粵教版高中物理必修第三冊全冊教學(xué)課件

粵教版高中物理必修第三冊全冊教學(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)過鋪有地毯的走道來到房門口，在伸手接觸金屬門把的一剎那，突然聽到“啪”的一聲，手被電了一下，是哪里來的電呢？答案可能令人有點意外，原來是電荷在作怪。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)了用毛皮摩擦過的琥珀能吸引羽毛、頭發(fā)等輕小物體，公元1世紀，我國學(xué)者王充在《論衡》一書中寫下“頓牟掇芥”一語，指的是經(jīng)過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)，就說它帶了電，或者說荷了電荷。那么，有哪些方法能使原來不帶電的物體帶上電呢?實驗與探究實驗1：如圖1-1-1所示，拿一把塑料直尺在頭發(fā)上來回摩擦幾下，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。實驗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，再與驗電器上部的金屬球A接觸，觀察兩片金屬箔C、C’是否張開。實驗3：如圖1-1-3(a)所示，取兩個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保持在原來的位置上，手持鋁罐B的絕緣柱，將其移開，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)起電從實驗1可見，經(jīng)摩擦后的塑料直尺會吸引碎紙屑，這是因為經(jīng)過摩擦的塑料直尺帶上了電而對碎紙屑有了吸引力。這種用摩擦的方法使物體帶電的過程叫作摩擦起電。相互摩擦的兩個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。

從實驗2可見，驗電器的兩片金屬箔張開了一定的角度，這是由于通過傳導(dǎo)，金屬小球D上的電荷傳遞至兩片金屬箔。從實驗3的(1)中可見，鋁罐A和B各自的兩片金屬都張開了相同的角度。從(2)中可見，鋁罐A的兩片金屬箔張開的角度比(1)中的稍大一點，鋁罐B的兩片金屬箔張開的角度比(1)中的稍小一點。從(3)中可見，鋁罐A的兩片金屬依然張開但角度比(2)中的稍小一點。這說明鋁罐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)，簡稱電量，符號是Q或q。在國際單位制中，它的單位是庫侖，簡稱庫，符號C。

研究發(fā)現(xiàn)，自然界只存在兩種電荷：正電荷和負電荷。我們把用絲綢摩擦過的玻璃棒所帶的電荷叫作正電荷，用毛皮摩擦過的硬橡膠棒所帶的電荷叫作負電荷。電子帶有最少的負電荷，質(zhì)子帶有最少的正電荷，它們的電量的絕對值相等。電子的電量最早是由美國物理學(xué)家密立根(R.A.Millikan，1868-1953)通過油滴實驗測定的。實驗還發(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，人們把一個電子(或質(zhì)子)所帶電量的絕對值叫作元電荷(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)來認識靜電現(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動的電子組成。原子核帶正電，核外電子帶負電。原子核的正電荷數(shù)與核外電子的負電荷數(shù)相等，所以整個原子呈電中性。觀察與思考手持有機玻璃棒，用力將兩塊由不同材料制成的起電板快速地摩擦后分開，如圖1-1-4(a)所示。

將其中一塊板插入箔片驗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?

請解釋實驗中所發(fā)生的現(xiàn)象。實驗中，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，即箔片帶電，說明插入驗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。實驗中，物體帶電的過程實際上就是得失電子的過程，從而使物體內(nèi)的正電荷數(shù)與負電荷數(shù)不再相等，這時物體就帶電了。但帶電的兩個物體所組成的系統(tǒng)的電量總和保持不變。大量事實證明：電荷既不能被創(chuàng)造，也不能被消滅，它們只能從一個物體轉(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)移的過程中，電荷的總量保持不變，這個規(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程中成立，近代科學(xué)實驗證明，它也是一切微觀物理過程所普遍遵守的定律。靜電現(xiàn)象的解釋從前面實驗中可知，利用摩擦的方法能夠使物體帶電：這是因為兩種不同材料的物體相互摩擦?xí)r，使一個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)移到了另一個物體上。如圖1-1-5所示，當毛皮摩擦硬橡膠棒時，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)多余的電子而帶負電；失去電子的毛皮則帶正電。但是，由這兩個物體組成的系統(tǒng)的電荷總量保持不變，即電荷是守恒的。這說明，摩擦起電的實質(zhì)是電子從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體的過程。從前面實驗中還可知，利用靜電感應(yīng)能夠使導(dǎo)體帶電。這是因為當帶電體靠近導(dǎo)體時，導(dǎo)體內(nèi)的自由電子會向靠近或遠離帶電體的地方移動。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距離最遠的右端帶正電。當把鋁罐B移開，鋁罐A上多余的負電荷由于金屬小球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就帶上了負電荷，如圖1-1-3(d)所示。因此，靜電感應(yīng)的實質(zhì)是在帶電體上的電荷的作用下，導(dǎo)體上的正負電荷重新分布，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，正負電量中和后再平分解：先設(shè)小球A帶正電，則小球B帶負電，帶電量大小均為Q，再采用如下思路分析：

同學(xué)們，通過這節(jié)課的學(xué)習(xí)，你有什么收獲呢？謝謝大家愛心.誠心.細心.耐心，讓家長放心.孩子安心。第二節(jié)庫侖定律同種電荷互相排斥，異種電荷互相吸引，這說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)。受牛頓萬有引力定律公式的啟發(fā)，18世紀的科學(xué)家推測帶電體間的相互作用力也是與距離的二次方成反比。18世紀末，法國物理學(xué)家?guī)靵?C.A.Coulomb，1736-1806)通過實驗總結(jié)出靜止電荷間的相互作用力即靜電力的規(guī)律。點電荷研究表明，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題的復(fù)雜性。如果一個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，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點。這個帶電的點稱為點電荷(pointcharge)。與力學(xué)中的質(zhì)點模型一樣，點電荷是一種理想化的物理模型。帶電體能否被視為點電荷，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電荷，應(yīng)由對兩者之間相互作用的影響大小和測量的要求決定。只要在測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，即可視為點電荷。影響靜電力的因素兩個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？讓我們用實驗進行探究。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。分析以上實驗現(xiàn)象，這兩個帶電體之間的靜電力可能與什么因素有關(guān)?從上面實驗可知，當球形導(dǎo)體A電量增加時，擺線偏角增大，說明靜電力隨帶電體電量增加而增大；當球形導(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，說明靜電力越大。

那么，兩個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)怎樣進行探究？庫侖定律如圖1-2-2所示的實驗只能定性探究影響靜電力的因素?？茖W(xué)家們花費很長時間，試圖對靜電力進行精密測量。18世紀中葉以前，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，沒有儀器能測量這么小的力；二是當時還沒有量度電量的單位；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，庫侖通過扭秤實驗解決了這些困難，并在實驗的基礎(chǔ)上提出了兩個點電荷之間相互作用的規(guī)律。這項成果意義重大，它標志著電學(xué)研究從定性走向定量。下面我們借鑒科學(xué)家實驗的思想方法，創(chuàng)新改進實驗裝置，開展一次實驗探究。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分別固定在兩個絕緣支架上，下支架放在電子秤檢測臺面上，上支架等距貼上紅色紙圈，再穿過固定支架的小孔。(1)下支架放在電子秤檢測臺面上，將電子秤的示數(shù)歸零。(2)將A、B兩塊金屬圓片正對距離調(diào)為d，然后用起電機讓兩塊金屬圓片帶上相同的電量(設(shè)為q0)，通過讀出此時電子秤的示數(shù)，經(jīng)過單位換算便可得到B對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，通過讀取電子秤示數(shù)，經(jīng)過單位換算便可得到B對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，通過讀取電子秤的示數(shù)，經(jīng)過單位換算即可得到B每次對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，概括實驗結(jié)論。庫侖在前人工作的基礎(chǔ)上通過實驗研究得到：在真空中兩個靜止點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。這個規(guī)律稱為庫侖定律(Coulomblaw)。靜止點電荷之間的這種相互作用力稱為靜電力，也稱為庫侖力。庫侖力的大小可表示為(1.2.1)式(1.2.1)中k是一個常量，叫靜電力常量。若式中各物理量均使用國際單位制，即力的單位為N，電量的單位為C，距離的單位為m，通過實驗可以得出k=9.0×109N·m2/C2，它表示真空中靜止的兩個相距為1m、電量都為1C的點電荷的靜電力大小為9.0×109N.電量的單位C(庫侖)是為了紀念庫侖而命名的。通常，一把梳子和衣袖摩擦后所帶的電量不到百萬分之一庫侖，但天空中發(fā)生閃電之前，巨大的云層中積累的電量可達幾百庫侖。

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”的特點加以判斷，兩個或兩個以上點電荷對某一點電荷的作用力，等于各點電荷單獨對這個電荷的作用力的矢量和。討論與交流1.談?wù)劺秒娮映犹骄繋靵隽Φ膶嶒炛校覀兛梢允褂美硐牖Ｐ偷那疤釛l件。2.相隔一定距離的兩個帶電金屬球，因體積偏大而不能被視為點電荷，如果用兩個金屬球的球心間距離來計算庫侖力，計算結(jié)果比真實值偏大、偏小還是相等？為什么?例題：氫原子由一個質(zhì)子和一個電子組成。根據(jù)經(jīng)典模型，電子繞核做圓周運動，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)子的靜電力和萬有引力的大小.(2)庫侖定律和萬有引力定律的表達式有哪些相似之處?(3)在研究微觀物質(zhì)的相互作用力時，在庫侖定律和萬有引力定律中，哪一種力可以被忽略呢？請說明理由.典例精析分析：這是一道計算靜電力和萬有引力，并進行對比研究的題目。在氫原子系統(tǒng)中，質(zhì)子和電子可被視為點電荷，也可被視為質(zhì)點，根據(jù)庫侖定律和萬有引力定律可以解答本題。(2)靜電力和萬有引力的計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”的物體，即質(zhì)點或點電荷；它們都包含一個常量：靜電力常量k或萬有引力常量G；都包含兩個物質(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；計算結(jié)果單位都一致等。(3)由(1)的計算結(jié)果，可得靜電力與萬有引力的大小之比為根據(jù)計算結(jié)果，可知氫原子中電子與質(zhì)子的靜電力遠遠大于萬有引力。因此，在研究微觀帶電粒子的相互作用時，萬有引力通常可以忽略。資料活頁庫侖扭秤實驗庫侖扭秤的結(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，這時秤桿會因A端受力而偏轉(zhuǎn)。通過觀察懸絲扭轉(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

庫侖當時還不知道怎樣測量電量，但他巧妙地解決了這個難題。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，庫侖把帶電小球的電量分為在研究力下與電量的關(guān)系時，庫侖受到萬有引力定律的啟示，認為力F與q1和q2的乘積成正比，即這樣就可以用一個公式來表示庫侖定律，即庫侖定律是庫侖從大量實驗中歸納出來的基本實驗定律，是電學(xué)發(fā)展史上的第一個定量規(guī)律，是建立整個電學(xué)理論的基礎(chǔ)。同學(xué)們，通過這節(jié)課的學(xué)習(xí)，你有什么收獲呢？謝謝大家愛心.誠心.細心.耐心，讓家長放心.孩子安心。第三節(jié)電場電場強度問題導(dǎo)入我們知道，兩個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、滑塊在桌面上滑動受到的摩擦力不同，后三者都是物體在和另一個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?電場經(jīng)過長期的科學(xué)研究，人們認識到電荷之間的相互作用是通過電場發(fā)生的。場是物質(zhì)存在的形式之一，引進場的概念對物理學(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，電場對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分析。如果從電荷A的角度來看，電荷A在其周圍產(chǎn)生電場，放在此電場中的電荷B受到電荷A的電場施加的力F1，如圖1-3-1所示。如果從電荷B的角度來看，電荷B在其周圍產(chǎn)生電場，放在此電場中的電荷A受到電荷B的電場施加的力F2，如圖1-3-2所示。我們把產(chǎn)生電場的電荷稱為場源電荷；把電場對電荷的作用力稱為電場力。本章只研究靜止場源電荷在其周圍產(chǎn)生的電場，即靜電場(electrostaticfield)電場強度電場的基本性質(zhì)之一是對放入其中的電荷有作用力，因此我們可以通過這一性質(zhì)來研究電場。放入電場中探測電場性質(zhì)的電荷稱為試探電荷，試探電荷的電量應(yīng)足夠小，使得它被放入電場后不會明顯影響原有電場的分布；另外，它的體積也應(yīng)足夠小，這樣才能方便研究電場中各點的情況。觀察與思考1.如圖1-3-3所示，把兩個帶電量均為+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，觀察兩個試探電荷在電場不同位置受到的電場力是否相同。2.移動電量為+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，觀察實驗現(xiàn)象。

實驗現(xiàn)象表明了什么?同一試探電荷放在電場中的不同位置時，它受到電場力的大小和方向一般并不相同，這表明電場中不同點的電場強弱及方向不同；另一方面，電量不同的試探電荷在電場的同一點上受到電場力的大小不同。大量實驗表明，在電場的同一點，電場力的大小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關(guān)，它只與場源電荷以及試探電荷在電場中的具體位置有關(guān)，也就是說F與q的比值反映了電場自身的某種性質(zhì)。物理學(xué)中把放入電場某點處的試探電荷受到的電場力下與它的電量q之比，叫作電場在該點的電場強度(electricfieldintensity)，簡稱場強，用符號E表示，即(1.3.1)在國際單位制中，場強的單位為牛頓每庫侖，符號為N/C.如果1C的電荷在電場中某點受到的電場力的大小為1N，則該點的場強的大小就等于1N/C.

場強是矢量，物理學(xué)上規(guī)定，電場中某點的場強的方向與正電荷在該點受到的電場力的方向相同，負電荷在某點受到的電場力的方向與該點場強的方向相反。

電場中某一區(qū)域內(nèi)，各點場強大小相等、方向相同的電場叫作勻強電場(uniformelec-tricfield).點電荷的電場

(1.3.2)式(1.3.2)說明了場強E的大小與場源電荷自身的電量Q成正比，與r2成反比，而與試探電荷是否放入電場無關(guān)。如果以Q為中心任意作一球面，如圖1-3-6所示，則球面上各點的場強大小相等。當Q為正電荷時，E的方向沿半徑向外；當Q為負電荷時，E的方向沿半徑向內(nèi)。如果在空間中同時存在多個點電荷，這時在空間某一點的場強等于各點電荷單獨存在時在該點產(chǎn)生的場強的矢量和。這叫作電場強度疊加原理(superpositionprincipleofelectricfieldintensity).討論與交流

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

在電場中畫出一系列有方向的曲線，使曲線上每一點的切線方向都和該處的場強方向一致，如圖1-3-7所示，這樣的曲線就叫作電場線(electricfieldlime)：電場線的形狀可以通過實驗來模擬。我們把奎寧的針狀結(jié)品或頭發(fā)屑懸浮在蓖麻油里，加上電場后，它們就會按照場強的方向排列，顯示出電場線的分布情況.觀察與思考從以上各圖可以看出，電場線有以下幾個特點：(1)電場線從正電荷或無限遠出發(fā)，終止于無限遠或負電荷。(2)同一幅圖中，場強越大的地方，電場線越密；場強越小的地方，電場線越疏。電場線的疏密程度反映了場強的相對大小。(3)任意兩條電場線都不相交，這是因為電場中每一點處的場強只能有一個確定的方向。此外，勾強電場的電場線是間隔距離相等的平行直線。兩塊相同、正對放置的平行金屬板，若板間距離很小，當它們分別帶有等量的異種電荷時，板間的電場(除邊緣附近)就是勻強電場。雖然電場并不存在電場線，但引入電場線概念可以形象地描繪出電場的總體情況，對于分析某些實際問題很有幫助。在研究某些復(fù)雜的電場時，常采用模擬的方法把它們的電場線畫出來。典例精析例題：如圖1-3-12所示，帶箭頭的直線是某電場中的一條電場線，電場線上a、b兩點的場強分別用Ea、Eb表示，試根據(jù)下面的情況確定與Ea與Eb的關(guān)系。(1)如果這條電場線在勻強電場中。(2)如果這條電場線在由一個正點電荷產(chǎn)生的電場中。(3)如果這條電場線在由一個負點電荷產(chǎn)生的電場中。分析：在勻強電場中，電場線分布均勻，場強處處相等；在點電荷產(chǎn)生的電場中，越靠近場源電荷，電場線分布越密集，則該區(qū)域內(nèi)場強越大。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)如果這條電場線在勻強電場中，則Ea=Eb，方向由a指向b.(2)如果這條電場線在由一個正點電荷產(chǎn)生的電場中，則a點靠近場源電荷，Ea>Eb，方向由a指向b.(3)如果這條電場線在由一個負點電荷產(chǎn)生的電場中，則b點靠近場源電荷，Ea<Eb，方向由a指向b.同學(xué)們，通過這節(jié)課的學(xué)習(xí)，你有什么收獲呢？謝謝大家愛心.誠心.細心.耐心，讓家長放心.孩子安心。第四節(jié)電勢能與電勢我們學(xué)習(xí)了場強的概念，知道它是描述電場性質(zhì)的物理量，而電場力在電場中能夠做功，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，這就要首先研究電場中電場力做功的特點。電場力做功當物體在地球表面沿豎直方向上的高度差發(fā)生變化時，我們說重力對物體做了功。重力的方向始終是豎直向下的。根據(jù)功的表達式，可以歸納出重力做功的特點：重力做功的多少與路徑無關(guān)，僅取決于物體始末位置沿豎直方向上的高度差。那么，電場力做功是否也具有類似的特點呢?討論與交流如圖1-4-1所示，在場強為E的勻強電場中，電量為+q的試探電荷沿三種不同路徑從點A移動到點B.試討論：(1)沿s1(AB)路徑的電場力做功是多少？(2)沿s2(ACB)路徑的電場力做功是多少？(3)沿s3(ACB)路徑的電場力做功是多少？這三種情況下電場力做功相同嗎?電勢能既然電場力對電荷做功和重力對物體做功都與路徑無關(guān)，我們便可以采用與引入重力勢能類似的方法來引入電勢能。

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

與重力勢能一樣，只有選擇了參考點(零電勢能位置)之后，電勢能才有確定的值。若將無窮遠點O處的電勢能定為零，則電荷在電場中點A的電勢能大小就等于將電荷從該點移到無窮遠處電場力所做的功，即EpA=WAO在國際單位制中，電勢能的單位是焦耳，簡稱焦，符號是J。電勢能是能量的一種形式，電荷的電勢能是由電荷和電場共有的，就像重力勢能由在地球上的物體和地球共有的一樣，平時我們說某電荷的電勢能只是一種簡略的說法。

盡管靜電場中的電勢能與地球表面存在的重力勢能有很多相似之處，但是也有很大的區(qū)別。因為電荷有正負之分，而質(zhì)量卻沒有。例如，在圖1-4-2中，若從點A到點B移動的是正電荷，則電勢能減少；若移動的是負電荷，則電勢能增加。電勢我們通過對靜電力的研究認識了場強，現(xiàn)在通過對電勢能的研究來認識另一個表征電場性質(zhì)的物理量——電勢。下面用比值定義法，從研究電荷在電場中的電勢能與其電量之比入手研究電勢。討論與交流

(1.4.1)在國際單位制中，電勢的單位是伏特，簡稱伏，符號是V。在電場中某一點，電量為1C的電荷在該點的電勢能為1J，這一點的電勢就是1V，即1V=1J/C.在圖1-4-3中，假如正試探電荷沿著電場線自上而下運動，則它的電勢能減少，電勢逐漸降低。因此，電場線指向電勢降低的方向。

確定某點的電勢時，同樣要規(guī)定電勢的零點。在物理學(xué)的研究中，常取離場源無限遠的電勢為零。在實際應(yīng)用中，則常取大地的電勢為零。在規(guī)定了電勢零點之后，電場中各點的電勢可以取正值，也可以取負值，這由場源電荷的性質(zhì)決定。電勢也是反映電場性質(zhì)的物理量，電勢只有大小，沒有方向，是個標量。等勢面電場中電勢相同的各點構(gòu)成的面叫作等勢面(equipotentialsurface).與電場線相似，等勢面是一個虛構(gòu)的面，用來形象地描繪電場的另一性質(zhì)。

在同一個等勢面上，任何兩點的電勢都相等，所以，在同一等勢面上移動電荷時電場力不做功。由此可知，等勢面一定與電場線垂直，即與場強的方向垂直。電場中電勢相同的各點構(gòu)成的面叫作等勢面(equipotentialsurface).與電場線相似，等勢面是一個虛構(gòu)的面，用來形象地描繪電場的另一性質(zhì)。

在同一個等勢面上，任何兩點的電勢都相等。所以，在同一等勢面上移動電荷時電場力不做功。由此可知，等勢面一定與電場線垂直，即與場強的方向垂直。等勢面是閉合曲面，我們在平面圖上畫等勢面，是一條閉合曲線，它是等勢面與我們圖示平面的交線，如圖1-4-4所示是幾種常見電場的電場線和等勢面，實線表示電場線，虛線表示等勢面。沿著電場線的方向，電勢越來越低，即電場線由電勢高的等勢面指向電勢低的等勢面。典例精析例題：雷雨云層可以形成幾百萬伏以上的電壓，足以擊穿空氣產(chǎn)生幾十萬安培的瞬間電流，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，雷雨云底部的電勢較地面低1.5×108V，閃電時，一個電子從雷雨云底部抵達地面，求它的電勢能變化量。

一個電子從雷雨云底部抵達地面，電勢能的變化量為故電勢能減少，這些電勢能的減少量轉(zhuǎn)化為閃電所發(fā)出的熱和光。同學(xué)們，通過這節(jié)課的學(xué)習(xí)，你有什么收獲呢？謝謝大家愛心.誠心.細心.耐心，讓家長放心.孩子安心。第五節(jié)電勢差及其與電場強度的關(guān)系問題導(dǎo)入我們已知描述電場有兩個物理量：場強和電勢，場強從電場對電荷有作用力的角度來描述電場，電勢則從電場力對在電場中移動的電荷做功的角度來描述電場。既然描述的是同一電場，那么場強與電勢、電勢差有什么聯(lián)系呢?電勢差

(1.5.1)電勢差與電勢一樣都是標量，它可以為正值，也可以為負值。若UAB為正值，則表示點A的電勢比點B的電勢高；若UAB為負值，則表示點A的電勢比點B的電勢低。討論與交流當電量為+q的電荷從點A移至點B時，電場力做功為WAB，而A、B兩點的電勢差為UAB。如何借助電勢能作為“橋梁”，找出電場力做功WAB與電勢差UAB之間的關(guān)系呢?根據(jù)從電場力做功與電勢能的關(guān)系，可得即這說明在電場中把正電荷從電勢高的點A移至電勢低的點B時，電場力做的功由移動電荷的電量以及A、B兩點間的電勢差共同決定。移動的正電量q越大，A、B兩點間的電勢差UAB越大，電場力做的功WAB越多。如果把上面的式子變換一下，可得兩點間的電勢差(1.5.2)

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

(1.5.3)理論研究表明，在勻強電場中任意兩點之問的電勢差等于場強與這兩點沿電場方向的距離的乘積。

式(1.5.3)可變換為(1.5.4)

討論與交流1.公式U=Ed適用于非勻強電場嗎?2.勻強電場中兩點的連線與電場線互成一定角度時，該怎樣分析這兩點之間的電勢差?典例精析例題：在如圖1-5-2所示的勻強電場中(未畫場強方向)有A、B、C三點，dAB=4cm，dBC=6cm，其中AB與電場線平行，BC和電場線成37°角。一個電量為q=-4×10-8C的電荷從點A移動到點B，電場力做功為WAB=8×10-6J，已知cos37°=0.8.

分析：在計算電場力做功、電勢能、電勢、電勢差時，需要把正負數(shù)值代入；而在計算場強的大小時，要取電勢差的絕對值代入，場強的方向要通過分析電荷所受的電場力方向或電勢的高低來判斷。分析可知負電荷所受的電場力的方向向右，所以場強的方向向左。E=5×103N/C與E=5×103V/m沒有矛盾。V/m和N/C都是場強的單位，物理本質(zhì)相同，只不過V/m由電勢差的定義推導(dǎo)得到，N/C由場強的定義推導(dǎo)得到。要確定電場中某點的電勢，需要規(guī)定電勢的零點，而電勢差是指電場中兩點電勢的差值，既與電荷無關(guān)，也與電勢零點的選取無關(guān)。資料活頁電勢差和醫(yī)學(xué)診斷

同學(xué)們，通過這節(jié)課的學(xué)習(xí)，你有什么收獲呢？謝謝大家愛心.誠心.細心.耐心，讓家長放心.孩子安心。第一節(jié)電容器與電容人們在使用相機或手機拍照時，若光線不足，相機或手機一般會自動開啟閃光燈以補充光線。那閃光的能量是從哪里來的呢？它來自電容器(capacitor)。照相機內(nèi)安裝的大容量電容器提供了閃光所需的能量。識別電容器電容器是如何構(gòu)成的？我們先來觀察一下常見的電容器。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“”表示。常見的平行板電容器就是由兩塊正對而又相距很近的金屬板組成的。如圖2-1-2所示的是幾種常見的電容器。實際上，任何兩個彼此絕緣又相隔很近的導(dǎo)體，都可以看成一個電容器。電容器是一種常用的電學(xué)元件，可以用來儲存電荷，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小電容器。當鍵被按下時，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到是哪個鍵被按下了，從而給出相應(yīng)的信號。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，將開關(guān)接到a端，觀察電路中是否有電流通過，以及電流通過的時間長短。思考在這個過程中電容器的極板上帶何種電荷。2.將開關(guān)接到b端，觀察電路中是否有電流通過。思考在此過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程叫充電(charging)，每一極板所帶電量的絕對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，從電源獲得的能量儲存在電場之中，稱為電場能。電場具有能量是電場物質(zhì)性的重要表現(xiàn)。

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

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

(2)在充、放電過程中得到的I-t圖像如圖2-1-6(b)所示，試說明電路中的電流I隨時間t的變化特點。(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)當電源干電池改用2節(jié)、3節(jié)、4節(jié)、5節(jié)時，利用實驗測得的數(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?換用不同標度值的電容器，重復(fù)以上的實驗。從圖2-1-7可知，一個電容器所帶的電量Q與電容器兩極板間的電壓U成正比。對于一個電容器，Q與U的比值是一個恒量；對于不同的電容器，這個比值是不同的?？梢姡琎與U的比值表示電容器自身儲存電荷本領(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)來類比。如圖2-1-8所示，我們可觀察到：當兩個中液面的高度相同時，橫截面積越大的杯子容納的液體越多。由此類比，當電容器極板間的電壓相同時，電容越大的電容器容納的電量越多?？梢姡娙菔潜硎倦娙萜魅菁{電荷本領(lǐng)的物理量。在國際單位制中，電容的單位是法拉，簡稱法，符號是F。如果使一個電容器的兩極板間的電勢差為1V，電容器上所儲存的電量為1C，則這個電容器的電容就是1F。

實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？下面我們通過平行板電容器進行探究。

理論計算和定量的實驗也都表明，平行板電容器的電容C跟兩極板的正對面積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)。

當平行板電容器的兩極板間為真空時，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，空氣的相對介電常數(shù)十分接近1，所以在一般性研究中，空氣對電容的影響可以忽略。手機觸摸屏智能手機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層，ITO夾層作為工作面，四個角上引出四個電極，內(nèi)層ITO為屏蔽層，以保證良好的工作環(huán)境。當手指觸摸電容屏?xí)r，手指和屏的夾層工作面形成一個電容器，因為工作面上接有高頻信號，電流通過電容器分別從屏的四個角上的電極中流出，并且流經(jīng)這四個電極的電流與手指到四角的距離成正比，控制器通過對這四個電極的電流比例的精確計算，得出觸摸點的位置，電容屏具有靈敏度高，容易實現(xiàn)多點觸控技術(shù)等優(yōu)點，目前被廣泛應(yīng)用于智能手機。同學(xué)們，通過這節(jié)課的學(xué)習(xí)，你有什么收獲呢？謝謝大家愛心.誠心.細心.耐心，讓家長放心.孩子安心。第二節(jié)帶電粒子在電場中的運動在現(xiàn)代科學(xué)實驗和技術(shù)設(shè)備中，常常利用帶電粒子在電場中受到電場力作用的規(guī)律來改變或控制帶電粒子的運動。這種應(yīng)用大致可以分為兩種情況：一是利用電場使帶電粒子加速；二是利用電場使帶電粒子偏轉(zhuǎn)。帶電粒子在電場中的加速

根據(jù)動能定理，可知由此可得帶電粒子到達負極板時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來加速帶電粒子的。由于實際所能達到的電壓有限，因此帶電粒子的能量最高只能達到約10MeV。為了進一步提高帶電粒子的能量，科學(xué)家制成了直線加速器，讓帶電粒子通過多級電場來加速。如圖2-2-2所示是電場直線加速器的原理示意圖，由于電子每經(jīng)過縫隙就被電場加速，所以進入每個圓筒左側(cè)的小孔時速度都變大了，又由于經(jīng)過每個圓筒的時間相同，則越往后，圓筒的長度必定越長，但都與進入圓筒時的速度成正比。通過分析可知，為了能讓電子獲得極大的動能，需要使電子的速度接近光速，因此整個加速器的加速管道需長達幾十千米。

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)來改良材料的機械、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，北京正負電子對撞機和歐洲大型強子對撞機可使電子獲得巨大能量，用于粒子物理實驗及研究等。帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)讓帶電粒子以一定初速度沿垂直于電場方向射入勻強電場中，帶電粒子會做怎樣的運動呢？下面通過實驗來觀察現(xiàn)象。觀察與思考觀察帶電粒子在電場中的運動，實驗裝置示意圖如圖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極；搖動感應(yīng)起電機，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，再次搖動感應(yīng)起電機，給電容器充電，觀察帶電粒子的偏轉(zhuǎn)方向。通過觀察實驗現(xiàn)象可知，電子束垂直射入電場，運動軌跡會發(fā)生偏轉(zhuǎn)；當電場方向改變，帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)方向也會隨之改變。

帶電粒子在電場中受到電場力，如果帶電粒子進入電場時的速度方向與電場力的方向不平行，帶電粒子就會受到側(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方向垂直時發(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進入板間的勻強電場。重力忽略不計。帶電粒子垂直進入勻強電場的運動類似物體的平拋運動。因為帶電粒子在水平方向上不受力，豎直方向上受到一個恒定不變的電場力，所以可以將它的運動看成是由水平方向上的勻速直線運動和豎直方向上初速度大小為零的勻加速直線運動合成的。

示波器示波器是一種常用的實驗儀器，如圖2-2-6所示，它常被用來顯示電信號隨時間變化的情況。振動、光、溫度等的變化可以通過傳感器轉(zhuǎn)化成電信號的變化，然后用示波器來研究。示波器的基本原理是帶電粒子在電場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驗現(xiàn)象。(1)當Y偏轉(zhuǎn)板、X偏轉(zhuǎn)板不加電壓，電子束從電子槍發(fā)射后沿直線運動，在熒光屏上產(chǎn)生一個亮斑。(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。由上述實驗可見，當只在Y偏轉(zhuǎn)板加電壓時，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Y偏轉(zhuǎn)板時受到豎直方向的電場力的作用。當只在X偏轉(zhuǎn)板加電壓時，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X偏轉(zhuǎn)板時受到水平方向的電場力的作用。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)陽極和陰極間的電場加速聚焦后形成一很細的電子束，電子射出打在管底的熒光屏上，形成一個小亮斑。亮斑在熒光屏上的位置可以通過調(diào)節(jié)Y偏轉(zhuǎn)板與X偏轉(zhuǎn)板上的電壓大小來控制。如果加在Y偏轉(zhuǎn)板上的電壓是隨時間按正弦規(guī)律作周期性變化的信號，并在X偏轉(zhuǎn)板上加上適當?shù)钠D(zhuǎn)電壓，熒光屏上就會顯示出一條正弦曲線。示波器在實際工作時，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，亮斑的運動是豎直和水平兩個方向運動的合運動。資料活頁密立根油滴實驗1897年，英國物理學(xué)家湯姆孫(J.J.Thomson，1856-1940)通過陰極射線管實驗發(fā)現(xiàn)了電子。1913年，美國物理學(xué)家密立根用實驗測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驗示意圖：密立根油滴實驗主要應(yīng)用了兩塊間距為d且水平放置的平行金屬板間的勻強電場對油滴產(chǎn)生的靜電力與油滴的重力相平衡的原理。

上式中的U、d均可直接測量，但油滴太小，以至于其重力mg的大小無法用普通的方法直接測量。為了解決這一問題，密立根先讓油滴在電場中懸浮，然后撤去電場，測出油滴下落的速度。由于空氣阻力的存在，下落的油滴速度會很快達到勻速，而這個速度又與油滴的質(zhì)量有關(guān)。因此，通過測量這個速度，密立根計算出mg，從而求得油滴的電量q.同學(xué)們，通過這節(jié)課的學(xué)習(xí)，你有什么收獲呢？謝謝大家愛心.誠心.細心.耐心，讓家長放心.孩子安心。第三節(jié)靜電的利用與防護隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對靜電特性的認識越來越深入，靜電在生產(chǎn)、生活實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作用下帶上負電荷，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，如涂層質(zhì)量高、涂料利用率高、對使用者操作技巧要求低等。目前，大到高鐵、汽車、拖拉機，小到工件、玩具、家用電器等，都會用到靜電噴涂技術(shù)。靜電除塵過去，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，而且嚴重污染環(huán)境。如何消除粉塵對環(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所示是一個靜電除塵的簡易實驗裝置。透明的玻璃瓶中充滿煙塵，將高壓電源的正、負兩極分別接到繞在玻璃瓶上的金屬螺旋線和插在玻璃瓶內(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，再分類處理的過程，如圖2-3-3所示是一種實用的靜電除塵設(shè)備圖。把高壓電源的正極接到金屬圓筒上，負極接到懸掛在管心的金屬線上，它們之間有很強的電場，而且距離管心的金屬線越近的地方，場強越大，因此，金屬線附近的氣體分子被強電場電離，成為電子和正離子。在電場力的作用下，正離子被吸引到負極(金屬線)上；電子在向著正極(金屬圓筒)運動的過程中，附在空氣中的塵埃上，使粉塵帶負電，并被吸附到金屬圓筒上。粉塵在筒壁積累到一定程度時，會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、負電荷的吸引力進行油墨轉(zhuǎn)移的印刷方式，又稱無壓印刷，其核心部件是一個有機光導(dǎo)體鼓的金屬圓柱，它的表面被涂上有機光導(dǎo)體(OPC)，沒有光照時，OPC是絕緣體，受到光照時則變成導(dǎo)體。靜電復(fù)印機在預(yù)熱時，先通過機內(nèi)電路使有機光導(dǎo)體鼓在暗處帶正電，如圖2-3-4(a)所示。按下復(fù)印鍵時，把強光照到文件上，文件反射的光通過光學(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。這時在鼓上就形成了與曝光圖像相同的帶電圖案(肉眼看不見)，稱為“靜電潛像”，如圖2-3-4(b)所示。接著，有機光導(dǎo)體鼓轉(zhuǎn)動,“靜電潛像”經(jīng)過墨粉盒時，帶負電的墨粉被吸附在鼓表面帶正電的部位上，使“靜電潛像”變成了可見的像，如圖2-3-4(c)所示.之后，有機光導(dǎo)體鼓繼續(xù)轉(zhuǎn)動，潛像部分經(jīng)過復(fù)印紙時把摻有樹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，紙從有機光導(dǎo)體鼓區(qū)域出來后，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、噴墨打印機、模擬式復(fù)印機、數(shù)字式復(fù)印機、速印機、傳真機等。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)，通過使絨毛帶上負電荷，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。真空中帶負電的絨毛通過設(shè)計按照一定的下落規(guī)律到達相應(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)計的圖案。近年來，靜電在海水淡化、人工降雨、低溫冷凍、噴灑農(nóng)藥、航天器補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，附近的電場很強，空氣中殘留的帶電粒子在強電場的作用下發(fā)生劇烈的運動，把空氣中的氣體分子撞散，并使分子中的正、負電荷分離，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，將兩根放電針分別安裝在感應(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，閉合開關(guān)，適當調(diào)節(jié)感應(yīng)線圈上振動簧片的位置，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供電，將正對的兩支放電針分別接到電源的兩極上，也可以看到放電針的放電現(xiàn)象。這是什么原因呢?原來，兩根放電針附近形成的強電場使空氣發(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。在這個過程中尖端電量減少，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，當高樓上空云層帶大量的某種電荷時，避雷針和高樓頂部通過靜電感應(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建筑大部分的電荷。避雷針與帶電云層就像圖2-3-6實驗中的兩根放電針一樣，當云層上電荷較多時，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常也會給人們帶來不便、煩惱甚至危害。長期處于靜電環(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)品報廢，或造成嚴重的火災(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。可以采用起電較少的設(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。飛機在飛行過程中會因與空氣摩擦而帶有靜電，因此在飛機的兩側(cè)翼尖及飛機的尾部都裝有“放電刷”(如圖2-3-8所示)，飛機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)生的電荷及時導(dǎo)入大地。此外，當濕度提高時，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道理。同學(xué)們，通過這節(jié)課的學(xué)習(xí)，你有什么收獲呢？謝謝大家愛心.誠心.細心.耐心，讓家長放心.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形成的。要形成電流，首先必須有能夠自由移動的電荷——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呢?當導(dǎo)體的兩端分別與電源的兩極連接時，導(dǎo)體兩端有了電壓，此時，導(dǎo)體內(nèi)部也有了電場，導(dǎo)體中的自由電荷就在電場力的作用下發(fā)生定向移動，形成電流。由此可見，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)定正電荷定向移動的方向為電流的方向。在金屬中，能夠移動的是自由電子，所以，金屬中電流的方向與電子定向移動的實際方向相反。為了表示電流的強弱，物理學(xué)中把通過某段導(dǎo)體橫截面的電量Q與所用時間t之比稱為通過這段導(dǎo)體的電流(electriccurrent)。用I表示電流，則(3.1.1)國際單位制中，電流的單位是安培，簡稱安，符號是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間而改變，則這樣的電流稱為直流。如果電流的方向和強弱都不隨時間而改變，則這樣的電流稱為恒定電流，通常所說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長度為L，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，每個自由電荷的電量為q，自由電荷定向移動平均速率為v。試推導(dǎo)出導(dǎo)體中電流1的表達式。上述推導(dǎo)可得電流的微觀表達式為I=nqSv，可見同一導(dǎo)體中自由電荷的定向移動平均速率v越大，電流I就越大。歐姆定律德國物理學(xué)家歐姆(G.S.Ohm，1787-1854)通過實驗研究發(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)體的電陽成反比，這就是我們初中學(xué)過的歐姆定律。其數(shù)學(xué)表達式為(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，通過的電流越大；電壓越小，通過的電流越小，同樣，在相同電壓作用下，導(dǎo)體的電阻越小，通過導(dǎo)體的電流越大；導(dǎo)體的電阻越大，通過導(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的電流之比來定義。在實驗室中，我們通過用電壓表測量導(dǎo)體兩端的電壓、用電流表測量通過導(dǎo)體的電流的方法來計算導(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，用電流表測量通過金屬導(dǎo)體a的電流I，用電壓表測量a兩端的電壓U。圖中虛線框內(nèi)是一個能提供可變電壓的電路，通過調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片，可得到金屬導(dǎo)體a的幾組I和U的值。然后，換用另一個金屬導(dǎo)體b代替a進行實驗，可得金屬導(dǎo)體b的幾組I和U的值。記錄實驗數(shù)據(jù)，并在同一坐標系中作出a和b的I-U圖像。如圖3-1-3所示是根據(jù)某次實驗作出的金屬導(dǎo)體a和b的I-U圖像，這種以縱坐標表示電流I、橫坐標表示電壓U畫出的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，同一金屬導(dǎo)體的I-U圖像是一條通過原點的直線，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關(guān)，而是由導(dǎo)體本身的性質(zhì)決定的。對于金屬導(dǎo)體，當溫度不變時，電流與電壓成正比，其I-U特性曲線是通過坐標原點的直線，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，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。當加在小燈泡兩端的電壓分別是0.2V、0.9V、3V時，求小燈泡鎢絲的電阻，并討論其導(dǎo)電特性。實踐與拓展按如圖3-1-5所示電路圖連接電路進行實驗，畫出半導(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特性曲線對比，說出它們的導(dǎo)電性能特點。同學(xué)們，通過這節(jié)課的學(xué)習(xí)，你有什么收獲呢？謝謝大家愛心.誠心.細心.耐心，讓家長放心.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)體對電流的阻礙作用。本節(jié)將通過實驗探究導(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)體電阻與通過的電流無關(guān)，與導(dǎo)體的長度、橫截面積、材料等因素有關(guān)。下面通過實驗進行定量研究。實驗與探究如圖3-2-1所示是實驗電路圖，圖中BC是待測導(dǎo)線。準備三根材料、橫截面積都相同，長度不同的錳銅導(dǎo)線B1C1、B2C2、B3C3；準備三根材料、長度都相同，橫截面積不同的錳銅導(dǎo)線B4C4、B5C5、B6C6；準備兩根長度、橫截面積都相同，材料不同的錳銅導(dǎo)線B7C7、鎳鉻導(dǎo)線B8C8。實驗時，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，閉合開關(guān)S，調(diào)節(jié)滑動變阻器，測出電流、電壓，計算出導(dǎo)線的電阻。分別測量三次，取其平均值作為導(dǎo)線電阻的測量值，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)滑動變阻器，使通過導(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。由上述實驗可見，對于同種材料的導(dǎo)體，在橫截面積保持不變時，導(dǎo)體的電阻與導(dǎo)體的長度成正比；在長度保持不變時，導(dǎo)體的電阻與導(dǎo)體的橫截面積成反比。對于不同材料的導(dǎo)體，在導(dǎo)體的長度和橫截面積保持不變時，導(dǎo)體的電阻與材料有關(guān)。大量實驗表明，在一定溫度下，均勻?qū)w的電阻R與它的長度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，反映材料對導(dǎo)體電阻的影響。討論與交流1.為什么滑動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).

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

實驗表明，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中列出了一些常見導(dǎo)體材料在20℃時的電阻率。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制作導(dǎo)線，必要時還可在導(dǎo)線上鍍銀。典例精析例題：工業(yè)上經(jīng)常用“電導(dǎo)儀”來測定液體的電阻率。它是把兩片金屬放到液體中形成一個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，問距d=1cm，把它們浸沒在待測液體中。通過兩根引線加上電壓U，當U=6V時，測出電流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通過液體流到鉑片B，電流通過液體的長度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，通過這節(jié)課的學(xué)習(xí)，你有什么收獲呢？謝謝大家愛心.誠心.細心.耐心，讓家長放心.孩子安心。第三節(jié)測量金屬絲的電阻率問題導(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，制作滑動變阻器的材料是鎳鉻合金，制作燈絲的材料是鎢，制作保險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)實驗室提供的儀器設(shè)計一個實驗方案來測量金屬絲的電阻率呢？學(xué)會使用螺旋測微器如圖3-3-1所示是常用的螺旋測微器結(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，通過精密螺紋穿過U形框架F，用鎖T給予鎖定。如圖3-3-2所示，測微螺桿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前進或后退0.5mm。可調(diào)刻度H上的刻度為50小格，每轉(zhuǎn)動一小格，P前進或后退0.01mm，即精確度為0.01mm。讀數(shù)時誤差出現(xiàn)在毫米的千分位上，因此，螺旋測微器又叫千分尺。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(因為是10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)相加得到測量值，即測量值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。考慮估讀的差異，讀0.749~0.751mm中的任一個數(shù)都正確。用伏安法測定金屬絲的電阻率

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

2.用毫米刻度尺測量金屬絲的長度L，填入表3-3-2中，并多次測量求出平均值。3.按如圖3-3-3所示的實驗電路圖連接電路，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。實驗中不要將電流調(diào)得過大，讀數(shù)要快，每次讀完后立即斷電。5.改變滑動變阻器的阻值，重復(fù)步驟4，測量并記錄多組I和U的值。6.斷開開關(guān)，整理器材。討論與交流1.根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，為了減小實驗誤差，可以采用什么方法計算金屬絲的電阻？2.實驗中，哪些因素影響金屬絲兩端電壓和電路中電流測量值的準確度？怎樣才能減少這些因素的影響？實踐與拓展用數(shù)據(jù)采集器、電流傳感器、電壓傳感器、螺旋測微器、學(xué)生電源、滑動變阻