9.1电荷 课件-2025-2026学年高二上学期物理人教版必修第三册

版权所有 QQ894665727 9.1 电荷 九 《第九章 静电场及其应用》 授课人：物理教研组 人教版 必修第三册 1.7.2013 同学们好，欢迎来到今天的物理课堂。从天上的雷电，到我们冬天脱毛衣时看到的火花，电现象无处不在。今天，我们将一起走进电学世界的大门，探索最基本的概念——电荷。这节课，我们将揭开电的神秘面纱，了解它是什么，它从哪里来，以及它遵循着怎样的规律。让我们一起开启这场探索电的奥秘之旅吧！ ‹#› 版权所有 QQ894665727 学习目标 基本 要求 1.知道电荷的种类和电荷相互作用的规律。 2.了解原子呈电中性的原因。 3.了解摩擦起电、感应起电等现象，知道其本质是电子的转移。 4.理解电荷守恒定律。 5.知道电荷量概念及其单位，知道元电荷的值。 发展 要求 1.了解摩擦起电和感应起电的异同。 2.能运用电荷守恒定律分析摩擦起电和感应起电现象。 说明 1.不要求了解正、负电子湮灭现象和光子概念。 2.不要求识记电子的比荷。 1.7.2013 在开始学习新知识之前，我们首先要明确本节课的学习目标。通过本节课的学习，大家需要掌握电荷的基本概念、种类和相互作用规律，理解起电的本质和电荷守恒定律。同时，我们也会对元电荷有初步的认识。这些是我们后续学习电学的基础，希望大家能够认真听讲，积极思考，达到我们的学习要求。 ‹#› 版权所有 QQ894665727 教学重点难点 ▌ 教学重点 理解并掌握电荷守恒定律的核心内涵，能够熟练运用该定律分析和解决摩擦起电、感应起电过程中的电荷变化与转移相关的物理问题。 ▌ 教学难点 透彻理解“起电的本质是电子的转移”这一微观机理，打破“创造电荷”的错误认知；并能结合具体物理情境，灵活运用电荷守恒定律对复杂起电过程进行定量或定性的逻辑分析。 1.7.2013 本节课的重点和难点都围绕着一个核心——电荷守恒定律。我们不仅要理解这个定律的内容，更重要的是要能够运用它来解释和分析各种起电现象。这需要我们深入理解起电的本质，即电荷并没有被创造或消灭，只是发生了转移。掌握了这一点，我们就能攻克本节课的难点。 ‹#› 版权所有 QQ894665727 课堂引入 万物皆有“电”，我们身边的一切物体，包括我们自己，都是由原子构成的，而原子本身就包含带正电的质子和带负电的电子。那么，为什么通常情况下，我们触摸身边的物体时，感觉不到电的存在呢？ 问题 ？ 1.7.2013 在正式开始学习之前，我想请大家思考一个问题。我们知道，构成物质的原子是由带电的粒子组成的。但为什么我们平时接触书本、桌椅，甚至握手时，都感觉不到电的存在呢？这个问题的答案，就隐藏在我们今天要学习的内容之中。让我们带着这个疑问，开始今天的探索。 ‹#› 版权所有 QQ894665727 探究新知 电荷 认识电荷的种类、相互作用及量化。 1 三种起电方式 揭秘摩擦、接触、感应起电的本质。 2 电荷守恒定律 理解自然界的基本法则。 元电荷 探索电荷的最小单元。 4 3 1.7.2013 今天的课程将分为四个部分。首先，我们将认识电荷本身，了解它的分类和相互作用规律。接着，我们会深入探讨三种常见的起电方式，并揭示它们共同的本质。然后，我们将学习自然界的一条基本法则——电荷守恒定律。最后，我们会了解电荷的最小单元——元电荷。希望通过这四个部分的学习，大家能对电荷有一个全面而深刻的认识。 ‹#› PART. 01 电荷的发现之旅 The Discovery of Electric Charge 现在，让我们把时钟拨回到几千年前，回到人类最初发现电现象的时刻。 在这一章，我们将踏上一段历史的旅程，探索古人是如何从偶然的摩擦起电现象开始，一步步拨开迷雾，尝试去定义、解释并最终揭开“电”的神秘面纱。 1.7.2013 现在，让我们把时钟拨回到几千年前，回到人类最初发现电现象的时刻。第一部分，我们将踏上一段历史的旅程，看看古人是如何从偶然的发现开始，一步步揭开电的神秘面纱的。 ‹#› 版权所有 QQ894665727 电荷的发现 公元前600年左右 · 古希腊 泰勒斯 (Thales) 发现：毛皮摩擦过的琥珀能吸引绒毛、木屑。 这是人类对电现象的最早记录。 公元1世纪 · 汉代 王充在《论衡》中记载“顿牟掇芥”。 —— 顿牟即琥珀，摩擦后能吸引轻小的芥籽。 1600年 · 英国 威廉·吉尔伯特在《论磁》中，把摩擦后能吸引轻小物体的性质命名为“电荷”。 他首次明确区分了电与磁，开启了电学研究的科学时代。 1.7.2013 早在公元前600年，古希腊的哲学家泰勒斯就发现了摩擦过的琥珀能吸引轻小物体。几乎在同一时期，我们中国的汉代学者王充也在《论衡》中记载了类似的现象。直到1600年，英国科学家吉尔伯特系统地研究了这些现象，并首次将这种性质命名为“电荷”，还区分了电和磁。这些早期的探索，为电学的发展奠定了基础。 ‹#› 版权所有 QQ894665727 电荷的分类 人们规定 丝绸摩擦过的玻璃棒 带的电荷叫正（+）电荷 毛皮摩擦过的橡胶棒 带的电荷叫负（-）电荷 自然界的电荷只有两种 1.7.2013 经过大量实验，人们发现自然界中只存在两种电荷。美国科学家富兰克林对此做出了规定：我们把丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷称为正电荷，把毛皮摩擦过的橡胶棒所带的电荷称为负电荷。这个规定非常重要，它为我们描述和研究电现象提供了统一的标准。请大家记住，自然界的电荷只有这两种。 ‹#› 版权所有 QQ894665727 电荷间的相互作用 同种电荷相互排斥；异种电荷相互吸引 🔴 相斥：说明两物体带同种的电荷。 🟢 相吸：说明两物体可能带异种电荷，也可能一个带电，一个不带电。 + - + + 1.7.2013 知道了电荷有两种，那么它们之间是如何相互作用的呢？这就是电学中最基本的规律：同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。就像这两张图展示的，两个带同种电荷的气球会互相推开，而带电的梳子可以吸引不带电的水流。需要注意的是，相互吸引有两种可能：要么是异种电荷，要么是一个带电一个不带电。而相互排斥，则一定是带了同种电荷。 ‹#› 版权所有 QQ894665727 电荷量 闪电 干燥冬天梳头静电 1. 电荷的多少叫作电荷量，用 Q(q) 表示。 2. 在国际单位制中，它的单位是库仑，简称库 (C)。库仑是很大的单位！1C的定义：1A的电流1s传输的电荷量为1C。 3.正电荷的电荷量为正值，负电荷的电荷量为负值。正负不代表大小，只表示电性。 电荷是如何“产生”的？ 普通闪电约 15 C ≈ 9.4 × 10¹⁹ 个电子 10⁻⁹ ~ 10⁻⁶ C（纳库仑 ~ 微库仑） 1.7.2013 我们知道了电荷有正负，那如何衡量电荷的多少呢？物理学中，我们用“电荷量”来表示电荷的多少，符号是Q或q，单位是库仑，简称库，符号是C。大家要记住，库仑是一个非常大的单位，我们平时摩擦起电带的电量远小于1库仑。电荷量是标量，但有正负，正号代表正电荷，负号代表负电荷。那么，这些电荷究竟是从哪里来的呢？ ‹#› 版权所有 QQ894665727 物体的微观结构 物质是由带正电的原子核与带负电的核外电子组成。通常，原子核所带电荷量 = 所有电子所带电荷量总和，所以物体总体上不显电性。 思考： 那如果核内外电荷不相等，是不是就能让物体显电性？又该如何操作呢？ - - - - - - - - - - 1.7.2013 要回答电荷从何而来，我们需要深入到物质的微观世界。物质由原子组成，原子又由带正电的原子核和带负电的核外电子组成。在正常情况下，原子核的正电荷总量和核外电子的负电荷总量是相等的，所以整个物体对外不显电性，也就是电中性。那么，如果我们想让物体带电，是不是只要打破这种平衡，让正、负电荷的数量不相等就行了呢？答案是肯定的。 ‹#› PART. 02 三种起电方式 摩擦起电 Friction Electrification 通过两个不同物体相互摩擦，使一个物体失去电子带正电，另一个物体得到电子带负电。本质是电荷在不同物体间的转移。 例：丝绸摩擦玻璃棒，毛皮摩擦橡胶棒 接触起电 Contact Electrification 一个带电体与一个不带电的导体直接接触，电荷会通过接触面发生重新分布，使不带电的导体带上同种电荷。 例：用带电的金属球接触验电器的金属球 感应起电 Induction Electrification 在不直接接触的情况下，利用静电场的作用，使导体内部的电荷发生分离，近端感应出异种电荷，远端感应出同种电荷。 例：带电体靠近但不接触验电器时的现象 1.7.2013 既然知道了物体带电的本质是正负电荷不平衡，那么我们具体该如何操作呢？接下来，我们将进入第二部分，学习三种常见的起电方式：摩擦起电、接触起电和感应起电。我们将逐一揭示它们的奥秘。 ‹#› 版权所有 QQ894665727 起电的本质 无论是摩擦、接触还是感应，起电的本质是什么？是创造了电荷，还是电荷发生了什么变化？ 问题 ？ 1.7.2013 在学习具体的起电方式之前，我想让大家思考一个更深层次的问题：起电的本质到底是什么？我们是无中生有地创造了电荷，还是让电荷发生了某种变化？这个问题的答案是理解所有起电现象的关键。 ‹#› 版权所有 QQ894665727 摩擦起电 本质：电子的转移 不同物质的原子对核外电子的束缚能力不同，相互摩擦时会发生电子转移。 束缚能力强的物质 • 容易得到电子 • 最终结果：带负电 (-) 束缚能力弱的物质 • 容易失去电子 • 最终结果：带正电 (+) 举个例子：丝绸 摩擦 玻璃棒 玻璃棒对电子的束缚能力弱 →失去电子→ 带正电； 丝绸对电子的束缚能力强 →得到电子→ 带负电。 1.7.2013 我们最熟悉的起电方式就是摩擦起电。它的本质，并不是创造了电荷，而是电子的转移。因为不同物质的原子对电子的束缚能力不同，当它们相互摩擦时，束缚能力弱的物体会失去电子，从而带上正电；而束缚能力强的物体会得到电子，从而带上负电。所以，摩擦起电的实质，就是电子从一个物体转移到了另一个物体。 ‹#› 接触起电 💡 本质：电荷的重新分配 当一个带电体与一个不带电的导体接触时，电荷会通过接触点传导，在两者之间重新分配。这一过程并没有创造电荷，只是电荷的转移。 ⚖️ 均分原则 (前提: 两导体完全相同) Case 1：带电体 + 不带电体 初始状态：A (+4q) | B (0) 接触后：总电荷为 +4q，平均分配，最终 A (+2q)，B (+2q) Case 2：异种电荷体接触 初始状态：A (+4q) | B (-2q) 接触后：先中和抵消掉 2q，剩余 +2q，再均分，最终 A (+1q)，B (+1q) 🧪 关键概念：中和 指等量异种电荷相遇，正负电荷相互抵消，最终使物体整体对外呈现不带电的“电中性”状态。 注意：中和不是电荷消失，而是对外不显电性。 ⚡ 关键概念：净电荷 物体内部正负电荷数量不相等时，抵消后剩余的电荷称为“净电荷”。 • 物体带正电 ➔ 正净电荷 • 物体带负电 ➔ 负净电荷 • 电中性 ➔ 净电荷为 0 1.7.2013 第二种起电方式是接触起电。当一个带电体和一个不带电的导体接触时，电荷会通过接触点传导，在两个物体之间重新分配。如果两个物体完全相同，它们会平分总电荷。比如一个带+4q的小球和一个不带电的小球接触，分开后它们会各带+2q。这个过程的本质也是电荷的转移，而不是创造。如果是异种电荷接触，比如一个带+4q的物体和一个带-2q的物体，它们会先中和掉一部分，剩下的电荷再平分，最后都带上正电。 ‹#› 感应起电 ▍什么是静电感应？ 当一个带电体靠近导体（而不接触）时，导体内的自由电荷（如金属中的自由电子）在电场力的作用下发生定向移动，使导体两端出现等量异种电荷的现象，叫做静电感应。 “隔空”作用：无需接触，仅通过电场影响电荷分布。 ▍感应起电标准操作步骤 ① 靠：将带电体移近绝缘的导体，导体两端出现感应电荷。 ② 接：将导体的远端接地，导体与大地形成更大的导体，远端感应电荷被大地的异种电荷中和。 ③ 断：先断开接地线，切断导体与大地的连接，防止电荷倒流。 ④ 移：移走原带电体，导体最终带上与原带电体“异种”的净电荷。 💡 核心本质：感应起电并没有创造新电荷，而是电荷在物体内部或物体与大地之间发生了“重新分布”。 1.7.2013 第三种方式是感应起电，它甚至可以“隔空”给物体带电。当一个带电体靠近导体时，导体内的自由电荷会在电场力作用下重新分布，这叫静电感应。如果在这个基础上，给导体接地再断开，就能让导体带上电。这个过程的本质，依然是电荷在更大范围内的转移和重新分布。 ‹#› 版权所有 QQ894665727 电荷守恒定律 01 / 宏观表述 电荷既不能创造，也不能消灭，它只能从一个物体转移到另一个物体，或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。 02 / 系统表述 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。 ★ 核心思想：电荷不会凭空产生，也不会凭空消失，只会转移或重新分布 1.7.2013 总结一下我们刚才讲的三种起电方式，它们有一个共同的特点：电荷的总量始终没有变。这就引出了自然界的一条基本定律——电荷守恒定律。它有两种表述方式，核心思想都是：电荷不会凭空产生，也不会凭空消失，只会从一个地方转移到另一个地方。这是我们分析一切电现象的根本依据。 ‹#› 电荷的最小单元 03 PART. 我们已经知道了电荷是可以转移的，那么电荷可以无限细分吗？它有没有一个最小的、不可再分的单元呢？ 在这一部分，我们将探讨这个问题，认识电荷的“基本粒子”——元电荷。 1.7.2013 我们已经知道了电荷是可以转移的，那么电荷可以无限细分吗？它有没有一个最小的、不可再分的单元呢？在第三部分，我们将探讨这个问题，认识电荷的“基本粒子”——元电荷。 ‹#› 版权所有 QQ894665727 元电荷 迄今为止，实验发现的最小电荷量就是电子（质子）所带的电荷量 元电荷 e = 1.60 × 10⁻¹⁹ C 它不是电荷，只是一个物理常数 所有带电体的电荷量，都是 e 的整数倍 这一特性被称为：电荷的量子化 密立根油滴实验 (1909年) 由美国物理学家密立根完成，首次精确测定了电子的电荷量，并从实验上有力地证实了：自然界中的电荷是不连续的，只能取元电荷整数倍的值。 1.7.2013 答案是肯定的，电荷存在最小单元。这个最小的电荷量被称为“元电荷”，用e表示。它的数值是1.60×10的-19次方库仑。这是由美国科学家密立根通过著名的油滴实验精确测定的。这意味着，任何带电体的电荷量都只能是这个数值的整数倍，电荷是量子化的，不能无限细分。 ‹#› 小试牛刀 把一个带 +Q 的金属小球 A 跟同样的不带电的金属球 B 相碰，两球最终都带等量的正电荷。这一现象从微观本质上看，其原因是（ ） A.A 球向 B 球转移了 Q/2 的正电荷 B.B 球向 A 球转移了 Q/2 的电子 C.A 球向 B 球转移了 3Q/2 的电子 D.B 球向 A 球转移了 Q/2 的正电荷 解析思路：金属导体中，正电荷是原子核内的质子，无法自由移动。 解析思路：正确。A球缺少电子，B球中的自由电子转移到A球，中和部分正电荷，最终两球平分净电荷。 解析思路：A球带正电，本身电子是不足的，不可能向外转移电子。 解析思路：与选项A同理，正电荷在金属中无法移动，转移的只能是负电荷（电子）。 √ 1.7.2013 好了，学了这么多，我们来做一道题检验一下学习成果。这道题考察的是接触起电的本质。大家思考一下，到底是什么在转移？是正电荷还是负电荷？请选出你认为正确的答案。 ‹#› 小试牛刀 三个完全一样的金属球，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（ ） A.先让A球与B球接触，再让B球与C球接触 B.先让A球与C球接触，再让B球与C球接触 C.先让A球与B球接触，再让B球与C球接触，最后B球再次与A球接触 D.无法做到 √ 1.7.2013 我们再来看一道稍微复杂一点的题目。这道题涉及到多次接触和电荷分配。大家需要运用我们学过的电荷均分原则，一步步计算，看看哪种操作顺序能让B球带上指定的电荷量。 ‹#› 版权所有 QQ894665727 课堂小结 01. 电荷 • 自然界存在两种电荷：正电荷和负电荷 • 相互作用规律：同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引 • 电荷量：电荷的多少，单位是库仑，符号为 C 02. 三种起电方式 • 类型：摩擦起电、接触起电、感应起电 • 本质：都是电子的转移 03. 电荷守恒定律 • 表述一：电荷只能从一个物体转移到另一个物体，不能被创造或消灭。 • 表述二：在任何物理过程中，孤立系统内的电荷代数和保持不变。 04. 元电荷 (e) • 定义：自然界中最小的电荷量，是一个电子或一个质子所带的电荷量。 • 数值：e = 1.60 × 10⁻¹⁹ C 1.7.2013 好了，我们今天的课程内容就到这里。让我们一起回顾一下本节课的重点。我们学习了电荷的分类和相互作用规律，掌握了三种起电方式及其本质是电子的转移，理解了电荷守恒定律这一基本法则，并认识了元电荷。这些知识点非常重要，希望大家能够牢固掌握。 ‹#› 版权所有 QQ894665727 课后作业 1.完成教材课后“练习与应用”部分。 2.思考：为什么干燥的天气更容易产生静电现象？ 3.预习下一节内容：库仑定律。 1.7.2013 为了巩固今天所学的知识，请大家完成课后作业。首先是教材上的练习题，然后请大家思考一个生活中的现象：为什么冬天或者干燥的天气里，我们更容易被静电电到？最后，请预习下一节课的内容——库仑定律，看看科学家是如何精确描述电荷间相互作用力的。 ‹#› 版权所有 QQ894665727 谢谢观看 THANKS 授课人：物理教研组 1.7.2013 今天的物理课就到这里。希望通过本节课的学习，大家对电的世界有了更深入的了解。电学的大门才刚刚为我们打开，未来还有更多奇妙的现象等待我们去探索。感谢大家的聆听，下课！ ‹#› $