1.1電荷及其守恒定律第1頁一、人類研究靜電現(xiàn)象歷史早在公元前585年，古希臘哲學(xué)家塞利斯，已經(jīng)發(fā)覺了摩擦過琥珀能吸引碎草等輕小物體。我國東漢時期王充在《論衡》一書中提到“頓牟掇芥”等問題，所謂頓牟就是琥珀，掇芥意即吸引籽菜，就是說摩擦琥珀能吸引輕小物體。西漢末年，相關(guān)于“玳瑁吸（細(xì)小物體之意）記載，以及”元始中（公元三年）……矛端生火“，即金屬制矛尖端放電記載。晉朝（公元三世紀(jì)）還相關(guān)于摩擦起電引發(fā)放電現(xiàn)象記載："今人梳頭，解著衣，有隨梳解結(jié)，有光者，亦有聲。第2頁人物在對電現(xiàn)象早期研究中，最早進(jìn)行系統(tǒng)研究首推英國醫(yī)生威廉．吉爾伯特。1660年馬德堡蓋利克創(chuàng)造了第一臺摩擦起電機(jī)，他用硫磺制成形如地球儀可轉(zhuǎn)動物體，用干燥手掌擦著干燥球體使之停頓可取得電，蓋利克摩擦起電機(jī)經(jīng)過不停改進(jìn)，在靜電試驗中起著非常主要作用。1731年英國牧師格雷從試驗中發(fā)覺，由摩擦產(chǎn)生電在玻璃和絲綢這類物體上能夠保持下來而不流動，而有物體如金屬，它們不能由摩擦而產(chǎn)生電，但卻能夠用金屬絲把房里摩擦產(chǎn)生電引出來繞花園一周，在末端仍含有對輕小物體吸引作用，他第一次分清了導(dǎo)體和絕緣體，并認(rèn)為電是一個流體。第3頁1745年德國牧師克茉斯脫，試用一根釘子把電引到瓶子里去，當(dāng)他一手握瓶，一手摸釘子時，受到了顯著電擊。1746年，荷蘭萊頓城萊頓大學(xué)教授彼得.馮.慕欣布羅克無意中發(fā)覺了一樣現(xiàn)象。穆欣布羅克發(fā)覺，使電學(xué)史上第一個保留電荷容器誕生了。1746年英國倫敦一名叫柯林森物理學(xué)家，經(jīng)過郵寄向美國費城本杰明.富蘭克林贈予了一只萊頓瓶，并在信中向他介紹了使用方法，這直造成了1752年富蘭克林著名費城試驗。他用風(fēng)箏將"天電"引了下來，把天電搜集到萊頓瓶中，從而弄明白了"天電"和"地電"原來是一回事。十八世紀(jì)后期，貝內(nèi)特創(chuàng)造驗電器，這種儀器一直沿用到現(xiàn)在，它能夠近似地測量一個物體上所帶電量。另外，1785年，庫侖創(chuàng)造扭秤，用它來測量靜電力，推導(dǎo)出庫侖定律，并將這一定律推廣到磁力測量上。科學(xué)家使用了驗電器

和扭秤后，使靜電現(xiàn)象研究工作從定性走上了定量道路。第4頁生活中靜電現(xiàn)象在日常生活中，我們用梳子在理頭發(fā)時候，經(jīng)常會發(fā)覺毛發(fā)在高壓靜電場力作用下形成射線狀。我們在天天夜晚脫衣服時候，也經(jīng)常會發(fā)覺一個閃光效應(yīng)和劈了啪啦閃光聲響。有時，我們在觸摸“貓或狗”皮毛時，你會受到微量“電擊”。還有，你用梳子理一下你頭發(fā)，你就能夠?qū)⑺榧埿嘉l(fā)來，這就是我們常說“電”現(xiàn)象。有很各種物體在運動中，都可生成兩邊端點帶有正負(fù)電荷電場效應(yīng)，當(dāng)電荷量聚集到達(dá)數(shù)萬伏高壓時，它就會向四面其它物體產(chǎn)生電荷放電，這就是物體摩擦起電狀態(tài)。第5頁靜電現(xiàn)象包含許多大自然例子，像塑膠袋與手之間吸引、似乎是自發(fā)性谷倉爆炸、在制造過程中電子元件損毀、影印機(jī)運作原理等等。當(dāng)一個物體表面接觸到其它表面時，電荷集結(jié)于這物體表面成為靜電。即使電荷交換是因為兩個表面接觸和分開而產(chǎn)生，只有當(dāng)其中一個表面電阻很高時，電流變很小，電荷交換效應(yīng)才會被注意到。因為，電荷會被入陷于那表面，在那里度過很長一段時間，足夠讓這效應(yīng)被觀察到一段時間。在公元前六世紀(jì)，人類就發(fā)覺琥珀摩擦后，能夠吸引輕小物體“靜電現(xiàn)象”。這是自由電荷在物體之間轉(zhuǎn)移后，所展現(xiàn)電性。另外絲綢或毛料摩擦?xí)r，產(chǎn)生小火花，是電荷中和效果。“雷電”則是大自然中，因為云層累積正負(fù)電荷猛烈中和，所產(chǎn)生電光、雷聲、熱量。第6頁二、電荷提問：1、絕緣體和導(dǎo)體原子結(jié)構(gòu)？2、解釋摩擦起電、接觸起電原理和本質(zhì)？3、在這兩種起電方式里，電荷有沒有創(chuàng)生，有沒有消失？第7頁感應(yīng)起電提問：1、感應(yīng)起電力起源是什么？2、感應(yīng)起電本質(zhì)是什么？第8頁驗電器工作原理能區(qū)分靜電計和驗電器嗎？第9頁三、電荷守恒定律內(nèi)容第10頁例1絕緣細(xì)線上端固定，下端懸掛一輕質(zhì)小球a，a表面鍍有鋁膜，在a近旁有一絕緣金屬球b，開始時a、b都不帶電，現(xiàn)使b帶電，則A.ab之間不發(fā)生相互作用B.b將吸引a，吸住后不放開C.b馬上把a(bǔ)排斥開 D.b先吸引a，接觸后又把a(bǔ)排斥開第11頁例2如圖所表示，不帶電枕形導(dǎo)體A、B兩端各貼有一對金箔．當(dāng)枕形導(dǎo)體A端靠近一帶電導(dǎo)體C時()A．A端金箔張開，B端金箔閉合B．用手觸摸枕形導(dǎo)體后，A端金箔仍張開，B端金箔閉合C．用手觸摸枕形導(dǎo)體后，將手和C都移走，兩對金箔均張開D．選項A中兩對金箔分別帶異種電荷，選項C中兩對金箔帶同種電荷第12頁例3：Q是一個絕緣金屬導(dǎo)體，把一個帶正電絕緣金屬球P移近Q，因為靜電感應(yīng)，A端出現(xiàn)感應(yīng)電荷量大小為qa，B端為qb.A.用手接觸一下QA端，拿走P后Q帶正電B.用手接觸一下QB端，拿走P后Q帶負(fù)電C.導(dǎo)體Q上，qa＞qbD.導(dǎo)體Q上，qa＝qb第13頁例4一個帶正電驗電器如圖所表示，當(dāng)一個金屬球A靠近驗電器上金屬球B時，驗電器中金屬箔片張角減小，則（）A．金屬球A可能不帶電B．金屬球A一定帶正電C．金屬球A可能帶負(fù)電D．金屬球A一定帶負(fù)電

AB++第14頁四、元電荷1、什么叫電荷量？2、什么叫元電荷？3、能再舉些量子化例子嗎？4、元電荷和電子電量、質(zhì)子電量關(guān)系？第15頁密立根油滴試驗油滴試驗（Oil-dropexperiment），是羅伯特·密立根與哈維·福萊柴爾（HarveyFletcher）在1909年所進(jìn)行一項物理學(xué)試驗，并使羅伯特·密立根因而取得1923年取得諾貝爾物理學(xué)獎。此試驗?zāi)繕?biāo)是要測量單一電子電荷。方法主要是平衡重力與電力，使油滴懸浮于兩片金屬電極之間。并依據(jù)已知電場強(qiáng)度，計算出整顆油滴總電荷量。重復(fù)對許多油滴進(jìn)行試驗之后，密立根發(fā)覺全部油滴總電荷值皆為同一數(shù)字倍數(shù)，所以認(rèn)定此數(shù)值為單一電子電荷e。第16頁草包族科學(xué)理查·費曼曾經(jīng)在1974年，于加州理工學(xué)院一場畢業(yè)儀式演說中敘述“草包族科學(xué)”（Cargocultscience）時提到：從過往經(jīng)驗，我們學(xué)到了怎樣應(yīng)付一些自我坑騙情況。舉個例子，密立根做了個油滴試驗，量出了電子帶電量，得到一個今天我們知道是不大正確答案。他資料有點偏差，因為他用了個不準(zhǔn)確空氣粘滯系數(shù)數(shù)值。于是，假如你把在密立根之后、進(jìn)行測量電子帶電量所得到資料整理一下，就會發(fā)覺一些很有趣現(xiàn)象：把這些資料跟時間畫成坐標(biāo)圖，你會發(fā)覺這個人得到數(shù)值比密立根數(shù)值大一點點，下一個人得到資料又再大一點點，下一個又再大上一點點，最終，到了一個更大數(shù)值才穩(wěn)定下來。為何他們沒有在一開始就發(fā)覺新數(shù)值應(yīng)該較高？——這件事令許多相關(guān)科學(xué)家慚愧臉紅——因為顯然很多人做事方式是：當(dāng)他們?nèi)〉靡粋€比密立根數(shù)值更高結(jié)果時，他們認(rèn)為一定哪里出了錯，他們會拼命尋找，而且找到了試驗有錯誤原因。另首先，當(dāng)他們?nèi)〉媒Y(jié)果跟密立根相仿時，便不會那么專心去檢討。所以，他們排除了所謂相差太大資料，不予考慮。我們現(xiàn)在已經(jīng)很清楚那些伎倆了，所以再也不會犯一樣毛病。第17頁試驗作假丑聞密立根油滴試驗60年后，史學(xué)家發(fā)覺，密立根一共向外公布了58次觀察數(shù)據(jù)，而他本人一共做過140次觀察。他在試驗中經(jīng)過預(yù)先估測，去掉了那些他認(rèn)為有偏差，誤差大數(shù)據(jù)。這違反了科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)。密立根是在1907年在芝加哥大學(xué)任教時開始做測定基本電荷試驗。他一開始用是水滴。在1909年他首次匯報了用水滴測定基本電荷數(shù)值。不過用水滴做試驗有一個很大問題：水滴很輕易揮發(fā)，只能對它們運動情況做幾秒種觀察。這時碩士哈維·弗雷徹加入了密立根試驗室。在參加討論怎樣預(yù)防水滴蒸發(fā)問題之后，弗雷徹提議改用油滴做試驗。在一天之間，弗雷徹制作了油滴試驗設(shè)備，并在當(dāng)日就進(jìn)行了試驗，取得了一個比較靠譜基本電荷數(shù)據(jù)。那一天密立根不在試驗室。第18頁密立根在第二天回到試驗室后，看到了弗雷徹試驗設(shè)備，非常興奮。今后兩個人一起工作，對試驗設(shè)備進(jìn)行了改進(jìn)。6周后，公布了試驗結(jié)果。很顯然，這個試驗論文應(yīng)該由兩人聯(lián)合發(fā)表。不過密立根提醒弗雷徹，依據(jù)學(xué)校要求，碩士博士論文必須單獨署名，不能有合作者。密立根提議，弗雷徹能夠在以后某篇論文單獨署名作為其博士論文，不過做為交換條件，這第一篇論文必須只署密立根一人名字。弗雷徹即使感到失望，不過沒有別方法，同意了這一安排。于是在1910年密立根做為唯一作者發(fā)表了第一篇油滴試驗論文，并最終取得諾貝爾獎。弗雷徹則在第5篇論文中做為唯一作者。1982年，弗雷徹死后發(fā)表文章中才披露了這個秘密。這個安排即使是兩人協(xié)議結(jié)果，而密立根在第一論文中也提到試驗是由他和弗雷徹一起做，不過不論以什么理由或交換條件，剝奪碩士在參加設(shè)計和試驗論文署名權(quán)，依然是一個不正當(dāng)行為。不能拿論文署名權(quán)做交易。密立根假如大度一點話，完全能夠讓第一篇論文兩人共同署名，這與讓弗雷徹以后在某篇主要由他一個人完成論文中單獨署名，一點也不沖突。論文作者必須是對試驗做出了實質(zhì)性貢獻(xiàn)全部人，不能多也不能少。然而，即使是在今天，試驗室“老板”不看對論文實質(zhì)性貢獻(xiàn)，利用權(quán)勢決定誰是論文共同作者，這依然是相當(dāng)常見。密立根問題還不限于此。在密立根論文發(fā)表后，其它試驗室試圖重復(fù)其試驗。其主要對手是維也納大學(xué)菲里克斯·厄侖霍夫特。第19頁在1911～1913年間，厄侖霍夫特重復(fù)了油滴試驗，不過卻未能發(fā)覺像密立根所說油滴所帶，羅伯特·密立根電量總是某一個最小固定值整數(shù)倍。1913年，密立根發(fā)表了一篇論文，其數(shù)據(jù)非常清楚地表明了基本電荷存在，并算出了基本電荷準(zhǔn)確值，從而結(jié)束了爭論。密立根油滴試驗果真像其論文顯示那樣清楚、準(zhǔn)確嗎？1981年，阿蘭·富蘭克林研究了密立根試驗統(tǒng)計本，發(fā)覺密立根在統(tǒng)計本中對其觀察結(jié)果進(jìn)行打分，從“普通”到“最好”。依據(jù)統(tǒng)計本，密立根在1913年發(fā)表論文依據(jù)是140次觀察，然而他把其中49次觀察數(shù)據(jù)舍棄不用，只依據(jù)91次他認(rèn)為很好觀察結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行計算。不過，在論文中，密立根卻聲稱該論文“代表了全部油滴試驗”。假如密立根把全部觀察數(shù)據(jù)都包含進(jìn)去，即使不會影響其結(jié)果，卻會加大誤差。這么，密立根經(jīng)過有選擇性地刪除數(shù)據(jù)，取得了漂亮試驗結(jié)果，而且在論文中誤導(dǎo)讀者。像這么對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行修飾，不論是少報還是多報試驗次數(shù)，不論是刪除不利數(shù)據(jù)還是增添有利數(shù)據(jù)，都是一個嚴(yán)重學(xué)術(shù)不端行為。現(xiàn)在看來，密立根當(dāng)初取得基本