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1、第20讲 电场知识的应用,基础夯实精准归纳,题组突破强化提升,核心剖析归纳提升,电容器的电容 1.电容器 任何两个彼此绝缘又相距很近的 组成电容器,它带电时,两导体总是带 电荷,电容器所带的电荷量指其中一个极板所带电荷量的绝对值。,导体,等量异种,容纳电荷,106,1012,基础夯实精准归纳,题组突破强化提升,核心剖析归纳提升,1.电容器是电子电路中不可缺少的元器件,下图是两种常见的电容器。关于电容器,下列说法正确的是( ) A.由图甲可知,该电容器电容为100 F B.乙图所示是一种可变电容器,电容会随着充电电荷量的增加而增大 C.在充电和放电的过程中,正常工作的电容器两极板之间有电流通过
2、D.电容器在充电过程中,不仅能存储电荷,同时能存储电能,答案,解析,基础夯实精准归纳,题组突破强化提升,核心剖析归纳提升,2.中国设计制造的全球首创超级电容储能式现代电动公交车已下线运营。这种超级电动公交车的核心是我国自主研发、全球首创的“超级电容器”。如图所示,这种电容器安全性高,可反复充放电100万次以上,使用寿命长达十二年,且容量超大(达到9 500 F),能够在10 s内完成充电。下列说法正确的是( ) A.该“超级电容器”能储存电荷 B.该“超级电容器”的电容随电压的增大而增大 C.该“超级电容器”放电过程中把化学能转化为电能 D.充电时电源的正极应接“超级电容器”的负极,答案,解析
3、,基础夯实精准归纳,题组突破强化提升,核心剖析归纳提升,1.如图所示,设两极板正对面积为S,极板间的距离为d,静电计指针偏角为。实验中,极板所带电荷量不变,若 ( ) A.保持S不变,增大d,则变大 B.保持S不变,增大d,则变小 C.保持d不变,减小S,则变小 D.保持d不变,减小S,则不变,A,基础夯实精准归纳,题组突破强化提升,核心剖析归纳提升,2.电容式加速度传感器的原理结构如图所示,质量块右侧连接轻质弹簧,左侧连接电介质,弹簧与电容器固定在外框上。质量块可带动电介质移动改变电容。则( ) A.电介质插入极板间越深,电容器电容越小 B.当传感器以恒定加速度运动时,电路中有恒定电流 C.
4、若传感器原来向右匀速运动,突然减速时弹簧会伸长 D.当传感器由静止突然向右加速瞬间,电路中有顺时针方向电流,D,基础夯实精准归纳,题组突破强化提升,核心剖析归纳提升,解析:根据电容器的电容公式 ,当电介质插入极板间越深,即电介质增大,则电容器电容越大,故A错误;当传感器以恒定加速度运动时,根据牛顿第二定律可知,弹力大小不变,则电容器的电容不变,因两极的电压不变,则电容器的电量不变,因此电路中没有电流,故B错误;若传感器原来向右匀速运动,突然减速时,因惯性,则继续向右运动,从而压缩弹簧,故C错误;当传感器由静止突然向右加速瞬间,质量块要向左运动,导致插入极板间电介质加深,因此电容会增大,由于电压
5、不变,根据Q=CU可知,极板间的电量增大,电容器处于充电状态,因此电路中有顺时针方向电流,故D正确。,基础夯实精准归纳,题组突破强化提升,核心剖析归纳提升,电容器动态问题的分析技巧 1.抓住不变量,弄清楚是电容器的电荷量不变还是电压不变。电容器始终与电源相连时,两极板间的电势差U保持不变;充电后与电源断开时,电容器所带的电荷量Q保持不变。 2.根据电容的决定式分析电容的变化,再根据电容的定义式分析电荷量或电压的变化,最后分析电场强度的变化。 3.平行板电容器问题的一个常用结论 电容器充电后断开电源,在电容器所带电荷量保持不变的情况下,电场强度与极板间的距离无关。,基础夯实精准归纳,题组突破强化
6、提升,核心剖析归纳提升,电场中的力电综合 1.带电粒子(或带电体)在电场中的直线运动 (1)做直线运动的条件 粒子所受合外力F合=0,粒子或 ,或做 运动。 粒子所受合外力F合0,且与初速度方向在同一条直线上,带电粒子将做 运动或 运动。,静止,匀速直线,匀加速直线 匀减速直线,基础夯实精准归纳,题组突破强化提升,核心剖析归纳提升,2.带电粒子在电场中的偏转 (1)条件分析:带电粒子垂直于电场线方向进入匀强电场。 (2)运动性质: 运动。 (3)处理方法:分解成相互 的两个方向上的 ,类似于 。,匀变速曲线,垂直,直线运动,平抛运动,基础夯实精准归纳,题组突破强化提升,核心剖析归纳提升,(4)
7、运动规律: 沿初速度方向做 运动,运动时间,匀速直线,基础夯实精准归纳,题组突破强化提升,核心剖析归纳提升,沿电场力方向,做 运动,匀加速直线,基础夯实精准归纳,题组突破强化提升,核心剖析归纳提升,3.带电粒子在匀强电场中偏转时的两个结论 (1)不同的带电粒子从静止开始经过同一电场加速后再从同一偏转电场射出时,偏移量和偏转角总是相同的。,基础夯实精准归纳,题组突破强化提升,核心剖析归纳提升,基础夯实精准归纳,题组突破强化提升,核心剖析归纳提升,1.如图所示,在竖直放置间距为d的平行板电容器中,存在电场强度为E的匀强电场。有一质量为m、电荷量为+q的点电荷从两极板正中间处静止释放。重力加速度为g
8、。则点电荷运动到负极板的过程,下列说法正确的是 ( ),B,基础夯实精准归纳,题组突破强化提升,核心剖析归纳提升,基础夯实精准归纳,题组突破强化提升,核心剖析归纳提升,2.如图所示,一充电后的平行板电容器的两极板相距l。在正极板附近有一质量为m1、电荷量为q(q0)的粒子;在负极板附近有另一质量为m2、电荷量为-q的粒子。在电场力的作用下,两粒子同时从静止开始运动。已知两粒子同时经过一平行于正极板且与其相距 的平面。若两粒子间相互作用力可忽略,不计重力,则m1m2为( ) A.32 B.21 C.52 D.31,A,基础夯实精准归纳,题组突破强化提升,核心剖析归纳提升,基础夯实精准归纳,题组突
9、破强化提升,核心剖析归纳提升,1.有一种电荷控制式喷墨打印机的打印头的结构简图如图所示。其中墨盒可以喷出极小的墨汁微粒,此微粒经过带电室后以一定的初速度垂直射入偏转电场,再经偏转电场后打到纸上,显示出字符。已知偏移量越小打在纸上的字迹越小,现要缩小字迹,下列措施可行的是( ) A.增大墨汁微粒的比荷 B.减小墨汁微粒进入偏转电场时的初动能 C.减小偏转极板的长度 D.增大偏转极板间的电压,C,基础夯实精准归纳,题组突破强化提升,核心剖析归纳提升,基础夯实精准归纳,题组突破强化提升,核心剖析归纳提升,2.如图所示,在两条平行的虚线内存在着宽度为l、电场强度为E的匀强电场,在与右侧虚线相距也为l处
10、有一与电场平行的屏。现有一电荷量为+q、质量为m的带电粒子(重力不计),以垂直于电场线方向的初速度v0射入电场中,v0方向的延长线与屏的交点为O。试求: (1)粒子从射入到打到屏上所用的时间; (2)粒子刚射出电场时的速度方向与初速度方向夹角的正切值tan ; (3)粒子打在屏上的点P到O点的距离x。,基础夯实精准归纳,题组突破强化提升,核心剖析归纳提升,基础夯实精准归纳,题组突破强化提升,核心剖析归纳提升,基础夯实精准归纳,题组突破强化提升,核心剖析归纳提升,1.解答力电综合问题的一般思路,基础夯实精准归纳,题组突破强化提升,核心剖析归纳提升,2.解决粒子在电场中直线运动问题的两种方法 (1
11、)根据带电粒子受到的电场力,用牛顿第二定律求出加速度,结合运动学公式确定带电粒子的运动情况。此方法只适用于匀强电场。 (2)根据电场力对带电粒子所做的功等于带电粒子动能的变化求解。此方法既适用于匀强电场,也适用于非匀强电场。,基础夯实精准归纳,题组突破强化提升,核心剖析归纳提升,3.分析粒子在电场中偏转运动的两种方法 (1)分解观点:垂直射入匀强电场的带电粒子,在电场中只受电场力作用,与重力场中的平抛运动相类似,研究这类问题的基本方法是将运动分解,可分解成平行电场方向的匀加速直线运动和垂直电场方向的匀速直线运动。 (2)功能观点:首先对带电粒子进行受力分析,再进行运动过程分析,然后根据具体情况
12、选用公式计算。若选用动能定理,则要分清有多少个力做功,是恒力做功还是变力做功,同时要明确初、末状态及运动过程中的动能的增量。若选用能量守恒定律,则要分清带电粒子在运动中共有多少种能量参与转化,哪些能量是增加的,哪些能量是减少的。,基础夯实精准归纳,题组突破强化提升,核心剖析归纳提升,4.特别提醒 (1)受力分析时一定关注重力是否不计。 (2)在偏转电场中,电场力对带电粒子做的功qU中的U不一定等于两板间的电压。,基础夯实精准归纳,题组突破强化提升,静电现象的应用(加试) 1.静电感应现象 导体的内部有大量的 ,对金属导体来说,是由做热振动的正离子和在它们之间做无规则热运动的自由电子组成的。如图
13、甲所示,将一不带电金属导体ABCD放入电场强度为E0的电场中,导体内的自由电子在电场力的作用下,逆着电场线定向移动,使导体一侧集聚负电荷,另一侧则集聚等量的正电荷,这种现象叫作 。,自由电荷,静电感应现象,基础夯实精准归纳,题组突破强化提升,2.静电平衡状态 由于静电感应,在导体两侧出现等量异种电荷,在导体内部形成与电场E0反向的电场E,叠加后使导体内的电场强度 减弱,如图乙所示。随着导体两侧感应电荷继续增加,E增强,合电场强度E内将逐渐减小,直到导体内部各点的合电场强度 时为止,这时导体内的自由电子不再发生定向移动,我们就说导体达到了 ,如图丙所示。,E内=E0+E,E内=0,静电平衡状态,
14、基础夯实精准归纳,题组突破强化提升,3.处于静电平衡状态的导体的特征 (1) 处处为 。 (2)静电荷只分布在导体的 。 (3)整个导体是个 ,它的表面是个 。 (4)导体表面上任何一点的电场强度方向跟该点的表面 。 4.静电平衡状态下导体上的电荷分布 (1) , 。这是因为,假如导体内部有电荷,导体内部的电场就不可能为0,自由电荷就会发生定向移动,导体也就没有处于静电平衡状态。 (2)在导体外表面,越 的位置电荷的密度(单位面积的电荷量) ,凹陷的位置几乎 。,内部电场强度,0,外表面,等势体,等势面,垂直,导体内部没有电荷 电荷只分布在导体的表面,尖锐,越大,没有电荷,基础夯实精准归纳,题
15、组突破强化提升,5.尖端放电 (1)空气的电离: 导体尖端的电荷密度 ,附近的电场 ,空气中残留的带电粒子在强电场的作用下发生剧烈的运动,把空气中的气体分子撞“散”,也就是使分子中的 ,这个现象叫作 。 (2)尖端放电 中性分子电离后变成带负电的自由电子和失去电子而带正电的离子,这些带电粒子在强电场的作用下加速,撞击空气中的分子,使它们进一步电离,产生更多的带电粒子。那些所带电荷与导体尖端的电荷符号相反的粒子,由于被吸引而奔向尖端,与尖端上的电荷 ,这相当于导体从尖端失去电荷,这个现象叫作 。,很大,很强,正负电荷分离,空气的电离,中和,尖端放电,基础夯实精准归纳,题组突破强化提升,(3)尖端
16、放电的应用和防止: 应用: 是利用尖端放电避免建筑物遭受雷击的设备。 将燃气灶中的电子打火器的放电电极做成针状,加上电压时容易产生电火花。 防止:高压设备中导体的表面要尽量 。,避雷针,光滑,基础夯实精准归纳,题组突破强化提升,6.静电屏蔽 把一个电学仪器放在封闭的金属壳里,即使壳外有电场,由于壳内电场强度保持为 ,所以外电场对壳内的仪器不会产生影响。金属壳的这种作用叫作 。 7.静电屏蔽的应用和危害 (1)应用:电子仪器和电子设备外面套有金属网罩,通信电缆外包一层铅皮等,可防止外电场的干扰。电力工人高压带电作业时,身着用金属丝网制成的衣帽、手套、鞋子,可以对人体起到静电屏蔽作用,使人安全工作。 (2)危害:航天飞机、飞船返回地球大气层时,由于飞船与大气层的高速摩擦而产生高温,在飞船的周围形成一层等离子体,它对飞船产生静电屏蔽
