3-1静电场

第一章静电场

第一节电荷及其守恒定律

只有登上山顶，才能看到那边的风光

学习目标：

1.知道知道自然界中存在两种电荷，并且只存在两种电荷。知道同种电荷相互排斥，异种电

荷相互吸引。

2.经历摩擦起电和感应起电的实验过程，了解使物体带电的方法，能从物质微观结构的角度认识物体带电的本质。

3.理解电荷守恒定律。

4.知道电荷量的概念及其国际单位。

5.关注存在元电荷的事实，知道元电荷的概念，知道电荷量不能连续变化。

一、自然界中只有两种电荷

摩擦后的物体所带的电荷有两种：用丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷是一种，用毛皮摩擦过的硬橡胶棒所带的电荷是另一种。同种电荷，异种电荷。人们没有发现对上述两种电荷都排斥或都吸引的电荷。这表明，自然界中的电荷。美国科学家把用丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷命名为；把用毛皮摩擦过的硬橡胶棒所带的电荷命名为。

二、电荷

我们已经知道，构成物质的原子本身就包括了带电粒子：带正电的和不带电的构成，核外有带电的。原子核的正电荷的数量与电子的负电荷的数量，所以整个原子对外界较远位置表现为电中性。

原子核内部的质子和中子被紧密的束缚在一起。核力来源于相互作用，所以原子核的结构一般是很稳定的。核外的电子靠的吸引力维系在原子核附近。通常离原子核较远的受到的束缚力较，容易受到外界的作用而脱离原子。当两个物体相互摩擦时，一些束缚得不紧的电子往往从一个物体转移到另一个物体，于是原来电中性的物体由于得到电子而带电，失去电子的物体则带电。这就是摩擦起电的原因，例如，用丝绸摩擦玻璃棒时，上有些电子跑到了，而玻璃棒因电子而带电，丝绸因而带电。综上所述，我们不难发现，玻璃棒上的原子核束缚电子的本领比丝绸上的原子核束缚电子的本领。

不同物质的微观结构不同，原子中电子的多少和运动状况也不相同。不仅如此，当大量原子或分子组成大块物质时，由于原子或分子间的相互作用，原子中电子的运动状况也会有所变化。例如，金属中离原子核最远的电子往往会脱离原子核的束缚而在金属中自由活动，这种电子叫做，它们在金属内部排列起来，每个正离子都在自己的平衡位置上振动而不移动，只有穿梭其中。这就使金属成为导体。

三、静电感应

当一个带电体靠近导体时，由于电荷间相互吸引或，导体中的自由电荷便会趋向或带电体，使导体靠近带电体的一端带电荷。，远离带电体的一端带电荷。这种现象叫做静电感应。利用静电感应使金属导体带电的过程叫做。

四、使物体带电的方法

1.摩擦起电：摩擦起电的两个物体分别带上。

2.感应起电：感应起电的导体两端带 。靠近带电体的一端导体带的电荷与带电体带的电荷 ；远离带电体一端的导体带的电荷与带电体带的电荷 。

3.接触带电：被接触的物体带的电荷与接触的带电体带的电荷 。带电量不一定相等。

五、元电荷

电荷的多少叫 ，在国际单位制中，它的单位是 ，简称 ，用符号 表示。正电荷的电荷量为 值，负电荷的电荷量为 值。

迄今为止，科学实验发现的最小电荷量就是电子所带的电荷量。质子、正电子所带的电荷量与它相同，但符号 。人们把这个最小的电荷量叫做 ，用符号 表示。实验还指出，所有带电体的电荷量或者等于e ，或者是e 的整数倍。这就是说，电荷量是 （“不能”或“能”）连续变化的物理量。

电荷e 的数值最早是由 国物理学家 （likan ，1868—1953）测得的。他因此获得诺贝尔物理学奖。在 实验之后，人们又做了许多测量。现在公认的元电荷的值为

e=1.60217733×10－19

C

在外面的计算中，可取

e=1.60×10－19

C

电子的电荷量e 与电子的质量m e 之比，叫做电子的比荷。它也是一个重要的物理量。电子的

质量m e =0.91×10－30

C ，所以电子的比荷为

kg C m e

e

/1076.111⨯= 六、电荷守恒定律

无论是摩擦起电还是感应起电，本质上都是使微观粒带电粒子（如电子）在物体之间或物体内部 ，而不是创造出了电荷。

大量事实表明，电荷既不会 ，也不会 ，它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 。这个结论叫做电荷守恒定律。

近代物理实验发现，在一定条件下，带电粒子可以产生和湮没。例如，由一个高能光子可以产生一个正电子和一个负电子；一对正、负电子可同时湮没，转化为光子。不过在这些情况下，带电粒子总是成对产生或湮没，两个粒子带电数量相等但正负相反，，而光子又不带电，所以电荷的代数和仍然不变。因此，电荷守恒定律现在的表述是：一个与外界没有电荷交换的系统，电荷的代数和保持不变。它是自然界重要的基本规律之一。

知识点总结：（学生自己总结，写在下面）

第一节 电荷及其守恒定律

要点归纳

两个完全相同的金属球接触后电荷会重新进行分配，如图1－1－2所示．

电荷分配的原则是：两个完全相同的金属球带同种电荷接触后平分原来所带电荷量的总和；带异种电荷接触后先中和再平分．

图1－1－2

要点归纳

1.“中性”与“中和”之间有联系吗？

“中性”和“中和”是两个完全不同的概念，“中性”是指原子或者物体所带的正电荷和负电荷在数量上相等，对外不显电性，表现为不带电的状态。可见，任何不带电的物体，实际上其中都带有等量的异种电荷；“中和”是指两个带等量异种电荷的物体，相互接触时，由于正负电荷间的吸引作用，电荷发生转移，最后都达到中性状态的一个过程。

2．电荷守恒定律的两种表述方式的区别是什么？

(1)两种表述：①电荷既不会创生，也不会消灭，它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；在转移的过程中，电荷的总量保持不变。②一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。

(2)区别：第一种表述是对物体带电现象规律的总结，一个原来不带电的物体通过某种方法可以带电，原来带电的物体也可以使它失去电性(电的中和)，但其实质是电荷的转移，电荷的数量并没有减少。第二种表述则更具有广泛性，涵盖了包括近代物理实验发现的微观粒子在变化中遵守的规律，近代物理实验发现，由一个高能光子可以产生一个正电子和一个负电子，一对正负电子可同时湮灭，转化为光子。在这种情况下，带电粒子总是成对产生或湮灭，电荷的代数和不变，即正负电子的产生和湮灭与电荷守恒定律并不矛盾。

典型例题剖析

一、电荷基本性质的理解 【例1】 绝缘细线上端固定，

图1－1－3

下端悬挂一个轻质小球a ，a 的表面镀有铝膜；在a 的近旁有一绝缘金属球b ，开始时，a 、b