粵教版高中物理必修第三冊(cè)全冊(cè)教學(xué)課件

粵教版高中物理必修第三冊(cè)全冊(cè)教學(xué)課件第一節(jié)靜電現(xiàn)象情境導(dǎo)入在干燥的冬天，人們常有這樣的經(jīng)歷：經(jīng)過(guò)鋪有地毯的走道來(lái)到房門口，在伸手接觸金屬門把的一剎那，突然聽(tīng)到“啪”的一聲，手被電了一下，是哪里來(lái)的電呢？答案可能令人有點(diǎn)意外，原來(lái)是電荷在作怪。各種起電方式公元前600年左右，希臘人泰勒斯(Thalcs，約前624-約前547)發(fā)現(xiàn)了用毛皮摩擦過(guò)的琥珀能吸引羽毛、頭發(fā)等輕小物體，公元1世紀(jì)，我國(guó)學(xué)者王充在《論衡》一書(shū)中寫(xiě)下“頓牟掇芥”一語(yǔ)，指的是經(jīng)過(guò)摩擦的玳瑁殼能夠吸引輕小的物體。物體有了這種吸引輕小物體的性質(zhì)，就說(shuō)它帶了電，或者說(shuō)荷了電荷。那么，有哪些方法能使原來(lái)不帶電的物體帶上電呢?實(shí)驗(yàn)與探究實(shí)驗(yàn)1：如圖1-1-1所示，拿一把塑料直尺在頭發(fā)上來(lái)回摩擦幾下，然后將塑料直尺移近碎紙屑堆，觀察發(fā)生的現(xiàn)象，探究其中的原因。實(shí)驗(yàn)2：如圖1-1-2所示，將帶有絕緣柄的金屬小球D先與帶電體接觸，再與驗(yàn)電器上部的金屬球A接觸，觀察兩片金屬箔C、C’是否張開(kāi)。實(shí)驗(yàn)3：如圖1-1-3(a)所示，取兩個(gè)由絕緣柱支撐著的空心鋁罐A和B，起初它們彼此接觸且不帶電，鋁罐A的左端和鋁罐B的右端各自安裝有兩片金屬箔。(1)如圖1-1-3(b)所示，將帶電金屬小球C移近鋁罐A的左側(cè)，觀察鋁罐A和B各自的兩片金屬有什么變化?圖1-1-3靜電感應(yīng)與感應(yīng)起電(2)如圖1-1-3(c)所示，金屬小球C和鋁罐A保持在原來(lái)的位置上，手持鋁罐B的絕緣柱，將其移開(kāi)，觀察鋁罐A、B各自的兩片金屬箔有什么變化?(3)如圖1-1-3(d)所示，把金屬小球C和鋁罐B輕輕移走，觀察鋁罐A的兩片金屬箔又有什么變化?圖1-1-3靜電感應(yīng)與感應(yīng)起電從實(shí)驗(yàn)1可見(jiàn)，經(jīng)摩擦后的塑料直尺會(huì)吸引碎紙屑，這是因?yàn)榻?jīng)過(guò)摩擦的塑料直尺帶上了電而對(duì)碎紙屑有了吸引力。這種用摩擦的方法使物體帶電的過(guò)程叫作摩擦起電。相互摩擦的兩個(gè)物體一般選擇不同的材料，比如絲綢和玻璃棒、毛皮和硬橡膠棒等。

從實(shí)驗(yàn)2可見(jiàn)，驗(yàn)電器的兩片金屬箔張開(kāi)了一定的角度，這是由于通過(guò)傳導(dǎo)，金屬小球D上的電荷傳遞至兩片金屬箔。從實(shí)驗(yàn)3的(1)中可見(jiàn)，鋁罐A和B各自的兩片金屬都張開(kāi)了相同的角度。從(2)中可見(jiàn)，鋁罐A的兩片金屬箔張開(kāi)的角度比(1)中的稍大一點(diǎn)，鋁罐B的兩片金屬箔張開(kāi)的角度比(1)中的稍小一點(diǎn)。從(3)中可見(jiàn)，鋁罐A的兩片金屬依然張開(kāi)但角度比(2)中的稍小一點(diǎn)。這說(shuō)明鋁罐A、B都帶上了電荷。由于電荷間相互吸引或排斥，導(dǎo)體靠近帶電體的一端帶異種電荷，遠(yuǎn)離帶電體的一端帶同種電荷。這種由于受附近帶電體影響而引起導(dǎo)體中正負(fù)電荷重新分布的現(xiàn)象叫作靜電感應(yīng)(electrostaticinduction).利用靜電感應(yīng)使物體帶電稱為感應(yīng)起電。元電荷物體所帶電荷數(shù)量的多少叫作電荷量(electricquantity)，簡(jiǎn)稱電量，符號(hào)是Q或q。在國(guó)際單位制中，它的單位是庫(kù)侖，簡(jiǎn)稱庫(kù)，符號(hào)C。

研究發(fā)現(xiàn)，自然界只存在兩種電荷：正電荷和負(fù)電荷。我們把用絲綢摩擦過(guò)的玻璃棒所帶的電荷叫作正電荷，用毛皮摩擦過(guò)的硬橡膠棒所帶的電荷叫作負(fù)電荷。電子帶有最少的負(fù)電荷，質(zhì)子帶有最少的正電荷，它們的電量的絕對(duì)值相等。電子的電量最早是由美國(guó)物理學(xué)家密立根(R.A.Millikan，1868-1953)通過(guò)油滴實(shí)驗(yàn)測(cè)定的。實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，任何油滴所帶的電量都等于電子或質(zhì)子所帶電量的整數(shù)倍，因此，人們把一個(gè)電子(或質(zhì)子)所帶電量的絕對(duì)值叫作元電荷(elementarycharge)，用e表示。在科學(xué)研究中，常常用元電荷作為電量的單位。

電荷守恒定律為什么通過(guò)摩擦或感應(yīng)能使物體帶電？下面我們從物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)來(lái)認(rèn)識(shí)靜電現(xiàn)象的本質(zhì)。我們知道，構(gòu)成物質(zhì)的原子由原子核和繞核運(yùn)動(dòng)的電子組成。原子核帶正電，核外電子帶負(fù)電。原子核的正電荷數(shù)與核外電子的負(fù)電荷數(shù)相等，所以整個(gè)原子呈電中性。觀察與思考手持有機(jī)玻璃棒，用力將兩塊由不同材料制成的起電板快速地摩擦后分開(kāi)，如圖1-1-4(a)所示。

將其中一塊板插入箔片驗(yàn)電器上端的空心金屬球(注意不要接觸金屬球)，如圖1-1-4(b)所示，我們可以觀察到什么現(xiàn)象?

接著抽出這塊板，再將兩塊板互不接觸地同時(shí)插入空心金屬球(同樣不接觸金屬球)，如圖1-1-4(c)所示，我們可以觀察到什么現(xiàn)象?

請(qǐng)解釋實(shí)驗(yàn)中所發(fā)生的現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)中，兩塊起電板摩擦前呈電中性，凈電荷量為零。在圖1-1-4(b)中可看到箔片張開(kāi)，即箔片帶電，說(shuō)明插入驗(yàn)電器上端空心金屬球內(nèi)的起電板帶上了電荷；在圖1-1-4(c)中可看到箔片閉合，說(shuō)明兩塊起電板帶有等量異種電荷，凈電荷量為零，所以系統(tǒng)的電荷是守恒的。實(shí)驗(yàn)中，物體帶電的過(guò)程實(shí)際上就是得失電子的過(guò)程，從而使物體內(nèi)的正電荷數(shù)與負(fù)電荷數(shù)不再相等，這時(shí)物體就帶電了。但帶電的兩個(gè)物體所組成的系統(tǒng)的電量總和保持不變。大量事實(shí)證明：電荷既不能被創(chuàng)造，也不能被消滅，它們只能從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到其他物體，或者從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分。在任何轉(zhuǎn)移的過(guò)程中，電荷的總量保持不變，這個(gè)規(guī)律叫作電荷守恒定律(lawofconservationofcharge)。

電荷守恒定律是自然界的基本定律之一，它不僅在一切宏觀物理過(guò)程中成立，近代科學(xué)實(shí)驗(yàn)證明，它也是一切微觀物理過(guò)程所普遍遵守的定律。靜電現(xiàn)象的解釋從前面實(shí)驗(yàn)中可知，利用摩擦的方法能夠使物體帶電：這是因?yàn)閮煞N不同材料的物體相互摩擦?xí)r，使一個(gè)物體中一些原子的電子獲得了能量，掙脫了原子核的束縛，轉(zhuǎn)移到了另一個(gè)物體上。如圖1-1-5所示，當(dāng)毛皮摩擦硬橡膠棒時(shí)，毛皮中原子的電子便轉(zhuǎn)移到了硬橡膠棒上，硬橡膠棒上出現(xiàn)多余的電子而帶負(fù)電；失去電子的毛皮則帶正電。但是，由這兩個(gè)物體組成的系統(tǒng)的電荷總量保持不變，即電荷是守恒的。這說(shuō)明，摩擦起電的實(shí)質(zhì)是電子從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體的過(guò)程。從前面實(shí)驗(yàn)中還可知，利用靜電感應(yīng)能夠使導(dǎo)體帶電。這是因?yàn)楫?dāng)帶電體靠近導(dǎo)體時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)的自由電子會(huì)向靠近或遠(yuǎn)離帶電體的地方移動(dòng)。如圖1-1-3(b)所示，若帶正電的金屬小球C靠近鋁罐A的左側(cè)，根據(jù)異種電荷相互吸引的性質(zhì)，鋁罐A與金屬小球C距離最近的左端則帶負(fù)電；根據(jù)同種電荷相互排斥的性質(zhì)，鋁罐B與金屬小球C距離最遠(yuǎn)的右端帶正電。當(dāng)把鋁罐B移開(kāi)，鋁罐A上多余的負(fù)電荷由于金屬小球C的正電荷的吸引而繼續(xù)保留；接著移走金屬小球C，鋁罐A就帶上了負(fù)電荷，如圖1-1-3(d)所示。因此，靜電感應(yīng)的實(shí)質(zhì)是在帶電體上的電荷的作用下，導(dǎo)體上的正負(fù)電荷重新分布，使電荷從導(dǎo)體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分。從以上的兩種情況中我們可以看到，電荷既不能被創(chuàng)造，也不能被消滅，只是發(fā)生了轉(zhuǎn)移。典例精析例題：真空中兩個(gè)完全相同的帶等量異種電荷的金屬小球A和B，分別固定在絕緣支架上，用一個(gè)帶有絕緣棒且不帶電的相同金屬小球C先和小球A接觸，再與小球B接觸，然后移走小球C，則小球A、B的帶電量各是原來(lái)帶電量的多少?分析：完全相同的帶電小球相接觸，在電荷的轉(zhuǎn)移過(guò)程中，電荷的分配遵循如下規(guī)律：(1)不帶電小球與帶電小球接觸，電量平分.(2)帶同種電荷的小球互相接觸，電量相加再平分.(3)帶異種電荷的小球互相接觸，正負(fù)電量中和后再平分解：先設(shè)小球A帶正電，則小球B帶負(fù)電，帶電量大小均為Q，再采用如下思路分析：

同學(xué)們，通過(guò)這節(jié)課的學(xué)習(xí)，你有什么收獲呢？謝謝大家愛(ài)心.誠(chéng)心.細(xì)心.耐心，讓家長(zhǎng)放心.孩子安心。第二節(jié)庫(kù)侖定律同種電荷互相排斥，異種電荷互相吸引，這說(shuō)明電荷之間存在著相互作用力。物理學(xué)上，把靜止電荷之間的相互作用力稱為靜電力(electrostaticforce)。受牛頓萬(wàn)有引力定律公式的啟發(fā)，18世紀(jì)的科學(xué)家推測(cè)帶電體間的相互作用力也是與距離的二次方成反比。18世紀(jì)末，法國(guó)物理學(xué)家?guī)靵?C.A.Coulomb，1736-1806)通過(guò)實(shí)驗(yàn)總結(jié)出靜止電荷間的相互作用力即靜電力的規(guī)律。點(diǎn)電荷研究表明，帶電體之間的相互作用力除了與它們所帶的電量及相對(duì)位置有關(guān)，還與它們的形狀和大小有關(guān)，這大大增加了研究這一問(wèn)題的復(fù)雜性。如果一個(gè)帶電體本身的大小比它與其他帶電體的距離小得多，那么在研究它與其他帶電體的相互作用時(shí)，電荷在帶電體上的具體分布情況可以忽略，即可以把帶電體抽象成一個(gè)點(diǎn)。這個(gè)帶電的點(diǎn)稱為點(diǎn)電荷(pointcharge)。與力學(xué)中的質(zhì)點(diǎn)模型一樣，點(diǎn)電荷是一種理想化的物理模型。帶電體能否被視為點(diǎn)電荷，要看它們本身的幾何大小是否比它們之間的距離小得多，而不是看帶電體本身的大小。即使是兩個(gè)比較大的帶電體，只要它們之間的距離足夠大，也可以被視為點(diǎn)電荷。至于帶電體本身的大小比它們之間的距離小多少才能被視為點(diǎn)電荷，應(yīng)由對(duì)兩者之間相互作用的影響大小和測(cè)量的要求決定。只要在測(cè)量精度要求的范圍內(nèi)，帶電體的形狀、大小以及電荷分布等因素的影響可以忽略不計(jì)，即可視為點(diǎn)電荷。影響靜電力的因素兩個(gè)帶電體之間存在相互作用力，這種相互作用力的大小與哪些因素有關(guān)呢？讓我們用實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究。觀察與思考如圖1-2-2所示，用摩擦起電的方法分別讓球形導(dǎo)體A和通草球B帶同種電荷，并使球形導(dǎo)體A與通草球B處在同一水平面上。(1)不斷給A增加電量，觀察擺線偏角的變化。(2)保持A和B上的電量不變，改變A與B之間的水平距離，觀察擺線偏角的變化。分析以上實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，這兩個(gè)帶電體之間的靜電力可能與什么因素有關(guān)?從上面實(shí)驗(yàn)可知，當(dāng)球形導(dǎo)體A電量增加時(shí)，擺線偏角增大，說(shuō)明靜電力隨帶電體電量增加而增大；當(dāng)球形導(dǎo)體A和通草球B的電量不變，改變A和B之間的水平距離，發(fā)現(xiàn)距離越近，擺線偏角越大，說(shuō)明靜電力越大。

那么，兩個(gè)帶電體之間的靜電力與它們的電量、距離之間存在怎樣的定量關(guān)系？我們應(yīng)怎樣進(jìn)行探究？庫(kù)侖定律如圖1-2-2所示的實(shí)驗(yàn)只能定性探究影響靜電力的因素?？茖W(xué)家們花費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間，試圖對(duì)靜電力進(jìn)行精密測(cè)量。18世紀(jì)中葉以前，研究帶電體之間的靜電力遇到三大閑難：一是這種“電力”非常小，沒(méi)有儀器能測(cè)量這么小的力；二是當(dāng)時(shí)還沒(méi)有量度電量的單位；三是任意帶電體上的電荷分布難以確定，因而無(wú)法確定相互作用的電荷之間的距離。那么，這些困難可以解決嗎?1785年，庫(kù)侖通過(guò)扭秤實(shí)驗(yàn)解決了這些困難，并在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出了兩個(gè)點(diǎn)電荷之間相互作用的規(guī)律。這項(xiàng)成果意義重大，它標(biāo)志著電學(xué)研究從定性走向定量。下面我們借鑒科學(xué)家實(shí)驗(yàn)的思想方法，創(chuàng)新改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置，開(kāi)展一次實(shí)驗(yàn)探究。觀察與思考如圖1-2-3所示，在干燥的環(huán)境中，高精度電子秤上有兩塊金屬圓片A、B分別固定在兩個(gè)絕緣支架上，下支架放在電子秤檢測(cè)臺(tái)面上，上支架等距貼上紅色紙圈，再穿過(guò)固定支架的小孔。(1)下支架放在電子秤檢測(cè)臺(tái)面上，將電子秤的示數(shù)歸零。(2)將A、B兩塊金屬圓片正對(duì)距離調(diào)為d，然后用起電機(jī)讓兩塊金屬圓片帶上相同的電量(設(shè)為q0)，通過(guò)讀出此時(shí)電子秤的示數(shù)，經(jīng)過(guò)單位換算便可得到B對(duì)A的靜電力大小。(3)保持電量不變，把A、B兩塊金屬圓片的距離定量增大，通過(guò)讀取電子秤示數(shù)，經(jīng)過(guò)單位換算便可得到B對(duì)A的靜電力大小，把所得數(shù)據(jù)記錄在表1-2-1中。

(5)保持兩塊金屬圓片A、B的距離為d，逐次用另一相同且不帶電的金屬圓片D與B接觸，使B的電量依次減半，通過(guò)讀取電子秤的示數(shù)，經(jīng)過(guò)單位換算即可得到B每次對(duì)A的靜電力大小，把所得數(shù)據(jù)記錄在表1-2-3中，嘗試作F－q2的關(guān)系圖像，概括實(shí)驗(yàn)結(jié)論。庫(kù)侖在前人工作的基礎(chǔ)上通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究得到：在真空中兩個(gè)靜止點(diǎn)電荷之間的相互作用力，其大小與它們的電量q1、q2,的乘積成正比，與它們之間距離r的二次方成反比。作用力的方向在它們的連線上。這個(gè)規(guī)律稱為庫(kù)侖定律(Coulomblaw)。靜止點(diǎn)電荷之間的這種相互作用力稱為靜電力，也稱為庫(kù)侖力。庫(kù)侖力的大小可表示為(1.2.1)式(1.2.1)中k是一個(gè)常量，叫靜電力常量。若式中各物理量均使用國(guó)際單位制，即力的單位為N，電量的單位為C，距離的單位為m，通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以得出k=9.0×109N·m2/C2，它表示真空中靜止的兩個(gè)相距為1m、電量都為1C的點(diǎn)電荷的靜電力大小為9.0×109N.電量的單位C(庫(kù)侖)是為了紀(jì)念庫(kù)侖而命名的。通常，一把梳子和衣袖摩擦后所帶的電量不到百萬(wàn)分之一庫(kù)侖，但天空中發(fā)生閃電之前，巨大的云層中積累的電量可達(dá)幾百庫(kù)侖。

與其他力一樣，靜電力也是矢量，它既有大小又有方向，上面的庫(kù)侖定律僅僅給出了靜電力的大小。為了確定靜電力的方向，就需要利用電荷之間“同種電荷互相排斥，異種電荷互相吸引”的特點(diǎn)加以判斷，兩個(gè)或兩個(gè)以上點(diǎn)電荷對(duì)某一點(diǎn)電荷的作用力，等于各點(diǎn)電荷單獨(dú)對(duì)這個(gè)電荷的作用力的矢量和。討論與交流1.談?wù)劺秒娮映犹骄繋?kù)侖力的實(shí)驗(yàn)中，我們可以使用理想化模型的前提條件。2.相隔一定距離的兩個(gè)帶電金屬球，因體積偏大而不能被視為點(diǎn)電荷，如果用兩個(gè)金屬球的球心間距離來(lái)計(jì)算庫(kù)侖力，計(jì)算結(jié)果比真實(shí)值偏大、偏小還是相等？為什么?例題：氫原子由一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子組成。根據(jù)經(jīng)典模型，電子繞核做圓周運(yùn)動(dòng)，軌道半徑r=5.3×10-11

m.已知質(zhì)子的質(zhì)量mp=1.67×10-27

kg，電子的質(zhì)量me=9.11×10-31kg，萬(wàn)有引力常量G=6.67×10-11N·m2/kg2.(1)求電子受到質(zhì)子的靜電力和萬(wàn)有引力的大小.(2)庫(kù)侖定律和萬(wàn)有引力定律的表達(dá)式有哪些相似之處?(3)在研究微觀物質(zhì)的相互作用力時(shí)，在庫(kù)侖定律和萬(wàn)有引力定律中，哪一種力可以被忽略呢？請(qǐng)說(shuō)明理由.典例精析分析：這是一道計(jì)算靜電力和萬(wàn)有引力，并進(jìn)行對(duì)比研究的題目。在氫原子系統(tǒng)中，質(zhì)子和電子可被視為點(diǎn)電荷，也可被視為質(zhì)點(diǎn)，根據(jù)庫(kù)侖定律和萬(wàn)有引力定律可以解答本題。(2)靜電力和萬(wàn)有引力的計(jì)算公式在形式上具有高度相似性。它們都適用于可以視為“點(diǎn)”的物體，即質(zhì)點(diǎn)或點(diǎn)電荷；它們都包含一個(gè)常量：靜電力常量k或萬(wàn)有引力常量G；都包含兩個(gè)物質(zhì)的參量：電量或質(zhì)量；都表現(xiàn)為與距離的二次方成反比關(guān)系；計(jì)算結(jié)果單位都一致等。(3)由(1)的計(jì)算結(jié)果，可得靜電力與萬(wàn)有引力的大小之比為根據(jù)計(jì)算結(jié)果，可知?dú)湓又须娮优c質(zhì)子的靜電力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于萬(wàn)有引力。因此，在研究微觀帶電粒子的相互作用時(shí)，萬(wàn)有引力通?？梢院雎?。資料活頁(yè)庫(kù)侖扭秤實(shí)驗(yàn)庫(kù)侖扭秤的結(jié)構(gòu)如圖1-2-7所示：在懸絲下掛一根秤桿，它的一端有一小球A，另一端有平衡體P，在A旁還放置有一固定小球B.先使A、B各帶一定的電荷，這時(shí)秤桿會(huì)因A端受力而偏轉(zhuǎn)。通過(guò)觀察懸絲扭轉(zhuǎn)的角度可以比較力的大小。改變A、B之間的距離r，記錄每次懸絲扭轉(zhuǎn)的角度，便可找到力F與距離r的關(guān)系，結(jié)果發(fā)現(xiàn)力F與距離r的二次方成反比，即

庫(kù)侖當(dāng)時(shí)還不知道怎樣測(cè)量電量，但他巧妙地解決了這個(gè)難題。他將帶有電量q的小球與另一相同的不帶電小球接觸，使帶電小球的電荷減半，利用此方法，庫(kù)侖把帶電小球的電量分為在研究力下與電量的關(guān)系時(shí)，庫(kù)侖受到萬(wàn)有引力定律的啟示，認(rèn)為力F與q1和q2的乘積成正比，即這樣就可以用一個(gè)公式來(lái)表示庫(kù)侖定律，即庫(kù)侖定律是庫(kù)侖從大量實(shí)驗(yàn)中歸納出來(lái)的基本實(shí)驗(yàn)定律，是電學(xué)發(fā)展史上的第一個(gè)定量規(guī)律，是建立整個(gè)電學(xué)理論的基礎(chǔ)。同學(xué)們，通過(guò)這節(jié)課的學(xué)習(xí)，你有什么收獲呢？謝謝大家愛(ài)心.誠(chéng)心.細(xì)心.耐心，讓家長(zhǎng)放心.孩子安心。第三節(jié)電場(chǎng)電場(chǎng)強(qiáng)度問(wèn)題導(dǎo)入我們知道，兩個(gè)相隔一定距離的電荷之間有相互作用力。這種相互作用力與手推車的推力、繩拉船的拉力、滑塊在桌面上滑動(dòng)受到的摩擦力不同，后三者都是物體在和另一個(gè)物體直接接觸的情況下產(chǎn)生的，而電荷之間的相互作用力卻可以發(fā)生在兩個(gè)相隔一定距離的物體之間。那么，電荷之間是如何發(fā)生作用的呢?電場(chǎng)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的科學(xué)研究，人們認(rèn)識(shí)到電荷之間的相互作用是通過(guò)電場(chǎng)發(fā)生的。場(chǎng)是物質(zhì)存在的形式之一，引進(jìn)場(chǎng)的概念對(duì)物理學(xué)的發(fā)展有重要意義，凡是有電荷的地方，在它周圍就存在電場(chǎng)，電場(chǎng)對(duì)處于其中的其他電荷有力的作用。下面用如圖1-3-1和圖1-3-2所示的模擬示意圖來(lái)分析。如果從電荷A的角度來(lái)看，電荷A在其周圍產(chǎn)生電場(chǎng)，放在此電場(chǎng)中的電荷B受到電荷A的電場(chǎng)施加的力F1，如圖1-3-1所示。如果從電荷B的角度來(lái)看，電荷B在其周圍產(chǎn)生電場(chǎng)，放在此電場(chǎng)中的電荷A受到電荷B的電場(chǎng)施加的力F2，如圖1-3-2所示。我們把產(chǎn)生電場(chǎng)的電荷稱為場(chǎng)源電荷；把電場(chǎng)對(duì)電荷的作用力稱為電場(chǎng)力。本章只研究靜止場(chǎng)源電荷在其周圍產(chǎn)生的電場(chǎng)，即靜電場(chǎng)(electrostaticfield)電場(chǎng)強(qiáng)度電場(chǎng)的基本性質(zhì)之一是對(duì)放入其中的電荷有作用力，因此我們可以通過(guò)這一性質(zhì)來(lái)研究電場(chǎng)。放入電場(chǎng)中探測(cè)電場(chǎng)性質(zhì)的電荷稱為試探電荷，試探電荷的電量應(yīng)足夠小，使得它被放入電場(chǎng)后不會(huì)明顯影響原有電場(chǎng)的分布；另外，它的體積也應(yīng)足夠小，這樣才能方便研究電場(chǎng)中各點(diǎn)的情況。觀察與思考1.如圖1-3-3所示，把兩個(gè)帶電量均為+q的試探電荷分別放置在電量為+Q的固定小球兩邊，且使它們與固定小球間距離不相等，觀察兩個(gè)試探電荷在電場(chǎng)不同位置受到的電場(chǎng)力是否相同。2.移動(dòng)電量為+Q的固定小球,使它處于兩試探電荷的正中央，再給兩個(gè)試探電荷分別帶上+q和+2q的電量，如圖1-3-4所示。比較它們受到的電場(chǎng)力。3.保持試探電荷的電量及位置不變，改變固定小球所帶的電量，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象表明了什么?同一試探電荷放在電場(chǎng)中的不同位置時(shí)，它受到電場(chǎng)力的大小和方向一般并不相同，這表明電場(chǎng)中不同點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)弱及方向不同；另一方面，電量不同的試探電荷在電場(chǎng)的同一點(diǎn)上受到電場(chǎng)力的大小不同。大量實(shí)驗(yàn)表明，在電場(chǎng)的同一點(diǎn)，電場(chǎng)力的大小F與試探電荷的電量q之比是恒定的，與試探電荷的電量無(wú)關(guān)，它只與場(chǎng)源電荷以及試探電荷在電場(chǎng)中的具體位置有關(guān)，也就是說(shuō)F與q的比值反映了電場(chǎng)自身的某種性質(zhì)。物理學(xué)中把放入電場(chǎng)某點(diǎn)處的試探電荷受到的電場(chǎng)力下與它的電量q之比，叫作電場(chǎng)在該點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度(electricfieldintensity)，簡(jiǎn)稱場(chǎng)強(qiáng)，用符號(hào)E表示，即(1.3.1)在國(guó)際單位制中，場(chǎng)強(qiáng)的單位為牛頓每庫(kù)侖，符號(hào)為N/C.如果1C的電荷在電場(chǎng)中某點(diǎn)受到的電場(chǎng)力的大小為1N，則該點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)的大小就等于1N/C.

場(chǎng)強(qiáng)是矢量，物理學(xué)上規(guī)定，電場(chǎng)中某點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)的方向與正電荷在該點(diǎn)受到的電場(chǎng)力的方向相同，負(fù)電荷在某點(diǎn)受到的電場(chǎng)力的方向與該點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)的方向相反。

電場(chǎng)中某一區(qū)域內(nèi)，各點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)大小相等、方向相同的電場(chǎng)叫作勻強(qiáng)電場(chǎng)(uniformelec-tricfield).點(diǎn)電荷的電場(chǎng)

(1.3.2)式(1.3.2)說(shuō)明了場(chǎng)強(qiáng)E的大小與場(chǎng)源電荷自身的電量Q成正比，與r2成反比，而與試探電荷是否放入電場(chǎng)無(wú)關(guān)。如果以Q為中心任意作一球面，如圖1-3-6所示，則球面上各點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小相等。當(dāng)Q為正電荷時(shí)，E的方向沿半徑向外；當(dāng)Q為負(fù)電荷時(shí)，E的方向沿半徑向內(nèi)。如果在空間中同時(shí)存在多個(gè)點(diǎn)電荷，這時(shí)在空間某一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)等于各點(diǎn)電荷單獨(dú)存在時(shí)在該點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)的矢量和。這叫作電場(chǎng)強(qiáng)度疊加原理(superpositionprincipleofelectricfieldintensity).討論與交流

電場(chǎng)線電場(chǎng)看不見(jiàn)、摸不著，能否用一種形象的方式來(lái)描述它呢？最早引入電場(chǎng)概念的法拉第(M.Faraday，1791-1867)提出用電場(chǎng)線來(lái)描述電場(chǎng)。

在電場(chǎng)中畫(huà)出一系列有方向的曲線，使曲線上每一點(diǎn)的切線方向都和該處的場(chǎng)強(qiáng)方向一致，如圖1-3-7所示，這樣的曲線就叫作電場(chǎng)線(electricfieldlime)：電場(chǎng)線的形狀可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)模擬。我們把奎寧的針狀結(jié)品或頭發(fā)屑懸浮在蓖麻油里，加上電場(chǎng)后，它們就會(huì)按照?qǐng)鰪?qiáng)的方向排列，顯示出電場(chǎng)線的分布情況.觀察與思考從以上各圖可以看出，電場(chǎng)線有以下幾個(gè)特點(diǎn)：(1)電場(chǎng)線從正電荷或無(wú)限遠(yuǎn)出發(fā)，終止于無(wú)限遠(yuǎn)或負(fù)電荷。(2)同一幅圖中，場(chǎng)強(qiáng)越大的地方，電場(chǎng)線越密；場(chǎng)強(qiáng)越小的地方，電場(chǎng)線越疏。電場(chǎng)線的疏密程度反映了場(chǎng)強(qiáng)的相對(duì)大小。(3)任意兩條電場(chǎng)線都不相交，這是因?yàn)殡妶?chǎng)中每一點(diǎn)處的場(chǎng)強(qiáng)只能有一個(gè)確定的方向。此外，勾強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)線是間隔距離相等的平行直線。兩塊相同、正對(duì)放置的平行金屬板，若板間距離很小，當(dāng)它們分別帶有等量的異種電荷時(shí)，板間的電場(chǎng)(除邊緣附近)就是勻強(qiáng)電場(chǎng)。雖然電場(chǎng)并不存在電場(chǎng)線，但引入電場(chǎng)線概念可以形象地描繪出電場(chǎng)的總體情況，對(duì)于分析某些實(shí)際問(wèn)題很有幫助。在研究某些復(fù)雜的電場(chǎng)時(shí)，常采用模擬的方法把它們的電場(chǎng)線畫(huà)出來(lái)。典例精析例題：如圖1-3-12所示，帶箭頭的直線是某電場(chǎng)中的一條電場(chǎng)線，電場(chǎng)線上a、b兩點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)分別用Ea、Eb表示，試根據(jù)下面的情況確定與Ea與Eb的關(guān)系。(1)如果這條電場(chǎng)線在勻強(qiáng)電場(chǎng)中。(2)如果這條電場(chǎng)線在由一個(gè)正點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)中。(3)如果這條電場(chǎng)線在由一個(gè)負(fù)點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)中。分析：在勻強(qiáng)電場(chǎng)中，電場(chǎng)線分布均勻，場(chǎng)強(qiáng)處處相等；在點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)中，越靠近場(chǎng)源電荷，電場(chǎng)線分布越密集，則該區(qū)域內(nèi)場(chǎng)強(qiáng)越大。本題討論的情況如圖1-3-13所示.解：根據(jù)以上分析可知：(1)如果這條電場(chǎng)線在勻強(qiáng)電場(chǎng)中，則Ea=Eb，方向由a指向b.(2)如果這條電場(chǎng)線在由一個(gè)正點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)中，則a點(diǎn)靠近場(chǎng)源電荷，Ea>Eb，方向由a指向b.(3)如果這條電場(chǎng)線在由一個(gè)負(fù)點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)中，則b點(diǎn)靠近場(chǎng)源電荷，Ea<Eb，方向由a指向b.同學(xué)們，通過(guò)這節(jié)課的學(xué)習(xí)，你有什么收獲呢？謝謝大家愛(ài)心.誠(chéng)心.細(xì)心.耐心，讓家長(zhǎng)放心.孩子安心。第四節(jié)電勢(shì)能與電勢(shì)我們學(xué)習(xí)了場(chǎng)強(qiáng)的概念，知道它是描述電場(chǎng)性質(zhì)的物理量，而電場(chǎng)力在電場(chǎng)中能夠做功，功是能量轉(zhuǎn)化的量度，我們也可以從功和能的角度研究電場(chǎng)，這就要首先研究電場(chǎng)中電場(chǎng)力做功的特點(diǎn)。電場(chǎng)力做功當(dāng)物體在地球表面沿豎直方向上的高度差發(fā)生變化時(shí)，我們說(shuō)重力對(duì)物體做了功。重力的方向始終是豎直向下的。根據(jù)功的表達(dá)式，可以歸納出重力做功的特點(diǎn)：重力做功的多少與路徑無(wú)關(guān)，僅取決于物體始末位置沿豎直方向上的高度差。那么，電場(chǎng)力做功是否也具有類似的特點(diǎn)呢?討論與交流如圖1-4-1所示，在場(chǎng)強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，電量為+q的試探電荷沿三種不同路徑從點(diǎn)A移動(dòng)到點(diǎn)B.試討論：(1)沿s1(AB)路徑的電場(chǎng)力做功是多少？(2)沿s2(ACB)路徑的電場(chǎng)力做功是多少？(3)沿s3(ACB)路徑的電場(chǎng)力做功是多少？這三種情況下電場(chǎng)力做功相同嗎?電勢(shì)能既然電場(chǎng)力對(duì)電荷做功和重力對(duì)物體做功都與路徑無(wú)關(guān)，我們便可以采用與引入重力勢(shì)能類似的方法來(lái)引入電勢(shì)能。

一個(gè)物體在地面附近的某一位置具有重力勢(shì)能。同樣，一個(gè)電荷在靜電場(chǎng)中的某一位置也具有勢(shì)能，這種勢(shì)能叫作電勢(shì)能(electricpotentialenergy)，用符號(hào)Ep表示。討論與交流如圖1-4-2所示，在勻強(qiáng)電場(chǎng)中，電荷從點(diǎn)A移動(dòng)到點(diǎn)B，電荷電勢(shì)能的變化與電場(chǎng)力做功有什么關(guān)系?類似于物體重力勢(shì)能變化與重力做功的關(guān)系，設(shè)電荷在勻強(qiáng)電場(chǎng)A、B兩點(diǎn)所具有的電勢(shì)能分別為EpA和EpB，電荷從點(diǎn)A移動(dòng)到點(diǎn)B，電場(chǎng)力做功WAB等于始點(diǎn)的電勢(shì)能EpA減去終點(diǎn)的電勢(shì)能EpB，即WAB=EpA－EpB若WAB>0，表示電場(chǎng)力做正功，有EpA>EpB，則從點(diǎn)A移動(dòng)到點(diǎn)B，電荷的電勢(shì)能減少；若WAB<0，表示電場(chǎng)力做負(fù)功，有EpA<EpB，則從點(diǎn)A移動(dòng)到點(diǎn)B，電荷的電勢(shì)能增加。

與重力勢(shì)能一樣，只有選擇了參考點(diǎn)(零電勢(shì)能位置)之后，電勢(shì)能才有確定的值。若將無(wú)窮遠(yuǎn)點(diǎn)O處的電勢(shì)能定為零，則電荷在電場(chǎng)中點(diǎn)A的電勢(shì)能大小就等于將電荷從該點(diǎn)移到無(wú)窮遠(yuǎn)處電場(chǎng)力所做的功，即EpA=WAO在國(guó)際單位制中，電勢(shì)能的單位是焦耳，簡(jiǎn)稱焦，符號(hào)是J。電勢(shì)能是能量的一種形式，電荷的電勢(shì)能是由電荷和電場(chǎng)共有的，就像重力勢(shì)能由在地球上的物體和地球共有的一樣，平時(shí)我們說(shuō)某電荷的電勢(shì)能只是一種簡(jiǎn)略的說(shuō)法。

盡管靜電場(chǎng)中的電勢(shì)能與地球表面存在的重力勢(shì)能有很多相似之處，但是也有很大的區(qū)別。因?yàn)殡姾捎姓?fù)之分，而質(zhì)量卻沒(méi)有。例如，在圖1-4-2中，若從點(diǎn)A到點(diǎn)B移動(dòng)的是正電荷，則電勢(shì)能減少；若移動(dòng)的是負(fù)電荷，則電勢(shì)能增加。電勢(shì)我們通過(guò)對(duì)靜電力的研究認(rèn)識(shí)了場(chǎng)強(qiáng)，現(xiàn)在通過(guò)對(duì)電勢(shì)能的研究來(lái)認(rèn)識(shí)另一個(gè)表征電場(chǎng)性質(zhì)的物理量——電勢(shì)。下面用比值定義法，從研究電荷在電場(chǎng)中的電勢(shì)能與其電量之比入手研究電勢(shì)。討論與交流

(1.4.1)在國(guó)際單位制中，電勢(shì)的單位是伏特，簡(jiǎn)稱伏，符號(hào)是V。在電場(chǎng)中某一點(diǎn)，電量為1C的電荷在該點(diǎn)的電勢(shì)能為1J，這一點(diǎn)的電勢(shì)就是1V，即1V=1J/C.在圖1-4-3中，假如正試探電荷沿著電場(chǎng)線自上而下運(yùn)動(dòng)，則它的電勢(shì)能減少，電勢(shì)逐漸降低。因此，電場(chǎng)線指向電勢(shì)降低的方向。

確定某點(diǎn)的電勢(shì)時(shí)，同樣要規(guī)定電勢(shì)的零點(diǎn)。在物理學(xué)的研究中，常取離場(chǎng)源無(wú)限遠(yuǎn)的電勢(shì)為零。在實(shí)際應(yīng)用中，則常取大地的電勢(shì)為零。在規(guī)定了電勢(shì)零點(diǎn)之后，電場(chǎng)中各點(diǎn)的電勢(shì)可以取正值，也可以取負(fù)值，這由場(chǎng)源電荷的性質(zhì)決定。電勢(shì)也是反映電場(chǎng)性質(zhì)的物理量，電勢(shì)只有大小，沒(méi)有方向，是個(gè)標(biāo)量。等勢(shì)面電場(chǎng)中電勢(shì)相同的各點(diǎn)構(gòu)成的面叫作等勢(shì)面(equipotentialsurface).與電場(chǎng)線相似，等勢(shì)面是一個(gè)虛構(gòu)的面，用來(lái)形象地描繪電場(chǎng)的另一性質(zhì)。

在同一個(gè)等勢(shì)面上，任何兩點(diǎn)的電勢(shì)都相等，所以，在同一等勢(shì)面上移動(dòng)電荷時(shí)電場(chǎng)力不做功。由此可知，等勢(shì)面一定與電場(chǎng)線垂直，即與場(chǎng)強(qiáng)的方向垂直。電場(chǎng)中電勢(shì)相同的各點(diǎn)構(gòu)成的面叫作等勢(shì)面(equipotentialsurface).與電場(chǎng)線相似，等勢(shì)面是一個(gè)虛構(gòu)的面，用來(lái)形象地描繪電場(chǎng)的另一性質(zhì)。

在同一個(gè)等勢(shì)面上，任何兩點(diǎn)的電勢(shì)都相等。所以，在同一等勢(shì)面上移動(dòng)電荷時(shí)電場(chǎng)力不做功。由此可知，等勢(shì)面一定與電場(chǎng)線垂直，即與場(chǎng)強(qiáng)的方向垂直。等勢(shì)面是閉合曲面，我們?cè)谄矫鎴D上畫(huà)等勢(shì)面，是一條閉合曲線，它是等勢(shì)面與我們圖示平面的交線，如圖1-4-4所示是幾種常見(jiàn)電場(chǎng)的電場(chǎng)線和等勢(shì)面，實(shí)線表示電場(chǎng)線，虛線表示等勢(shì)面。沿著電場(chǎng)線的方向，電勢(shì)越來(lái)越低，即電場(chǎng)線由電勢(shì)高的等勢(shì)面指向電勢(shì)低的等勢(shì)面。典例精析例題：雷雨云層可以形成幾百萬(wàn)伏以上的電壓，足以擊穿空氣產(chǎn)生幾十萬(wàn)安培的瞬間電流，電流生熱使空氣發(fā)光，形成閃電；空氣受熱突然膨脹發(fā)出巨響，發(fā)出雷聲。如圖1-4-5所示，雷雨云底部的電勢(shì)較地面低1.5×108V，閃電時(shí)，一個(gè)電子從雷雨云底部抵達(dá)地面，求它的電勢(shì)能變化量。

一個(gè)電子從雷雨云底部抵達(dá)地面，電勢(shì)能的變化量為故電勢(shì)能減少，這些電勢(shì)能的減少量轉(zhuǎn)化為閃電所發(fā)出的熱和光。同學(xué)們，通過(guò)這節(jié)課的學(xué)習(xí)，你有什么收獲呢？謝謝大家愛(ài)心.誠(chéng)心.細(xì)心.耐心，讓家長(zhǎng)放心.孩子安心。第五節(jié)電勢(shì)差及其與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系問(wèn)題導(dǎo)入我們已知描述電場(chǎng)有兩個(gè)物理量：場(chǎng)強(qiáng)和電勢(shì)，場(chǎng)強(qiáng)從電場(chǎng)對(duì)電荷有作用力的角度來(lái)描述電場(chǎng)，電勢(shì)則從電場(chǎng)力對(duì)在電場(chǎng)中移動(dòng)的電荷做功的角度來(lái)描述電場(chǎng)。既然描述的是同一電場(chǎng)，那么場(chǎng)強(qiáng)與電勢(shì)、電勢(shì)差有什么聯(lián)系呢?電勢(shì)差

(1.5.1)電勢(shì)差與電勢(shì)一樣都是標(biāo)量，它可以為正值，也可以為負(fù)值。若UAB為正值，則表示點(diǎn)A的電勢(shì)比點(diǎn)B的電勢(shì)高；若UAB為負(fù)值，則表示點(diǎn)A的電勢(shì)比點(diǎn)B的電勢(shì)低。討論與交流當(dāng)電量為+q的電荷從點(diǎn)A移至點(diǎn)B時(shí)，電場(chǎng)力做功為WAB，而A、B兩點(diǎn)的電勢(shì)差為UAB。如何借助電勢(shì)能作為“橋梁”，找出電場(chǎng)力做功WAB與電勢(shì)差UAB之間的關(guān)系呢?根據(jù)從電場(chǎng)力做功與電勢(shì)能的關(guān)系，可得即這說(shuō)明在電場(chǎng)中把正電荷從電勢(shì)高的點(diǎn)A移至電勢(shì)低的點(diǎn)B時(shí)，電場(chǎng)力做的功由移動(dòng)電荷的電量以及A、B兩點(diǎn)間的電勢(shì)差共同決定。移動(dòng)的正電量q越大，A、B兩點(diǎn)間的電勢(shì)差UAB越大，電場(chǎng)力做的功WAB越多。如果把上面的式子變換一下，可得兩點(diǎn)間的電勢(shì)差(1.5.2)

電勢(shì)差與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系場(chǎng)強(qiáng)和電勢(shì)差都是描述電場(chǎng)的物理量，那么電勢(shì)差與場(chǎng)強(qiáng)之間存在著什么聯(lián)系呢?討論與交流如圖1-5-1所示是一勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)線和等勢(shì)面，勻強(qiáng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)大小為E，A、B兩點(diǎn)在同一條電場(chǎng)線上，但在兩個(gè)不同的等勢(shì)面上，它們之間的距離為d，電勢(shì)差為U.如何借助電場(chǎng)力所做的功W作為“橋梁”，找出電勢(shì)差U與場(chǎng)強(qiáng)E的關(guān)系呢?

(1.5.3)理論研究表明，在勻強(qiáng)電場(chǎng)中任意兩點(diǎn)之問(wèn)的電勢(shì)差等于場(chǎng)強(qiáng)與這兩點(diǎn)沿電場(chǎng)方向的距離的乘積。

式(1.5.3)可變換為(1.5.4)

討論與交流1.公式U=Ed適用于非勻強(qiáng)電場(chǎng)嗎?2.勻強(qiáng)電場(chǎng)中兩點(diǎn)的連線與電場(chǎng)線互成一定角度時(shí)，該怎樣分析這兩點(diǎn)之間的電勢(shì)差?典例精析例題：在如圖1-5-2所示的勻強(qiáng)電場(chǎng)中(未畫(huà)場(chǎng)強(qiáng)方向)有A、B、C三點(diǎn)，dAB=4cm，dBC=6cm，其中AB與電場(chǎng)線平行，BC和電場(chǎng)線成37°角。一個(gè)電量為q=-4×10-8C的電荷從點(diǎn)A移動(dòng)到點(diǎn)B，電場(chǎng)力做功為WAB=8×10-6J，已知cos37°=0.8.

分析：在計(jì)算電場(chǎng)力做功、電勢(shì)能、電勢(shì)、電勢(shì)差時(shí)，需要把正負(fù)數(shù)值代入；而在計(jì)算場(chǎng)強(qiáng)的大小時(shí)，要取電勢(shì)差的絕對(duì)值代入，場(chǎng)強(qiáng)的方向要通過(guò)分析電荷所受的電場(chǎng)力方向或電勢(shì)的高低來(lái)判斷。分析可知負(fù)電荷所受的電場(chǎng)力的方向向右，所以場(chǎng)強(qiáng)的方向向左。E=5×103N/C與E=5×103V/m沒(méi)有矛盾。V/m和N/C都是場(chǎng)強(qiáng)的單位，物理本質(zhì)相同，只不過(guò)V/m由電勢(shì)差的定義推導(dǎo)得到，N/C由場(chǎng)強(qiáng)的定義推導(dǎo)得到。要確定電場(chǎng)中某點(diǎn)的電勢(shì)，需要規(guī)定電勢(shì)的零點(diǎn)，而電勢(shì)差是指電場(chǎng)中兩點(diǎn)電勢(shì)的差值，既與電荷無(wú)關(guān)，也與電勢(shì)零點(diǎn)的選取無(wú)關(guān)。資料活頁(yè)電勢(shì)差和醫(yī)學(xué)診斷

同學(xué)們，通過(guò)這節(jié)課的學(xué)習(xí)，你有什么收獲呢？謝謝大家愛(ài)心.誠(chéng)心.細(xì)心.耐心，讓家長(zhǎng)放心.孩子安心。第一節(jié)電容器與電容人們?cè)谑褂孟鄼C(jī)或手機(jī)拍照時(shí)，若光線不足，相機(jī)或手機(jī)一般會(huì)自動(dòng)開(kāi)啟閃光燈以補(bǔ)充光線。那閃光的能量是從哪里來(lái)的呢？它來(lái)自電容器(capacitor)。照相機(jī)內(nèi)安裝的大容量電容器提供了閃光所需的能量。識(shí)別電容器電容器是如何構(gòu)成的？我們先來(lái)觀察一下常見(jiàn)的電容器。觀察與思考觀察日光燈啟輝器中的電容器，思考其所起的作用。電容器由兩個(gè)互相靠近、彼此絕緣的導(dǎo)體組成，電容器的導(dǎo)體間可以填充絕緣物質(zhì)(電介質(zhì))。在電路中，電容器用字母“C”及電路符號(hào)“”表示。常見(jiàn)的平行板電容器就是由兩塊正對(duì)而又相距很近的金屬板組成的。如圖2-1-2所示的是幾種常見(jiàn)的電容器。實(shí)際上，任何兩個(gè)彼此絕緣又相隔很近的導(dǎo)體，都可以看成一個(gè)電容器。電容器是一種常用的電學(xué)元件，可以用來(lái)儲(chǔ)存電荷，在電工、電子技術(shù)中有著廣泛的應(yīng)用。如圖2-1-3所示是一種電容式鍵盤，鍵盤上每個(gè)鍵下面都連有一塊小金屬片，與該金屬片隔有一定空氣間隙的是另一塊固定的小金屬片，這樣兩塊金屬片就組成一個(gè)小電容器。當(dāng)鍵被按下時(shí)，此小電容器的電容就發(fā)生變化，與之相連的電子線路就能檢測(cè)到是哪個(gè)鍵被按下了，從而給出相應(yīng)的信號(hào)。電容器的充放電電容器如何充、放電荷呢?觀察與思考1.在如圖2-1-4所示的電路中，將開(kāi)關(guān)接到a端，觀察電路中是否有電流通過(guò)，以及電流通過(guò)的時(shí)間長(zhǎng)短。思考在這個(gè)過(guò)程中電容器的極板上帶何種電荷。2.將開(kāi)關(guān)接到b端，觀察電路中是否有電流通過(guò)。思考在此過(guò)程完成后電容器的極板上是否還有電荷。

使電容器的兩極板帶上等量異種電荷的過(guò)程叫充電(charging)，每一極板所帶電量的絕對(duì)值稱為電容器所帶的電量。電容器充電后，兩極板間存在電場(chǎng)，從電源獲得的能量?jī)?chǔ)存在電場(chǎng)之中，稱為電場(chǎng)能。電場(chǎng)具有能量是電場(chǎng)物質(zhì)性的重要表現(xiàn)。

使電容器兩極板上的電荷中和的過(guò)程叫放電(discharge)。通過(guò)電流計(jì)可以觀察到短暫的放電電流，電容器放電后，板間電場(chǎng)消失，電場(chǎng)能在放電過(guò)程中轉(zhuǎn)換成其他形式的能量。電容器的電容電容器能夠儲(chǔ)存電荷，那么，用什么物理量來(lái)描述它儲(chǔ)存電荷的能力呢?

(1)在充、放電過(guò)程中得到的U-t圖像如圖2-1-6(a)所示，試說(shuō)明電容器兩極板間的電壓U隨時(shí)間t的變化特點(diǎn)。

(2)在充、放電過(guò)程中得到的I-t圖像如圖2-1-6(b)所示，試說(shuō)明電路中的電流I隨時(shí)間t的變化特點(diǎn)。(3)圖2-1-6(b)I-t圖像中，I軸與t軸所圍的面積表示了什么?(4)當(dāng)電源干電池改用2節(jié)、3節(jié)、4節(jié)、5節(jié)時(shí)，利用實(shí)驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)可得極板的電量Q與所加電壓U的關(guān)系圖線如圖2-1-7所示，由此可得出什么結(jié)論?換用不同標(biāo)度值的電容器，重復(fù)以上的實(shí)驗(yàn)。從圖2-1-7可知，一個(gè)電容器所帶的電量Q與電容器兩極板間的電壓U成正比。對(duì)于一個(gè)電容器，Q與U的比值是一個(gè)恒量；對(duì)于不同的電容器，這個(gè)比值是不同的?？梢?jiàn)，Q與U的比值表示電容器自身儲(chǔ)存電荷本領(lǐng)的特性，它的大小只與電容器本身的結(jié)構(gòu)有關(guān)，與電容器所帶的電量Q及兩極板間電壓U的大小無(wú)關(guān)。物理學(xué)中把電容器所帶的電量Q與電容器兩極板間的電壓U之比，叫作電容器的電容(capacitance)。電容用符號(hào)C表示，即(2.1.1)式(2.1.1)表示電容器的電容在數(shù)值上等于使兩極板間的電壓為1V時(shí)電容器所需的電量。電容器的電容越大，所需的電量越多。這可以用橫截面積不同的容器容納液體的本領(lǐng)來(lái)類比。如圖2-1-8所示，我們可觀察到：當(dāng)兩個(gè)中液面的高度相同時(shí)，橫截面積越大的杯子容納的液體越多。由此類比，當(dāng)電容器極板間的電壓相同時(shí)，電容越大的電容器容納的電量越多?？梢?jiàn)，電容是表示電容器容納電荷本領(lǐng)的物理量。在國(guó)際單位制中，電容的單位是法拉，簡(jiǎn)稱法，符號(hào)是F。如果使一個(gè)電容器的兩極板間的電勢(shì)差為1V，電容器上所儲(chǔ)存的電量為1C，則這個(gè)電容器的電容就是1F。

實(shí)際使用中常常采用較小的單位：微法(μF)和皮法(pF)。它們之間的換算關(guān)系是決定電容的因素電容是由電容器本身的哪些因素決定的？下面我們通過(guò)平行板電容器進(jìn)行探究。

理論計(jì)算和定量的實(shí)驗(yàn)也都表明，平行板電容器的電容C跟兩極板的正對(duì)面積S成正比，與兩極板間的距離d成反比，并與兩極板間插入的電介質(zhì)有關(guān)。

當(dāng)平行板電容器的兩極板間為真空時(shí)，其電容式中k為靜電力常量。

表2-1-1列出了幾種常用電介質(zhì)的εr值，由表可以看出，空氣的相對(duì)介電常數(shù)十分接近1，所以在一般性研究中，空氣對(duì)電容的影響可以忽略。手機(jī)觸摸屏智能手機(jī)的觸摸屏可分為電阻屏和電容屏兩種，這里僅介紹最常用的電容屏。

電容屏全稱電容式觸摸屏，俗稱“硬屏”，它利用人體的電流感應(yīng)進(jìn)行工作。電容屏是一塊四層復(fù)合玻璃屏，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖2-1-12所示。電容屏的內(nèi)表面和夾層各涂有一層透明的納米銦錫金屬氧化物(ITO)導(dǎo)電層，最外層是一薄層矽土玻璃保護(hù)層，ITO夾層作為工作面，四個(gè)角上引出四個(gè)電極，內(nèi)層ITO為屏蔽層，以保證良好的工作環(huán)境。當(dāng)手指觸摸電容屏?xí)r，手指和屏的夾層工作面形成一個(gè)電容器，因?yàn)楣ぷ髅嫔辖佑懈哳l信號(hào)，電流通過(guò)電容器分別從屏的四個(gè)角上的電極中流出，并且流經(jīng)這四個(gè)電極的電流與手指到四角的距離成正比，控制器通過(guò)對(duì)這四個(gè)電極的電流比例的精確計(jì)算，得出觸摸點(diǎn)的位置，電容屏具有靈敏度高，容易實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)觸控技術(shù)等優(yōu)點(diǎn)，目前被廣泛應(yīng)用于智能手機(jī)。同學(xué)們，通過(guò)這節(jié)課的學(xué)習(xí)，你有什么收獲呢？謝謝大家愛(ài)心.誠(chéng)心.細(xì)心.耐心，讓家長(zhǎng)放心.孩子安心。第二節(jié)帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)在現(xiàn)代科學(xué)實(shí)驗(yàn)和技術(shù)設(shè)備中，常常利用帶電粒子在電場(chǎng)中受到電場(chǎng)力作用的規(guī)律來(lái)改變或控制帶電粒子的運(yùn)動(dòng)。這種應(yīng)用大致可以分為兩種情況：一是利用電場(chǎng)使帶電粒子加速；二是利用電場(chǎng)使帶電粒子偏轉(zhuǎn)。帶電粒子在電場(chǎng)中的加速

根據(jù)動(dòng)能定理，可知由此可得帶電粒子到達(dá)負(fù)極板時(shí)速度的大小為討論與交流

加速器在科學(xué)研究中，為了使帶電粒子獲得較高的能量，最直接的做法是讓帶電粒子在電場(chǎng)力的作用下不斷加速。

早期制成的加速器是利用高電壓的電場(chǎng)來(lái)加速帶電粒子的。由于實(shí)際所能達(dá)到的電壓有限，因此帶電粒子的能量最高只能達(dá)到約10MeV。為了進(jìn)一步提高帶電粒子的能量，科學(xué)家制成了直線加速器，讓帶電粒子通過(guò)多級(jí)電場(chǎng)來(lái)加速。如圖2-2-2所示是電場(chǎng)直線加速器的原理示意圖，由于電子每經(jīng)過(guò)縫隙就被電場(chǎng)加速，所以進(jìn)入每個(gè)圓筒左側(cè)的小孔時(shí)速度都變大了，又由于經(jīng)過(guò)每個(gè)圓筒的時(shí)間相同，則越往后，圓筒的長(zhǎng)度必定越長(zhǎng)，但都與進(jìn)入圓筒時(shí)的速度成正比。通過(guò)分析可知，為了能讓電子獲得極大的動(dòng)能，需要使電子的速度接近光速，因此整個(gè)加速器的加速管道需長(zhǎng)達(dá)幾十千米。

加速器被廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、科研等各個(gè)領(lǐng)域。例如，在工業(yè)上，利用加速器產(chǎn)生的粒子束(射線)來(lái)改良材料的機(jī)械、耐溫或絕緣等各方面的性能；在醫(yī)療上，利用加速器產(chǎn)生的粒子束治療某些癌癥；在科研上，北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)和歐洲大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)可使電子獲得巨大能量，用于粒子物理實(shí)驗(yàn)及研究等。帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)讓帶電粒子以一定初速度沿垂直于電場(chǎng)方向射入勻強(qiáng)電場(chǎng)中，帶電粒子會(huì)做怎樣的運(yùn)動(dòng)呢？下面通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)觀察現(xiàn)象。觀察與思考觀察帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)，實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖2-2-3所示。(1)接通高壓感應(yīng)圈，讓陰極射線管預(yù)熱一下，看到帶電粒子從陰極水平射向陽(yáng)極；搖動(dòng)感應(yīng)起電機(jī)，給電容器充電，觀察帶電粒子的偏轉(zhuǎn)方向。(2)給電容器放電后，接線柱調(diào)換連接，再次搖動(dòng)感應(yīng)起電機(jī)，給電容器充電，觀察帶電粒子的偏轉(zhuǎn)方向。通過(guò)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可知，電子束垂直射入電場(chǎng)，運(yùn)動(dòng)軌跡會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)；當(dāng)電場(chǎng)方向改變，帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)方向也會(huì)隨之改變。

帶電粒子在電場(chǎng)中受到電場(chǎng)力，如果帶電粒子進(jìn)入電場(chǎng)時(shí)的速度方向與電場(chǎng)力的方向不平行，帶電粒子就會(huì)受到側(cè)向的作用力，從而發(fā)生偏轉(zhuǎn)。本節(jié)只研究帶電粒子的初速度方向與電場(chǎng)方向垂直時(shí)發(fā)生偏轉(zhuǎn)的情況。如圖2-2-4所示，兩平行導(dǎo)體板水平放置，導(dǎo)體板長(zhǎng)度為l，板間距離為d，板間電壓為U。有一質(zhì)量為m、電量為q的帶電粒子以水平初速度大小v0進(jìn)入板間的勻強(qiáng)電場(chǎng)。重力忽略不計(jì)。帶電粒子垂直進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)類似物體的平拋運(yùn)動(dòng)。因?yàn)閹щ娏Ｗ釉谒椒较蛏喜皇芰?，豎直方向上受到一個(gè)恒定不變的電場(chǎng)力，所以可以將它的運(yùn)動(dòng)看成是由水平方向上的勻速直線運(yùn)動(dòng)和豎直方向上初速度大小為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)合成的。

示波器示波器是一種常用的實(shí)驗(yàn)儀器，如圖2-2-6所示，它常被用來(lái)顯示電信號(hào)隨時(shí)間變化的情況。振動(dòng)、光、溫度等的變化可以通過(guò)傳感器轉(zhuǎn)化成電信號(hào)的變化，然后用示波器來(lái)研究。示波器的基本原理是帶電粒子在電場(chǎng)力的作用下加速和偏轉(zhuǎn)，屏幕上的亮線是由電子束高速撞擊熒光屏產(chǎn)生的。示波器的核心部件是示波管，它主要由電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏三部分組成，如圖2-2-7所示。觀察與思考按以下要求利用示波器觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。(1)當(dāng)Y偏轉(zhuǎn)板、X偏轉(zhuǎn)板不加電壓，電子束從電子槍發(fā)射后沿直線運(yùn)動(dòng)，在熒光屏上產(chǎn)生一個(gè)亮斑。(2)只在Y偏轉(zhuǎn)板加電壓，X偏轉(zhuǎn)板不加電壓，觀察亮斑出現(xiàn)在熒光屏的什么地方，并試著加以解釋。(3)只在X偏轉(zhuǎn)板加電壓，Y偏轉(zhuǎn)板不加電壓，觀察亮斑出現(xiàn)在熒光屏的什么地方，并試著加以解釋。由上述實(shí)驗(yàn)可見(jiàn)，當(dāng)只在Y偏轉(zhuǎn)板加電壓時(shí)，熒光屏上的亮斑在豎直方向上發(fā)生偏移，這是由于電子束經(jīng)過(guò)Y偏轉(zhuǎn)板時(shí)受到豎直方向的電場(chǎng)力的作用。當(dāng)只在X偏轉(zhuǎn)板加電壓時(shí)，熒光屏上的亮斑在水平方向上發(fā)生偏移，這是由于電子束經(jīng)過(guò)X偏轉(zhuǎn)板時(shí)受到水平方向的電場(chǎng)力的作用。示波器的燈絲通電后給陰極加熱，使陰極發(fā)射電子。電子經(jīng)陽(yáng)極和陰極間的電場(chǎng)加速聚焦后形成一很細(xì)的電子束，電子射出打在管底的熒光屏上，形成一個(gè)小亮斑。亮斑在熒光屏上的位置可以通過(guò)調(diào)節(jié)Y偏轉(zhuǎn)板與X偏轉(zhuǎn)板上的電壓大小來(lái)控制。如果加在Y偏轉(zhuǎn)板上的電壓是隨時(shí)間按正弦規(guī)律作周期性變化的信號(hào)，并在X偏轉(zhuǎn)板上加上適當(dāng)?shù)钠D(zhuǎn)電壓，熒光屏上就會(huì)顯示出一條正弦曲線。示波器在實(shí)際工作時(shí)，Y偏轉(zhuǎn)板和X偏轉(zhuǎn)板都加上電壓，打在熒光屏上的亮斑既在豎直方向上發(fā)生偏移，也在水平方向上發(fā)生偏移，亮斑的運(yùn)動(dòng)是豎直和水平兩個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的合運(yùn)動(dòng)。資料活頁(yè)密立根油滴實(shí)驗(yàn)1897年，英國(guó)物理學(xué)家湯姆孫(J.J.Thomson，1856-1940)通過(guò)陰極射線管實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了電子。1913年，美國(guó)物理學(xué)家密立根用實(shí)驗(yàn)測(cè)得電子電量的精確數(shù)值。如圖2-2-8所示是密立根油滴實(shí)驗(yàn)示意圖：密立根油滴實(shí)驗(yàn)主要應(yīng)用了兩塊間距為d且水平放置的平行金屬板間的勻強(qiáng)電場(chǎng)對(duì)油滴產(chǎn)生的靜電力與油滴的重力相平衡的原理。

上式中的U、d均可直接測(cè)量，但油滴太小，以至于其重力mg的大小無(wú)法用普通的方法直接測(cè)量。為了解決這一問(wèn)題，密立根先讓油滴在電場(chǎng)中懸浮，然后撤去電場(chǎng)，測(cè)出油滴下落的速度。由于空氣阻力的存在，下落的油滴速度會(huì)很快達(dá)到勻速，而這個(gè)速度又與油滴的質(zhì)量有關(guān)。因此，通過(guò)測(cè)量這個(gè)速度，密立根計(jì)算出mg，從而求得油滴的電量q.同學(xué)們，通過(guò)這節(jié)課的學(xué)習(xí)，你有什么收獲呢？謝謝大家愛(ài)心.誠(chéng)心.細(xì)心.耐心，讓家長(zhǎng)放心.孩子安心。第三節(jié)靜電的利用與防護(hù)隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)靜電特性的認(rèn)識(shí)越來(lái)越深入，靜電在生產(chǎn)、生活實(shí)踐中得到了廣泛的應(yīng)用，如靜電噴涂、靜電除塵、靜電復(fù)印、靜電植絨等。下面介紹幾種利用靜電的技術(shù)。靜電噴涂靜電噴涂是一種利用靜電作用使霧化涂料微粒在高壓電場(chǎng)作用下帶上負(fù)電荷，并吸附于帶正電荷的被涂物的涂裝技術(shù)。與傳統(tǒng)的噴漆工藝相比較，靜電噴涂具有顯著優(yōu)勢(shì)，如涂層質(zhì)量高、涂料利用率高、對(duì)使用者操作技巧要求低等。目前，大到高鐵、汽車、拖拉機(jī)，小到工件、玩具、家用電器等，都會(huì)用到靜電噴涂技術(shù)。靜電除塵過(guò)去，一些水泥廠、石灰廠以及以煤作為燃料的發(fā)電廠，每天都會(huì)排出大量的粉塵，這不僅損害工廠里的職工和周邊居民的身體健康，而且嚴(yán)重污染環(huán)境。如何消除粉塵對(duì)環(huán)境的影響呢？人們利用靜電作用制成了靜電除塵設(shè)備。觀察與思考如圖2-3-2所示是一個(gè)靜電除塵的簡(jiǎn)易實(shí)驗(yàn)裝置。透明的玻璃瓶中充滿煙塵，將高壓電源的正、負(fù)兩極分別接到繞在玻璃瓶上的金屬螺旋線和插在玻璃瓶?jī)?nèi)的金屬直導(dǎo)線上，能觀察到什么現(xiàn)象？思考分析這些現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。靜電除塵是利用電荷相互作用的性質(zhì)，把帶有不同電性的粉塵從煙氣中分離出來(lái)，再分類處理的過(guò)程，如圖2-3-3所示是一種實(shí)用的靜電除塵設(shè)備圖。把高壓電源的正極接到金屬圓筒上，負(fù)極接到懸掛在管心的金屬線上，它們之間有很強(qiáng)的電場(chǎng)，而且距離管心的金屬線越近的地方，場(chǎng)強(qiáng)越大，因此，金屬線附近的氣體分子被強(qiáng)電場(chǎng)電離，成為電子和正離子。在電場(chǎng)力的作用下，正離子被吸引到負(fù)極(金屬線)上；電子在向著正極(金屬圓筒)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，附在空氣中的塵埃上，使粉塵帶負(fù)電，并被吸附到金屬圓筒上。粉塵在筒壁積累到一定程度時(shí)，會(huì)在重力的作用下落入下面的漏斗中再被排出。此設(shè)備既可清潔環(huán)境，又可在除塵過(guò)程中回收有用物質(zhì)。靜電復(fù)印靜電復(fù)印技術(shù)是美國(guó)物理學(xué)家卡爾遜(C.Carlson，1906-1968)于1938年發(fā)明的一種影印復(fù)印技術(shù)。它是一種利用正、負(fù)電荷的吸引力進(jìn)行油墨轉(zhuǎn)移的印刷方式，又稱無(wú)壓印刷，其核心部件是一個(gè)有機(jī)光導(dǎo)體鼓的金屬圓柱，它的表面被涂上有機(jī)光導(dǎo)體(OPC)，沒(méi)有光照時(shí)，OPC是絕緣體，受到光照時(shí)則變成導(dǎo)體。靜電復(fù)印機(jī)在預(yù)熱時(shí)，先通過(guò)機(jī)內(nèi)電路使有機(jī)光導(dǎo)體鼓在暗處帶正電，如圖2-3-4(a)所示。按下復(fù)印鍵時(shí)，把強(qiáng)光照到文件上，文件反射的光通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)在鼓上成像，亮處的OPC層變成導(dǎo)體，所帶的電荷流失，暗處的電荷則保留下來(lái)。這時(shí)在鼓上就形成了與曝光圖像相同的帶電圖案(肉眼看不見(jiàn))，稱為“靜電潛像”，如圖2-3-4(b)所示。接著，有機(jī)光導(dǎo)體鼓轉(zhuǎn)動(dòng),“靜電潛像”經(jīng)過(guò)墨粉盒時(shí)，帶負(fù)電的墨粉被吸附在鼓表面帶正電的部位上，使“靜電潛像”變成了可見(jiàn)的像，如圖2-3-4(c)所示.之后，有機(jī)光導(dǎo)體鼓繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，潛像部分經(jīng)過(guò)復(fù)印紙時(shí)把摻有樹(shù)脂膠的墨粉印在白紙上，白紙就逐漸變成文件的副本，如圖2-3-4(d)所示。最后，紙從有機(jī)光導(dǎo)體鼓區(qū)域出來(lái)后，定影器熱曬新印的文件，讓墨粉永久粘在紙上，紙張最終送出，文件的復(fù)印流程完成。如今，靜電復(fù)印技術(shù)已發(fā)展成一門成熟的技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于激光打印機(jī)、噴墨打印機(jī)、模擬式復(fù)印機(jī)、數(shù)字式復(fù)印機(jī)、速印機(jī)、傳真機(jī)等。靜電植絨靜電植絨是利用電荷之間同性相斥、異性相吸的性質(zhì)，通過(guò)使絨毛帶上負(fù)電荷，令絨毛被吸引到帶正電的被植體表面上。如圖2-3-5所示是給布匹靜電植絨的工作流程圖。真空中帶負(fù)電的絨毛通過(guò)設(shè)計(jì)按照一定的下落規(guī)律到達(dá)相應(yīng)位置，與布匹上的黏合劑接觸，并粘貼在布匹上，從而形成設(shè)計(jì)的圖案。近年來(lái)，靜電在海水淡化、人工降雨、低溫冷凍、噴灑農(nóng)藥、航天器補(bǔ)充燃料等方面也得到廣泛應(yīng)用。尖端放電導(dǎo)體尖端處表面的電荷密度很大，附近的電場(chǎng)很強(qiáng)，空氣中殘留的帶電粒子在強(qiáng)電場(chǎng)的作用下發(fā)生劇烈的運(yùn)動(dòng)，把空氣中的氣體分子撞散，并使分子中的正、負(fù)電荷分離，我們把這種現(xiàn)象叫作空氣的電離(ionization)。觀察與思考如圖2-3-6所示，將兩根放電針?lè)謩e安裝在感應(yīng)線圈的接線柱上，再將8~10V的低壓直流電源接在感應(yīng)線圈上，閉合開(kāi)關(guān)，適當(dāng)調(diào)節(jié)感應(yīng)線圈上振動(dòng)簧片的位置，就可以觀察到放電現(xiàn)象。如果利用改造后的范德格拉夫起電機(jī)供電，將正對(duì)的兩支放電針?lè)謩e接到電源的兩極上，也可以看到放電針的放電現(xiàn)象。這是什么原因呢?原來(lái)，兩根放電針附近形成的強(qiáng)電場(chǎng)使空氣發(fā)生了電離，電離后的電荷各自奔向與它自身帶異種電荷的放電針，與尖端上的電荷中和。在這個(gè)過(guò)程中尖端電量減少，這種現(xiàn)象叫作尖端放電。

避雷針(如圖2-3-7所示)是利用尖端放電原理保護(hù)建筑物等避免雷擊的一種設(shè)施。它是由一根或幾根尖銳的金屬棒構(gòu)成，被安裝在建筑物的頂部，用粗導(dǎo)線將其與埋在地下的金屬板連接，保持其與大地的良好接觸。在雷雨天氣，當(dāng)高樓上空云層帶大量的某種電荷時(shí)，避雷針和高樓頂部通過(guò)靜電感應(yīng)，帶上大量的異種電荷。由于導(dǎo)體尖端容易聚集電荷，所以避雷針的尖頭就聚集了整個(gè)建筑大部分的電荷。避雷針與帶電云層就像圖2-3-6實(shí)驗(yàn)中的兩根放電針一樣，當(dāng)云層上電荷較多時(shí)，避雷針與云層之間的空氣就很容易被擊穿而發(fā)生電離，成為導(dǎo)體。這樣，帶電云層與避雷針連通形成電路，而避雷針又是接地的，因此就可以把云層上的電荷導(dǎo)入大地，使其不對(duì)高層建筑構(gòu)成威脅，保證建筑物的安全。防止靜電危害靜電時(shí)常也會(huì)給人們帶來(lái)不便、煩惱甚至危害。長(zhǎng)期處于靜電環(huán)境下的人容易出現(xiàn)精神疲勞、頭暈?zāi)垦５炔涣挤磻?yīng)。工業(yè)生產(chǎn)中的靜電現(xiàn)象可能造成設(shè)備失控、產(chǎn)品報(bào)廢，或造成嚴(yán)重的火災(zāi)等。靜電危害一般分為兩類：一是靜電力造成的不良后果；二是靜電火花引發(fā)的災(zāi)害，表2-3-1分類列出了一些常見(jiàn)的靜電危害。日常生活和生產(chǎn)中，防止靜電產(chǎn)生的措施：一是控制靜電的產(chǎn)生?？梢圆捎闷痣娸^少的設(shè)備材料，如穿棉質(zhì)含量高的衣服，用石棉等絕緣材料作為導(dǎo)體的外殼，在機(jī)械經(jīng)常發(fā)生摩擦處添加抗靜電劑等；二是把產(chǎn)生的電荷盡快導(dǎo)走。最簡(jiǎn)單又最可靠的辦法是用導(dǎo)線把設(shè)備接地，這樣可以把電荷導(dǎo)入大地，避免靜電積累。飛機(jī)在飛行過(guò)程中會(huì)因與空氣摩擦而帶有靜電，因此在飛機(jī)的兩側(cè)翼尖及飛機(jī)的尾部都裝有“放電刷”(如圖2-3-8所示)，飛機(jī)起落架大都使用特制的接地輪胎或接地線；油罐車尾部拖著的鐵鏈(如圖2-3-9所示)，可把因油與罐壁摩擦而產(chǎn)生的電荷及時(shí)導(dǎo)入大地。此外，當(dāng)濕度提高時(shí)，固體材料的電阻降低，可以加快靜電的泄漏，所以增加濕度也是防止靜電危害的常用方法。有些工廠的生產(chǎn)車間要保持恒定的濕度就是這個(gè)道理。同學(xué)們，通過(guò)這節(jié)課的學(xué)習(xí)，你有什么收獲呢？謝謝大家愛(ài)心.誠(chéng)心.細(xì)心.耐心，讓家長(zhǎng)放心.孩子安心。第一節(jié)導(dǎo)體的I-U特性曲線我們知道，歐姆定律反映的是導(dǎo)體中的電流與導(dǎo)體兩端的電壓、導(dǎo)體的電阻之間的關(guān)系。電流電流是由電荷定向移動(dòng)形成的。要形成電流，首先必須有能夠自由移動(dòng)的電荷——自由電荷。一切導(dǎo)體都有自由電荷，例如金屬中的自由電子，電解液中的正、負(fù)離子，都是自由電荷。那么，在什么條件下，自由電荷才能定向移動(dòng)呢?當(dāng)導(dǎo)體的兩端分別與電源的兩極連接時(shí)，導(dǎo)體兩端有了電壓，此時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)部也有了電場(chǎng)，導(dǎo)體中的自由電荷就在電場(chǎng)力的作用下發(fā)生定向移動(dòng)，形成電流。由此可見(jiàn)，導(dǎo)體中產(chǎn)生電流的另一條件是導(dǎo)體兩端存在電壓。電流是有方向的，習(xí)慣上規(guī)定正電荷定向移動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞯姆较?。在金屬中，能夠移?dòng)的是自由電子，所以，金屬中電流的方向與電子定向移動(dòng)的實(shí)際方向相反。為了表示電流的強(qiáng)弱，物理學(xué)中把通過(guò)某段導(dǎo)體橫截面的電量Q與所用時(shí)間t之比稱為通過(guò)這段導(dǎo)體的電流(electriccurrent)。用I表示電流，則(3.1.1)國(guó)際單位制中，電流的單位是安培，簡(jiǎn)稱安，符號(hào)是A。1A=1C/s.常用的電流單位還有毫安(mA)和微安(μA)。

如果導(dǎo)體中的電流方向不隨時(shí)間而改變，則這樣的電流稱為直流。如果電流的方向和強(qiáng)弱都不隨時(shí)間而改變，則這樣的電流稱為恒定電流，通常所說(shuō)的直流就是指恒定電流。討論與交流如圖3-1-1所示，一段均勻?qū)w長(zhǎng)度為L(zhǎng)，橫截面積為S.設(shè)導(dǎo)體中單位體積內(nèi)所含自由電荷數(shù)為n，每個(gè)自由電荷的電量為q，自由電荷定向移動(dòng)平均速率為v。試推導(dǎo)出導(dǎo)體中電流1的表達(dá)式。上述推導(dǎo)可得電流的微觀表達(dá)式為I=nqSv，可見(jiàn)同一導(dǎo)體中自由電荷的定向移動(dòng)平均速率v越大，電流I就越大。歐姆定律德國(guó)物理學(xué)家歐姆(G.S.Ohm，1787-1854)通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)：導(dǎo)體中的電流與導(dǎo)體兩端的電壓成正比，與導(dǎo)體的電陽(yáng)成反比，這就是我們初中學(xué)過(guò)的歐姆定律。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為(3.1.2)式(3.1.2)表明，在導(dǎo)體的電阻不變的情況下，電壓越大，通過(guò)的電流越大；電壓越小，通過(guò)的電流越小，同樣，在相同電壓作用下，導(dǎo)體的電阻越小，通過(guò)導(dǎo)體的電流越大；導(dǎo)體的電阻越大，通過(guò)導(dǎo)體的電流越小。

(3.1.3)物理學(xué)中，電阻用導(dǎo)體兩端的電壓跟通過(guò)的電流之比來(lái)定義。在實(shí)驗(yàn)室中，我們通過(guò)用電壓表測(cè)量導(dǎo)體兩端的電壓、用電流表測(cè)量通過(guò)導(dǎo)體的電流的方法來(lái)計(jì)算導(dǎo)體的電阻。這樣的方法叫作伏安法。導(dǎo)體的I–U特性曲線如何直觀地反映導(dǎo)體中的電流I、電壓U和電阻R之間的關(guān)系呢?觀察與思考如圖3-1-2所示，用電流表測(cè)量通過(guò)金屬導(dǎo)體a的電流I，用電壓表測(cè)量a兩端的電壓U。圖中虛線框內(nèi)是一個(gè)能提供可變電壓的電路，通過(guò)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片，可得到金屬導(dǎo)體a的幾組I和U的值。然后，換用另一個(gè)金屬導(dǎo)體b代替a進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，可得金屬導(dǎo)體b的幾組I和U的值。記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并在同一坐標(biāo)系中作出a和b的I-U圖像。如圖3-1-3所示是根據(jù)某次實(shí)驗(yàn)作出的金屬導(dǎo)體a和b的I-U圖像，這種以縱坐標(biāo)表示電流I、橫坐標(biāo)表示電壓U畫(huà)出的I-U圖像叫作導(dǎo)體的I-U特性曲線。導(dǎo)體的I-U特性曲線是研究導(dǎo)體電流和電壓關(guān)系的重要工具。在溫度不太高時(shí)，同一金屬導(dǎo)體的I-U圖像是一條通過(guò)原點(diǎn)的直線，如圖3-1-3所示，這表明，同一導(dǎo)體的電阻與電壓和電流無(wú)關(guān)，而是由導(dǎo)體本身的性質(zhì)決定的。對(duì)于金屬導(dǎo)體，當(dāng)溫度不變時(shí)，電流與電壓成正比，其I-U特性曲線是通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的直線，其電阻為定值，具有這種I-U特性曲線的電學(xué)元件稱為線性元件，如金屬元件等。另外還有一類元件，在溫度不變時(shí)，其I-U特性曲線不是直線，而是曲線，這類電學(xué)元件稱為非線性元件，如二極管等。

討論與交流1.如圖3-1-3所示的直線a、b的斜率有什么物理意義？哪一條表示的金屬導(dǎo)體的電阻較大？

2.如圖3-1-4所示是某額定電壓為3V的小燈泡的I-U特性曲線。當(dāng)加在小燈泡兩端的電壓分別是0.2V、0.9V、3V時(shí)，求小燈泡鎢絲的電阻，并討論其導(dǎo)電特性。實(shí)踐與拓展按如圖3-1-5所示電路圖連接電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，畫(huà)出半導(dǎo)體二極管的I-U特性曲線，可以發(fā)現(xiàn)什么規(guī)律？并將其與電爐絲、小燈泡的I-U特性曲線對(duì)比，說(shuō)出它們的導(dǎo)電性能特點(diǎn)。同學(xué)們，通過(guò)這節(jié)課的學(xué)習(xí)，你有什么收獲呢？謝謝大家愛(ài)心.誠(chéng)心.細(xì)心.耐心，讓家長(zhǎng)放心.孩子安心。第二節(jié)決定導(dǎo)體電阻大小的因素我們知道，電阻是導(dǎo)體本身的一種特性，它描述導(dǎo)體對(duì)電流的阻礙作用。本節(jié)將通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究導(dǎo)體電阻大小與其影響因素的定量關(guān)系。電阻定律在溫度不變的情況下，導(dǎo)體電阻與通過(guò)的電流無(wú)關(guān)，與導(dǎo)體的長(zhǎng)度、橫截面積、材料等因素有關(guān)。下面通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行定量研究。實(shí)驗(yàn)與探究如圖3-2-1所示是實(shí)驗(yàn)電路圖，圖中BC是待測(cè)導(dǎo)線。準(zhǔn)備三根材料、橫截面積都相同，長(zhǎng)度不同的錳銅導(dǎo)線B1C1、B2C2、B3C3；準(zhǔn)備三根材料、長(zhǎng)度都相同，橫截面積不同的錳銅導(dǎo)線B4C4、B5C5、B6C6；準(zhǔn)備兩根長(zhǎng)度、橫截面積都相同，材料不同的錳銅導(dǎo)線B7C7、鎳鉻導(dǎo)線B8C8。實(shí)驗(yàn)時(shí)，在電路中的B、C之間接入待研究的合金導(dǎo)線，通電前應(yīng)使滑動(dòng)變阻器接入電路的電阻最大。(1)把B1C1、B2C2、B3C3三根導(dǎo)線分別接入電路中，閉合開(kāi)關(guān)S，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，測(cè)出電流、電壓，計(jì)算出導(dǎo)線的電阻。分別測(cè)量三次，取其平均值作為導(dǎo)線電阻的測(cè)量值，并把數(shù)據(jù)記錄在表3-2-1中.(2)把B4C4、B5C5、B6C6三根導(dǎo)線分別接入電路中，測(cè)量方法同上，把數(shù)據(jù)記錄在表3-2-1中.(3)把B7C7、B8C8兩根導(dǎo)線分別接入電路中，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，使通過(guò)導(dǎo)線的電流相同，比較電壓大小便可知電阻的大小，把數(shù)據(jù)記錄在表3-2-1中。由上述實(shí)驗(yàn)可見(jiàn)，對(duì)于同種材料的導(dǎo)體，在橫截面積保持不變時(shí)，導(dǎo)體的電阻與導(dǎo)體的長(zhǎng)度成正比；在長(zhǎng)度保持不變時(shí)，導(dǎo)體的電阻與導(dǎo)體的橫截面積成反比。對(duì)于不同材料的導(dǎo)體，在導(dǎo)體的長(zhǎng)度和橫截面積保持不變時(shí)，導(dǎo)體的電阻與材料有關(guān)。大量實(shí)驗(yàn)表明，在一定溫度下，均勻?qū)w的電阻R與它的長(zhǎng)度l成正比，與它的橫截面積S成反比，這就是電阻定律(lawofresistance).用公式表示為(3.2.1)式中的比例常量ρ，反映材料對(duì)導(dǎo)體電阻的影響。討論與交流1.為什么滑動(dòng)變阻器能夠改變電阻的大小?2.白熾燈、日光燈的燈絲什么時(shí)候最容易燒斷?電阻率

電阻定律中的比例常量ρ與導(dǎo)體的材料有關(guān)，是一個(gè)反映材料導(dǎo)電性能的物理量，稱為材料的電阻率(resistivity).

一般來(lái)說(shuō)，不同導(dǎo)體的電阻率是不同的。當(dāng)l、S一定時(shí)，電阻率ρ越大，電阻R越大，該材料的導(dǎo)電性能越差。國(guó)際單位制中，ρ的單位是Ω·m，讀作歐姆米，簡(jiǎn)稱歐米。

實(shí)驗(yàn)表明，材料的電阻率隨溫度的變化而改變，一般金屬材料的電阻率隨溫度的升高而增大。表3-2-2中列出了一些常見(jiàn)導(dǎo)體材料在20℃時(shí)的電阻率。從表3-2-2中可以看出，一般情況下，金屬單質(zhì)的電阻率較小，合金的電阻率較大。我們一般用電阻率較小的鋁或銅來(lái)制作導(dǎo)線，必要時(shí)還可在導(dǎo)線上鍍銀。典例精析例題：工業(yè)上經(jīng)常用“電導(dǎo)儀”來(lái)測(cè)定液體的電阻率。它是把兩片金屬放到液體中形成一個(gè)電容器形狀的液體電阻，而中間的液體即電阻的有效部分，如圖3-2-2所示。A、B是兩片面積為1cm2的正方形鉑片，問(wèn)距d=1cm，把它們浸沒(méi)在待測(cè)液體中。通過(guò)兩根引線加上電壓U，當(dāng)U=6V時(shí)，測(cè)出電流I=1μA，那么這種液體的電阻率為多少?分析：假設(shè)鉑片A接在電源正極一端，則電流從鉑片A通過(guò)液體流到鉑片B，電流通過(guò)液體的長(zhǎng)度d=1cm，橫截面積S=lcm2。從上述例子可知，不只固體有電阻，液體也有電阻，甚至氣體都有電阻。同學(xué)們，通過(guò)這節(jié)課的學(xué)習(xí)，你有什么收獲呢？謝謝大家愛(ài)心.誠(chéng)心.細(xì)心.耐心，讓家長(zhǎng)放心.孩子安心。第三節(jié)測(cè)量金屬絲的電阻率問(wèn)題導(dǎo)入我們知道，輸電導(dǎo)線的材料通常是銅而不是鐵，集成電路中的焊接位置使用的材料是錫，制作定值電阻的材料是錳銅合金，制作滑動(dòng)變阻器的材料是鎳鉻合金，制作燈絲的材料是鎢，制作保險(xiǎn)絲的材料是鉛銻合金……我們選擇材料所考慮的因素是多方面的，其中一個(gè)共同的因素是它們的電阻率不同。電阻率越小，材料的導(dǎo)電性能越好。如何根據(jù)實(shí)驗(yàn)室提供的儀器設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)方案來(lái)測(cè)量金屬絲的電阻率呢？學(xué)會(huì)使用螺旋測(cè)微器如圖3-3-1所示是常用的螺旋測(cè)微器結(jié)構(gòu)圖，它的小砧A和固定刻度G固定在U形框架F上；測(cè)微螺桿P、可調(diào)刻度H和粗調(diào)旋鈕K、微調(diào)旋鈕K’連在一起，通過(guò)精密螺紋穿過(guò)U形框架F，用鎖T給予鎖定。如圖3-3-2所示，測(cè)微螺桿P與固定刻度G間的精密螺紋的螺距為0.5mm，即粗調(diào)旋鈕K每旋轉(zhuǎn)一周，P前進(jìn)或后退0.5mm?？烧{(diào)刻度H上的刻度為50小格，每轉(zhuǎn)動(dòng)一小格，P前進(jìn)或后退0.01mm，即精確度為0.01mm。讀數(shù)時(shí)誤差出現(xiàn)在毫米的千分位上，因此，螺旋測(cè)微器又叫千分尺。從固定刻度上讀取整毫米或半毫米數(shù)，然后從可調(diào)刻度上讀取剩余部分(因?yàn)槭?0分度，所以在最小刻度后應(yīng)再估讀一位)，再把兩部分讀數(shù)相加得到測(cè)量值，即測(cè)量值d=固定刻度數(shù)+可調(diào)刻度數(shù)×0.01(單位：mm)。如圖3-3-2所示的示數(shù)為d=0.5mm+25.0×0.01mm=0.750mm?？紤]估讀的差異，讀0.749~0.751mm中的任一個(gè)數(shù)都正確。用伏安法測(cè)定金屬絲的電阻率

實(shí)驗(yàn)與探究1.使用螺旋測(cè)微器在金屬絲的不同位置、不同側(cè)面測(cè)量金屬絲的直徑D，將測(cè)得數(shù)據(jù)填入表3-3-2中，并求出平均值。

2.用毫米刻度尺測(cè)量金屬絲的長(zhǎng)度L，填入表3-3-2中，并多次測(cè)量求出平均值。3.按如圖3-3-3所示的實(shí)驗(yàn)電路圖連接電路，將金屬絲接入BC之間。檢查電流表、電壓表的量程是否合適。把滑動(dòng)變阻器的滑片移到一端，使其接入電路的阻值最大。4.閉合開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)變阻器，使電流表有明顯示數(shù)，讀取電流表、電壓表的示數(shù)I、U，并記錄在表3-3-2中。實(shí)驗(yàn)中不要將電流調(diào)得過(guò)大，讀數(shù)要快，每次讀完后立即斷電。5.改變滑動(dòng)變阻器的阻值，重復(fù)步驟4，測(cè)量并記錄多組I和U的值。6.斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，整理器材。討論與交流1.根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，為了減小實(shí)驗(yàn)誤差，可以采用什么方法計(jì)算金屬絲的電阻？2.實(shí)驗(yàn)中，哪些因素影響金屬絲兩端電壓和電路中電流測(cè)量值的準(zhǔn)確度？怎樣才能減少這些因素的影響？實(shí)踐與拓展用數(shù)據(jù)采集器、電流傳感器、電壓傳感器、螺旋測(cè)微器、學(xué)生電源、滑動(dòng)變阻