静电场库仑定律分析.pptx

第1页/共30页基础基础A.静电现象静电现象 元电荷元电荷一、人类对于静电现象的研究一、人类对于静电现象的研究公元前公元前6、7世纪发现摩擦生电现象世纪发现摩擦生电现象1600年英国吉尔伯特发表年英国吉尔伯特发表论磁、磁体和地球作为论磁、磁体和地球作为一个巨大的磁体一个巨大的磁体中记载了电学方面的研究，区分了中记载了电学方面的研究，区分了琥珀吸引和磁铁吸引的区别。琥珀吸引和磁铁吸引的区别。1660年德国马德堡市长格里克发明摩擦起电机。年德国马德堡市长格里克发明摩擦起电机。1732年法国科学家杜菲发现电有两种。年法国科学家杜菲发现电有两种。1745年德国克莱斯特发明了可以储存静电的莱顿瓶。年德国克莱斯特发明了可以储存静电的莱顿瓶。1752年富兰克林进行年富兰克林进行“费城实验费城实验”将电引到莱顿瓶将电引到莱顿瓶中证明雷电与摩擦起电电荷性质相同。中证明雷电与摩擦起电电荷性质相同。静止电荷产生的现象叫做静电现象第2页/共30页二、摩擦起电二、摩擦起电1.概念：用摩擦的方法使物体带电的过程叫概念：用摩擦的方法使物体带电的过程叫做摩擦起电。做摩擦起电。2.起电的原因：起电的原因：P28自主活动、大家谈自主活动、大家谈物质由分子原子组成，原子由带正电的原子核和物质由分子原子组成，原子由带正电的原子核和核外电子组成，核外电子绕核作圆周运动，原子核核外电子组成，核外电子绕核作圆周运动，原子核的正电荷和核外电子的负电荷电量相等、电性相反，的正电荷和核外电子的负电荷电量相等、电性相反，原子不显电性。原子不显电性。摩擦时物体得到一些电子或失去一些电子，得到摩擦时物体得到一些电子或失去一些电子，得到电子带负电，失去电子带正电，摩擦起电并没有创电子带负电，失去电子带正电，摩擦起电并没有创造电荷。造电荷。不同物质原子原子核束缚电子的能力不同，较强不同物质原子原子核束缚电子的能力不同，较强容易的到电子，较弱容易失去电子。容易的到电子，较弱容易失去电子。P28点击点击第3页/共30页3.使得物体起电的其它方法使得物体起电的其它方法摩擦起电摩擦起电4.产生静电的常用设备产生静电的常用设备感应起电机感应起电机超高压电源超高压电源范德格拉夫起电机范德格拉夫起电机接触起电感应起电看录像看录像第4页/共30页三、电荷量和元电荷三、电荷量和元电荷1.电荷量：物体所带电荷的多少，简称电量电荷量：物体所带电荷的多少，简称电量符号：符号：Q、q单位：库（单位：库（C）1C=106C2.元电荷：也叫基元电荷、是一种电量的单位。元电荷：也叫基元电荷、是一种电量的单位。e=1.610-19C1C=6.251018e电子和质子的电量为元电荷电子和质子的电量为元电荷P31历史回眸历史回眸密立根油滴实验密立根油滴实验第5页/共30页3.电荷守恒定律电荷守恒定律内容：电荷既不会被创造也不会被消灭，它只会内容：电荷既不会被创造也不会被消灭，它只会从一个物体转移到另一个物体或从物体的一个部从一个物体转移到另一个物体或从物体的一个部分转移到另一部分，而电荷的总量不会发生变化。分转移到另一部分，而电荷的总量不会发生变化。练习练习1：甲物体原来带有：甲物体原来带有0.06C的负电荷，与不带的负电荷，与不带电的乙物体相互摩擦后使乙物体带上电的乙物体相互摩擦后使乙物体带上0.01C的正电的正电荷，这时甲物体带何种电荷？带多少电荷？荷，这时甲物体带何种电荷？带多少电荷？练习练习2：甲乙两个完全相同的金属球各自带电：甲乙两个完全相同的金属球各自带电1C和和-7C，让它们充分接触后各自带多少电，整个过程，让它们充分接触后各自带多少电，整个过程中有多少电子发生了转移？中有多少电子发生了转移？解：先电中和，因为两小球相同再平均分配电量，解：先电中和，因为两小球相同再平均分配电量，因此甲乙各自带电因此甲乙各自带电-3C-3C。有。有2.5102.5101919个电子从乙个电子从乙转移到了甲。转移到了甲。解：解：0.07C0.07C的负电。的负电。第6页/共30页四、静电的测量四、静电的测量1.验电器验电器结构结构:原理：接触带电，同性相斥原理：接触带电，同性相斥特点：能检测是否带电，但不知电性，也特点：能检测是否带电，但不知电性，也不能检测带电体所带电量。不能检测带电体所带电量。2.电荷量表电荷量表3.静电电压表静电电压表第7页/共30页雷电的成因雷电的成因第8页/共30页第9页/共30页1.1.积雨云的形成积雨云的形成第10页/共30页2.2.各种起电效应使正负电各种起电效应使正负电荷分布在云的不同位置荷分布在云的不同位置第11页/共30页发生放电现象发生放电现象电荷越积越多电荷越积越多把空气击穿把空气击穿打开狭窄打开狭窄的通道强的通道强行放电行放电电流很强，使空电流很强，使空气温度瞬间达到气温度瞬间达到600020000高温空气膨胀，高温空气膨胀，产生强烈的冲击产生强烈的冲击波波形成雷声形成雷声发出耀眼强光发出耀眼强光形成闪电形成闪电类似于电容类似于电容器的原理器的原理I=Q/tQ很大,t很小I 很大第12页/共30页雷雷电电对对环环境境的的影影响响第13页/共30页雷电破坏房屋、通讯设施、电子设备，造成森雷电破坏房屋、通讯设施、电子设备，造成森林大火，严重危害人民生命财产安全。林大火，严重危害人民生命财产安全。第14页/共30页雷电能杀菌消毒、净化空气。3O2 闪电 2O3第15页/共30页2O2+N2 闪电闪电 2N02N02被雨水溶解被雨水溶解落地后变成天然氮肥，落地后变成天然氮肥，促进植物生长促进植物生长雷电促进植物生长雷电促进植物生长第16页/共30页第17页/共30页基础基础B.电荷的相互作用电荷的相互作用 电场电场拓展拓展A.真空中的库仑定律真空中的库仑定律第18页/共30页一、电荷间的相互作用一、电荷间的相互作用1.特点特点同性相斥、异性相吸同性相斥、异性相吸2.大小大小实验设计：实验设计：猜想：猜想：静电力的大小可能与哪些因素静电力的大小可能与哪些因素有关？有关？实验需要测哪些量，怎么测实验需要测哪些量，怎么测？问题：带电体为什么能够吸引不带电的问题：带电体为什么能够吸引不带电的轻小物体？轻小物体？第19页/共30页GFTGFTRF=Gtan，F 结论：电荷间的作用力随着电荷量的增大结论：电荷间的作用力随着电荷量的增大而增大，随着距离的增大而减小。而增大，随着距离的增大而减小。第20页/共30页二、真空中的库仑定律二、真空中的库仑定律1.点电荷（理想化的物理模型）点电荷（理想化的物理模型）当带电体的形状、大小和电荷分布对电荷间的当带电体的形状、大小和电荷分布对电荷间的相互作用力的影响可以忽略时，带电体可以看成带相互作用力的影响可以忽略时，带电体可以看成带有电荷的点，这样的带电体叫做点电荷。有电荷的点，这样的带电体叫做点电荷。练习：练习：、关于点电荷，下列说法中正确的是、关于点电荷，下列说法中正确的是（）（）A、体积很小的带电体一定能看作点电荷。、体积很小的带电体一定能看作点电荷。B、体积很大的带电体一定不能看作点电荷。、体积很大的带电体一定不能看作点电荷。C、点电荷忽略了带电体的大小和电量，只考虑带、点电荷忽略了带电体的大小和电量，只考虑带电体的质量。电体的质量。D、当两个带电体的形状对它们之间相互作用力的、当两个带电体的形状对它们之间相互作用力的影响可以忽略时，这两个带电体可以看作点电荷。影响可以忽略时，这两个带电体可以看作点电荷。D第21页/共30页2.库仑扭秤实验库仑扭秤实验实验中研究哪两个小球间的作用力实验中研究哪两个小球间的作用力？小球小球B B的作用是什么？的作用是什么？实验中采用了什么科学思想方法实验中采用了什么科学思想方法？实验中电量实验中电量Q Q是如何改变的？是如何改变的？实验中作用力实验中作用力F F是如何测定的？是如何测定的？实验得到了什么结论？实验得到了什么结论？Q1、Q2一定时一定时 F1/r2r 一定时一定时 F Q1.Q2第22页/共30页3.真空中的库仑定律真空中的库仑定律 真真空空中中两两个个静静止止点点电电荷荷之之间间的的相相互互作作用用力力的的大大小小，跟跟它它们们的的电电荷荷量量的的乘乘积积成成正正比比跟跟它它们们之之间间的的距距离离的的平平方方成成反反比比；力力的的方方向向在在它它们们的的连连线线上。这条规律就叫做真空中的库仑定律。上。这条规律就叫做真空中的库仑定律。4.表达式表达式适用对象：真空中的点电荷，空气中近似适用。适用对象：真空中的点电荷，空气中近似适用。k k-静电力常量，静电力常量，k=9109N.m2/C2 F F库仑力、静电力，方向沿两电荷的连线。库仑力、静电力，方向沿两电荷的连线。r r点电荷间的距离、对电荷分布均匀的球体点电荷间的距离、对电荷分布均匀的球体为球心之间的距离。为球心之间的距离。第23页/共30页思考思考:由库仑定律由库仑定律F=kQ1Q2/r2可知，当两电荷之间的距可知，当两电荷之间的距离离r接近于接近于0时，两个电荷之间的作用力将为无穷大，时，两个电荷之间的作用力将为无穷大，以上说法是否正确？以上说法是否正确？类比是重要的科学方法。类比就是根据类比是重要的科学方法。类比就是根据两个不同对象的部分特性相似而推出其他性两个不同对象的部分特性相似而推出其他性质也可能相似的一种推理方法。质也可能相似的一种推理方法。在库仑之前，在库仑之前，就有很多科学家将库仑力与万有引力进行类就有很多科学家将库仑力与万有引力进行类比，猜想库仑力也与距离平方成反比。库仑比，猜想库仑力也与距离平方成反比。库仑用扭秤进行实验，通过和万有引力的类比，用扭秤进行实验，通过和万有引力的类比，较快得出了平方反比关系。如果事先没有这较快得出了平方反比关系。如果事先没有这样的类比，仅靠实验数据的积累，库仑定律样的类比，仅靠实验数据的积累，库仑定律的发现可能要推迟好多年。的发现可能要推迟好多年。第24页/共30页5.库仑力和万有引力的比较库仑力和万有引力的比较同：同：都是平方反比律都是平方反比律异：异：既有引力又有斥力既有引力又有斥力只有引力只有引力1、Q2m1、m2k=9109N.m2/C2 G=6.6710-11N.m2/Kg2 适用于真空中的点电荷适用于真空中的点电荷适用于质点适用于质点r r点电荷或电荷分布点电荷或电荷分布均匀带电球体球心间的均匀带电球体球心间的距离。距离。r r质点或质量分布质点或质量分布均匀球体球心间的均匀球体球心间的距离。距离。结论：规律有许多相似之处，库仑力要比万有引力复杂。结论：规律有许多相似之处，库仑力要比万有引力复杂。第25页/共30页 类类比比是是重重要要的的科科学学方方法法。类类比比就就是是根根据据两两个个不不同同对对象象的的部部分分特特性性相相似似而而推推出出其其他他性性质质也也可可能能相相似似的的一一种种推推理理方方法法。类类比比在在科科学学发发展展中中发发挥挥了了巨巨大大的的作作用用，开开普普勒勒把把类类比比称称为自己为自己“最好的老师最好的老师”。第26页/共30页例例1：已知：电子的质量：已知：电子的质量m1=9.110-31kg，质子的，质子的质量质量m2=1.6710-27kg，电子和质子的电荷量的绝，电子和质子的电荷量的绝对值都是对值都是1.6010-19C。求电子和质子间的库仑力。求电子和质子间的库仑力和万有引力的大小之比。和万有引力的大小之比。解答：设电子和质子之间的库仑力为F F1 1，万有引力为F F2 2，距离为r r，由库仑定律和万有引力定律有说明：由计算可知，当距离相同时，电子与质子之间的库仑力要比它们之间的万有引力大得多，因此在研究微观粒子间的相互作用时，完全可以忽略万有引力。第27页/共30页三、电场和电场力三、电场和电场力1.人们对场的认识过程人们对场的认识过程 弹力、摩擦力弹力、摩擦力 (施力物体与受力物体直接接触施力物体与受力物体直接接触)重力、库仑力和磁力重力、库仑力和磁力 (施力物体与受力物体不直接接触施力物体与受力物体不直接接触)物质传递作用力物质传递作用力场传递作用力场传递作用力场是一种物质场是一种物质力力是是物物体体对对物物体体的的作作用用场是什么？场是什么？2.物质的分类物质的分类实物：由分子原子等微观粒子组成。实物：由分子原子等微观粒子组成。场：看不见、摸不着但客观存在可以探测得到的一种特殊的物质。如：重力场、电场和磁场。第28页/共30页3.场的性质场的性质对放入其中的实物施加力的作用。对放入其中的实物施加力的作用。与实物一样具有能量、质量和动量等表征物质与实物一样具有能量、质量和动量等表征物质特征的量。特征的量。在一定条件下，场和实物可以相互转化。在一定条件下，场和实物可以相互转化。第29页/共30页感谢您的观看！第30页/共30页