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电荷及其守恒定律 教学设计2

学习目标

·知道两种电荷及其相互作用。

·知道三种使物体带电的方法及带电本质

·知道电荷守恒定律

·知道什么是元电荷、比荷、电荷量、静电感应的概念

一、电荷

1.自然界中两种电荷:

2.电荷及其相互作用:

3.使物体带电的方法及实质:

二、电荷守恒定律:

三、几个基本概念:

电荷量

元电荷

比荷

静电感应、感应起电

四、思考与练习

1.有三个完全一样的绝缘金属球,A球带的电荷量为q,B、C均不带电。现要使B球带的电荷量为3q/8,应该怎么办?

2.把两个完全相同的金属球A和B接触一下,再分开一段距离,发现两球之间相互排斥,则A、B两球原来的带电情况可能是( )

A.带有等量异种电荷

B.带有等量同种电荷

C.带有不等量异种电荷

D.一个带电,另一个不带电

3.如图所示,A、B是被绝缘支架分别架起的金属球,并相隔一定距离,其中A带正电,B不带电,则以下说法中正确的是( )

A.导体B带负电

B.导体B左端出现负电荷,右端出现正电荷,并且电荷量大小相等

C.若A不动,将B沿图中虚线分开,则两边的电荷量大小可能不等,与如何分有关

D.只要A与B不接触,B的总电荷量总是为零

4.下列说法中正确的是( )

A.正、负电荷最早由美国科学学家富兰克林命名

B.元电荷电荷量的大小最早由美国物理学家密立根测得

C.元电荷就是电子

D.元电荷是表示跟电子或质子所带电量大小相等的电荷量

E.在上题图中若A向B逐渐靠近,在B左端和右端的电荷量大小始终相等并且连续变化

以下题目仅供物理爱好者选做

5.将不带电的导体A和带有负电荷的导体B接触后,在导体A中的质子数( )

A.增加

B.减少

C.不变

D.先增加后减少

6.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a,然后用手指瞬间接触一下金属杆c后拿开橡胶棒,这时验电器小球a和金箔b的带电情况是( )

A.a带正电,b带负电

B.a带负电,b带正电

C.a、b均带正电

D.a、b均不带电

7.如图所示,将带电棒移近两个相同且不带电的导体球,开始时互相接触且对地绝缘,哪些方法能使两球带等量的电荷?

课后作业:

p5 问题与练习1、2、4

阅读材料

静电学发展史

“电”一词在西方是从希腊文琥珀一词转意而来的,在中国则是从雷闪现象中引出来的。自从18世纪中叶以来,对电的研究逐渐蓬勃开展。它的每项重大发现都引起广泛的实用研究,从而促进科学技术的飞速发展。现今,无论人类生活、科学技术活动以及物质生产活动都已离不开电。随着科学技术的发展,某些带有专门知识的研究内容逐渐独立,形成专门的学科,如电子学、电工学等。电学又可称为电磁学,是物理学中颇具重要意义的基础学科。

古人对于电的理解

自然界的雷鸣电闪,很早就引起人们的注意。但要对雷电现象做出正确解释,在当时是很困难的,因此人们在民间流传着各种神秘的和迷信的看法。不过,雷电现象终究是自然界固有的,人们能够控制并重复实现的电学现象是摩擦琥珀后可使它吸引纸屑、芥子等微小物体的实验。

静电学的发展

公元前600年前后,希腊哲学家泰勒斯发现了当时的希腊人摩擦琥珀吸引羽毛。但在当时人们认为“琥珀吸引微物是它们内在的能力”,并不能给出正确的结论。天上的雷电和手中的琥珀在人们看来这些现象与磁石吸铁一样,属于物质具有的性质此外没有任何联系。直到18世纪,通过美国人富兰克林著名的在雷雨中放风筝的实验,证明了雷电和摩擦带电具有同样的属性。在中国,西汉末年已有“碡瑁(玳瑁)吸偌(细小物体之意)”的记载;晋朝时进一步还有关于摩擦起电引起放电现象的记载“今人梳头,解著衣时,有随梳解结有光者,亦有咤声”。

1600年,英国物理学家吉伯发现,不仅琥珀和煤玉摩擦后能吸引轻小物体,而且相当多的物质经摩擦后也都具有吸引轻小物体的性质,他注意到这些物质经摩擦后并不具备磁石那种指南北的性质。为了表明与磁性的不同,他采用琥珀的希腊字母拼音把这种性质称为“电的”。吉伯在实验过程中制作了第一只验电器,这是一根中心固定可转动的金属细棒,当与摩擦过的琥珀靠近时,金属细棒可转动指向琥珀。也是大约在1660年,马德堡的盖利克发明了第一台摩擦起电机。他用硫磺制成形如地球仪的可转动球体,用干燥的手掌摩擦转动球体,使之获得电。盖利克的摩擦起电机经过不断改进,在静电实验研究中起着重要的作用,直到19世纪霍耳茨和推普勒分别发明感应起电机后才被取代。

18世纪电的研究迅速发展起来。1729年,英国的格雷在研究琥珀的电效应是否可传递给其他物体时发现导体和绝缘体的区别:金属可导电,丝绸不导电,并且他第一次

使人体带电。格雷的实验引起法国迪费的注意。1733年迪费发现绝缘起来的金属也可摩擦起电,因此他得出所有物体都可摩擦起电的结论。他把玻璃上产生的电叫做“玻璃的”,琥珀上产生的电与树脂产生的相同,叫做“树脂的”。他得到:带相同电的物体互相排斥;带不同电的物体彼此吸引。

1745年,荷兰莱顿的穆申布鲁克发明了能保存电的莱顿瓶。莱顿瓶的发明为电的进一步研究提供了条件,它对于电知识的传播起到了重要的作用。差不多同时,美国的富兰克林做了许多有意义的工作,使得人们对电的认识更加丰富。1747年他根据实验提出:在正常条件下电是以一定的量存在于所有物质中的一种元素;电跟流体一样,摩擦的作用可以使它从一物体转移到另一物体,但不能创造;任何孤立物体的电总量是不变的,这就是通常所说的电荷守恒定律。他把摩擦时物体获得的电的多余部分叫做带正电,物体失去电而不足的部分叫做带负电。严格地说,这种关于电的一元流体理论在今天看来并不正确,但他所使用的正电和负电的术语至今仍被采用,他还观察到导体的尖端更易于放电等。早在1749年,他就注意到雷闪与放电有许多相同之处,1752年他通过在雷雨天气将风筝放入云层,来进行雷击实验,证明了雷闪就是放电现象。在这个实验中最幸运的是富兰克林居然没有被电死,因为这是一个危险的实验,后来有人重复这种实验时遭电击身亡。富兰克林还建议用避雷针来防护建筑物免遭雷击,1745年首先由狄维斯实现,这大概是电的第一个实际应用。

18世纪后期开始了电荷相互作用的定量研究。1776年,普里斯特利发现带电金属容器内表面没有电荷,猜测电力与万有引力有相似的规律。1769年,鲁宾孙通过作用在一个小球上电力和重力平衡的实验,第一次直接测定了两个电荷相互作用力与距离二次方成反比。1773年,卡文迪什推算出电力与距离的二次方成反比,他的这一实验是近代精确验证电力定律的雏形。

1785年,库仑设计了精巧的扭秤实验,直接测定了两个静止点电荷的相互作用力与它们之间的距离二次方成反比,与它们的电量乘积成正比。库仑的实验得到了世界的公认,从此电学的研究开始进入科学行列。1811年法国数学家泊松和德国数学家高斯把早先力学中拉普拉斯在万有引力定律基础上发展起来的势论用于静电推导出泊松方程和高斯定律,发展了静电学的解析理论。

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