静电现象 电容器及其电容.

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1、第3课时 静电现象 电容器及其电容 考点自清 一、静电现电现 象 1.静电感应 把金属导体放在外电场E中,导体内的 由于受电场 力作用而 的现象叫做静电感应. 2.静电平衡 发生静电感应的导体在自由电子 停止时的状态称 为静电平衡状态. 3.静电屏蔽 在静电屏蔽现象中,金属网罩可以使罩内不受外界 的影 响.如果把金属罩 还可以使罩内的带电体对外界不发生 影响. 自由电子 重新分布 定向移动 电场 接地 二、电容器、电容 1.电容器 (1)组成:由两个彼此 又相互 的导体组成. (2)带电量:一个极板所带电量的 . (3)电容器的充、放电 充电:使电容器带电的过程,充电后电容器两板带上等量的 ,

2、电容器中储存 . 放电:使充电后的电容器失去电荷的过程,放电过程中 转化为其他形式的能. 绝缘靠近 绝对值 异种电荷电场能 电场 能 2.电容 (1)定义:电容器所带的 与电容器两极板间的电势 差U的比值. (2)定义式: (3)物理意义:表示电容器 本领大小的物理量. (4)单位:法拉(F) 1 F= F=102 pF 电荷量Q 容纳电荷 106 3.平行板电容器 (1)影响因素:平行板电容器的电容与 成正比,与介 质的 成正比,与 成反比. (2)决定式:C= ,k为静电力常量. 特别提醒 电电容器的电电容大小是由本身的特性决定的,与极板间电压间电压 以及 电电容器带电带电 多少,带带不带

3、电带电 荷无关. 正对面积 介电常数两板间的距离 热点 平行板电容器的动态分析 1.主要的理论论据 (1)平行板电容器的电容C与板距d、正对面积S、介质介电 常数间的关系C= . (2)平行板电容器内部是匀强电场,所以场强E= . (3)电容器所带电荷量Q=CU. (4)由以上三式得E= ,该式常用于Q保持不变的情况中. 2.电容器的动态分析方法 主要分两种情况 (1)平行板电容器充电后,继续与电源的两极相连,因此两 极板间的电压不变,当电容器的d、S、变化时,将引起 电容器的C、Q、E的变化.(U不变) 热点聚焦 (2)平行板电容器充电后,切断与电源的连接,因此电容器带电 荷量Q不变,当电容

4、器的d、S、变化时,将引起电容器的C、U 、E变化.(Q不变) 特别提示 在分析平行板电电容器的电电容及其他参量的动态变动态变 化时时,有两个 技巧:(1)紧紧抓“不变变量”即“控制变变量法”;(2)选择选择 合适的公式分 析. 题型探究 题题型1 感应应起电问题电问题 【例1】 如图1所示,将带电棒移近两个不带 电的导体球甲、乙,两个导体球开始时互 相接触且对地绝缘,下述几种方法中能使 两球都带电的是 ( ) A.先把两个球分开,再移走带电棒 B.先移走带电棒,再把两个球分开 C. 先使甲球瞬时接触地,再移走带电棒 D.使带电棒与甲球瞬时接触,再移走带电棒 解析 先把两个小球分开,再移走带电

5、棒,这是感应起电, 两球带上了异种电荷,故A正确;先移走带电棒,甲、乙球上 图1 电荷中和,均不带电,B错误;先使甲球瞬时接触地,再移走棒,也 是感应起电,两球带上了同种电荷(与带电棒电荷异性,两个球上 与带电棒同性的电荷被排斥到大地中),C正确;使带电棒与甲球 瞬时接触,再移走带电棒,这是接触起电,甲、乙两球带上了同种 电荷, D正确. 答案 ACD 方法提炼 起电问题电问题 的分析方法: (1)使物体带电带电 的三种方式:摩擦起电电;感应应起电电;接触带带 电电. (2)感应应起电实质电实质 上是导导体的静电电平衡问题问题 ,不带电带电 体放入电电 场场中,电电荷重新分布,将此物体分为为两

6、部分则则每部分都带电带电 ,或将 此物体接地,物体也会带电带电 . 变式练习1 如图2所示的是一个带正电的验电器,当一个金属 球A靠近验电器上的金属小球B时,验电器中金属箔片的张角减 小,则 ( ) A.金属球A可能不带电 B.金属球A一定带正电 C.金属球A可能带负电 D.金属球A一定带负电 解析 验电器上的金属箔片和金属球都带有正电荷,金属箔片 之所以张开,是由于箔片上的正电荷互相排斥造成的.当验电器 金属箔片的张角减小时,说明箔片上的正电荷一定比原来减少 了,由于金属球A只是靠近验电器而没有与验电器上的金属球B 发生接触,要考虑感应起电的影响.当金属球A靠近时,验电器的 图2 金属球B、

7、金属杆包括金属箔片整体相当于一个导体,金属球A离 金属球B较近,而离金属箔片较远.如果金属球A带正电,验电器上 的正电荷一定向远处移动,则金属箔片上的电荷量不会减少,所 以选项B是错误的.如果金属球A带负电,验电器上的正电荷会由 于引力作用向近端移动,造成金属箔片上的电荷量减少,所以选 项C是正确的.如果金属球A不带电,由于受到金属球B上正电荷的 影响,金属球A上靠近B的部分也会由于静电力的作用出现负电荷 ,而这些负电荷反过来会使得验电器上的正电荷向金属球B移动, 效果与金属球A带负电荷一样.所以选项A也是正确的,选项D是错 误的. 答案 AC 题题型2 电电容器两类动态问题类动态问题 分析

8、【例2】 如图3所示,一平行板电容器充电后与电源断开,负极 板接地,在两极板间有一正电荷(电荷量很小)固定在P点.以E 表示两极板间的场强,U表示电容器的电压,Ep表示正电荷在 P 点的电势能.若保持负极板不动,将正极板移到图中虚线所 示 位置,则 ( ) 图3 A.U变小,E不变 B.E变大,Ep不变 C.U变大,Ep不变 D.U不变,Ep不变 思路点拨 解决平行板电电容器的动态变动态变 化问题问题 ,首先要抓住不 变变量,然后利用物理量之间间的关系求解,本题题不变变量是电电容器的 电电荷量. 解析 将正极板移到图中虚线所示的位置时,电容变大,根据 恒定,则场强E不变;由于场强E不变,P点与

9、下极板电势差U=Ed不 变,所以P点电势 不变,Ep不变.由以上分析可知选项A正确.( 对于场强E的分析,不能直接利用E= 分析,因为U减小,d也减小 ,无法确定E的变化). 答案 A 【拓展探究】 例2中,若保持正极板不动,将负极板向上平移 一定距离,结论如何? 解析 负极板向上平移,电容变大,由C= 可知,U变小;又 ，则E不变;P点与下极 板电势差U=Ed,d变小,故U变小,即 变小,Ep变小. 答案 A 规律总结 变式练习2 如图4所示,用电池对电容器充电,电路a、b之间 接有一灵敏电流表,两极板之间有一个电荷q处于静止状态.现 将两极板的间距变大,则 ( ) A.电荷将向上加速运动

10、B.电荷将向下加速运动 C.电流表中将有从a到b的电流 D.电流表中将有从b到a的电流 图4 解析 充电后电容器的上极板A带正电.不断开电源,增大两板 间距,U不变、d增大.由E= 知两极板间场强减小.场强减小会 使电荷q受到的电场力减小,电场力小于重力,合力向下,电荷q 向下加速运动.由C= 知电容C减小.由Q=CU知极板所带电荷 量减少.会有一部分电荷返回电源,形成逆时针方向的电流,电 流表中将会有由b到a的电流,选项B、D正确. 答案 BD 题题型3 带电带电 粒子在板间间运动问题动问题 分析 【例3】 下述为一个观察带电粒子在平行板电容器板间电场 中的运动状况的实验.现进行下述操作:

11、第一步,给如图5所示真空中水平放置的 平行板电容器充电,让A、B两极板带上 一定的电荷量,使得一个带电油滴P在两板间的匀强电场中恰 能保持静止状态. 第二步,给电容器继续充电使其电荷量突然增加Q1,让油滴 开始竖直向上运动t秒. 第三步,在上一步基础上使电容器突然放电Q2,观察到又经 2t秒后,油滴刚好回到原出发点.设油滴在运动过程中未与极 板接触.求Q1和Q2的比值. 图5 解析 设油滴质量为m,带电荷量为q,电容器板间距离为d,电 容量为C.在第一步过程中,设电容器的电荷量为Q,板间电压为 U0,场强为E0.受力情况如下图(1)所示. 由题意得qE0=mg 在第二步过程中,设板间电压为U1

12、,场强为E1,油滴的加速度大小 为a1,t s末的速度为v1,位移为x,受力情况如图(2)所示. U1=(Q+Q1)/C E1=U1/d qE1-mg=ma1 x= a1t2 v1=a1t 在第三步过程中,设板间电压为U2,场强为E2,油滴的加速度大小 为a2,受力情况如图(3)所示. 答案 【评分标准】 本题题共23分.其中 式各2分 , 式各1分. 【名师导析】 高考命题题愈加明显显地渗透着物理思想、物理 方法的考查查,上述样题样题 就是通过对电场过对电场 中的带电带电 粒子多运动动 过过 程的考查查,间间接考查查了同学们综们综 合分析问题问题 的能力.解决这类这类 问题问题 的关键键是要

13、掌握基本运动动的特点.中学物理常见见的基本运 动动有匀速直线线运动动、匀变变速直线线运动动、平抛运动动、匀速圆圆 周运动动等,这这些基本运动动中的任何两种运动动都可以构成一个多 运动过动过 程问题问题 ,所以复习时应习时应 加强此类类型的训练训练 ,以提高分析 和解决问题问题 的能力. 自我批阅阅 (24分)如图6所示,水平放置的平行板电容 器,原来两极板不带电,上极板接地,它的 极板长L=0.1 m,两板间距离d=0.4 m,有一 束相同的带电微粒以相同的初速度先后从 两板中央平行极板射入,由于重力作用微粒 能落到下极板上,微粒所带电荷立即转移到下极板且均匀分布在 下极板上.设前一微粒落到下

14、极板上时后一微粒才能开始射入两 极板间.已知微粒质量为m=210-6 kg,电荷量q=110-8 C,电容 器电容为C=10-6 F,取g=10 m/s2.求: 图6 (1)为使第一个微粒的落点范围能在下极板中点O到紧靠边缘 的B点之间,求微粒入射的初速度v0的取值范围. (2)若带电微粒以第一问中初速度v0的最小值入射,则最多能 有多少个带电微粒落到下极板上? 解析 (1)若第1个粒子落到O点,由类平抛运动的公式得 (2分) (2分) 解得v01=0.25 m/s (1分) 若落到B点,由类平抛运动公式得: L=v02t2 (2分) (2分) 解得v02=0.5 m/s (1分) 故微粒入射的初速度v0的取值范围为 0.25 m/sv00.5 m/s (2分) (2)由类平抛运动公式得:L=v01t 解得t=0.4 s (2分) 由类平抛运动公式得: 解得a=2.5 m/s2 (2分) 由牛顿第二定律得:mg-qE=ma (3分) 由匀强电场的场强和电势差的关系得:E= (1分) 由电容的定义式得:C= (1分) 联立解得Q=610-4 C (1分) 落到下极板上的带电微粒数目为:n= =60 000个 (2分) 答案 (