静电场库仑定律(教育精品).ppt

第八章第八章 电场电场基础基础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、磁体和地球作为一个巨大论磁、磁体和地球作为一个巨大的磁体的磁体中记载了电学方面的研究，区分了琥珀吸引和磁铁吸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。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”将电引到莱顿瓶中证明雷将电引到莱顿瓶中证明雷电与摩擦起电电荷性质相同。电与摩擦起电电荷性质相同。二、摩擦起电二、摩擦起电1.概念：用摩擦的方法使得物体带电。静止概念：用摩擦的方法使得物体带电。静止电荷产生的现象叫做静电现象。电荷产生的现象叫做静电现象。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核外电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，原子核的正电荷和核子组成，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，原子不显电性。外电子的负电荷电量相等、电性相反，原子不显电性。摩擦时物体得到一些电子或失去一些电子，得到电子带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，摩擦起电并没有创造电荷。负电，失去电子带正电，摩擦起电并没有创造电荷。不同物质原子原子核束缚电子的能力不同，较强容易得不同物质原子原子核束缚电子的能力不同，较强容易得到电子，较弱容易失去电子。到电子，较弱容易失去电子。P28点击点击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接触起电 感应起电感应起电三、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，它只会从内容：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分转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。移到另一部分，而电荷的总量不会发生变化。练习：甲乙两个完全相同的金属球各自带电练习：甲乙两个完全相同的金属球各自带电1C和和-7C，让，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？生了转移？解：先电中和，因为两小球相同再平均分配电量，因此解：先电中和，因为两小球相同再平均分配电量，因此甲乙各自带电甲乙各自带电-3C-3C。有。有2.52.510101919个电子从乙转移到了甲。个电子从乙转移到了甲。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，也不能检测特点：能检测是否带电，但不知电性，也不能检测带电体所带电量。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雷电的成因雷电的成因1.1.积雨云的形成积雨云的形成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，使空气电流很强，使空气温度瞬间达到温度瞬间达到600020000高温空气膨胀，产生强高温空气膨胀，产生强烈的冲击波烈的冲击波形成雷形成雷声声发出耀眼强光发出耀眼强光形形成闪电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 很大雷雷电电对对环环境境的的影影响响雷电破坏房屋、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。雷电能杀菌消毒、净化空气。3O2 闪电 2O32O2+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：两个带电体间作用力的大小可能与哪些因两个带电体间作用力的大小可能与哪些因素有关，哪些是影响两个带电体间静电力素有关，哪些是影响两个带电体间静电力的主要因素？的主要因素？如何判断两个带电体间静电力大小，如何判断两个带电体间静电力大小，实验需要测哪些量，怎么测？实验需要测哪些量，怎么测？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。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：、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，只考虑带电体、点电荷忽略了带电体的大小和电量，只考虑带电体的质量。的质量。D、当两个带电体间的距离较远，它们的形状、大小和、当两个带电体间的距离较远，它们的形状、大小和电荷分布对它们之间相互作用力的影响可以忽略时，这电荷分布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。两个带电体可以看作点电荷。D2.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.Q23.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上。这这条条规规律律就就叫做真空中的库仑定律。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为球点电荷间的距离、对电荷分布均匀的球体为球心之间的距离。心之间的距离。思考思考:由库仑定律由库仑定律F=kQ1Q2/r2可知，当两电荷之间的距离可知，当两电荷之间的距离r接接近于近于0时，两个电荷之间的作用力将为无穷大，以上说法时，两个电荷之间的作用力将为无穷大，以上说法是否正确？是否正确？类比是重要的科学方法。类比就是根据两个不同对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质也可能相似的一种推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。理方法。在库仑之前，就有很多科学家将库仑力与万有在库仑之前，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。库仑引力进行类比，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，较快得出了用扭秤进行实验，通过和万有引力的类比，较快得出了平方反比关系。如果事先没有这样的类比，仅靠实验数平方反比关系。如果事先没有这样的类比，仅靠实验数据的积累，库仑定律的发现可能要推迟好多年。据的积累，库仑定律的发现可能要推迟好多年。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点电荷或电荷分布均匀点电荷或电荷分布均匀带电球体球心间的距离。带电球体球心间的距离。r r质点或质量分布均质点或质量分布均匀球体球心间的距离。匀球体球心间的距离。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。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解答：设电子和质子之间的库仑力为F F1 1，万有引力为，万有引力为F F2 2，距离为距离为r r，由库仑定律和万有引力定律有，由库仑定律和万有引力定律有说明：说明：由计算可知，当距离相同时，电子与质子之间的库由计算可知，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。子间的相互作用时，完全可以忽略万有引力。例例2：校本教材第：校本教材第8页页三、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。特殊的物质。如：重力场、电场和磁场。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特征的量。与实物一样具有能量、质量和动量等表征物质特征的量。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。