。电荷守恒定 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，那么必定有等量的异号电荷 同时产生或消失。

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 体的一部分转移到另一部分，在转移过 程中，电荷的总量保持不变。


富兰克林和他的儿子连忙乘着风势，将风筝
放上了天。风筝，像一只矫健的鸟儿，渐渐
地飞到云海中。父子俩躲在草棚的屋檐下，
手中紧握着没有被雨水淋湿的绸带，目不转 睛地观察着风筝的动静。 突然，天空中掠 过一道耀眼的闪电。富兰克林发现，风筝引 绳上的纤维丝一下子竖立起来。这说明，雷 电已经通过风筝和引绳传导下来了。
在一次研究的意外事件中，他得到启迪。 有一次，他把几只莱顿瓶连在一起，以加 大电容量。不料，实验的时候，守在一旁 的妻子丽德不小心碰了一下莱顿瓶，只听 得‚轰‛的一声，一团电火花闪过，丽德 被击中倒地，面色惨白。她因此休息了一 个星期身体才得到康复。

‚莱顿瓶发出的轰鸣声，放出的电火花，不是 和雷电一样吗?‛富兰克林大胆地提出这个设想。 经过反复思考，他推测雷电就是普通的电，并 找出它们两者问的12条相同之处：都发亮光； 光的颜色相同；闪电和电火花的路线都是曲折 的；运动都极其迅速；都能被金属传导；都能 发出爆炸声或噪声；都能在水或冰块中存在； 通过物体时都能使之破裂；都能杀死动物；都 能熔化金属；都能使易燃物燃烧；都放出硫磺
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、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．