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1、2009届高三物理第一轮复习教案 电场中的导体、电容器知识简析 一、电场中的导体1、静电感应：绝缘导体放在一个带电体的附近，在绝缘导体上靠近带电体的一端应带电体的异种电荷，在远离带电体的一端带同种电荷静电感应可从两个角度来理解：根据同种电荷相排斥，异种电荷相吸引来解释；也可以从电势的角度来解释，导体中的电子总是沿电势高的方向移动2静电平衡状态：导体中（包括表面）没有电荷定向移动的状态叫做静电平衡状态注意这里是没有定向移动而不是说导体内部的电荷不动，内部的电子仍在做无规则的运动，3处于静电平衡状态的导体：（1）内部场强处处为零，导体内部的电场强度是外加电场和感应电荷产生电场叠加的结果（因为假若内
2、部场强不为零，则内部电荷会做定向运动，那么就不是静电平衡状态了）（2）净电荷分布在导体的外表面，内部没有净电荷（因为净电荷之间有斥力，所以彼此间距离尽量大，净电荷都在导体表面）（3）是一个等势体，表面是一个等势面（因为假若导体中某两点电势不相等，这两点则有电势差，那么电荷就会定向运动）4静电屏蔽处于静电平衡状态的导体,内部的场强处处为零,导体内部区域不受外部电场的影响,这种现象就是静电屏蔽.【例1】一个任意形状的金属导体，处于静电平衡状态时（ ） A导体内部没有净电荷 B导体内部任意两点间的电势差不一定为零 C导体内部的场强不一定处处为零 D在导体表面上，电场线可以与导体表面成任意角 解析：A
3、处于静电平衡状态的导体，净电荷在导体表面，所以A对B处于静电平衡状态的导体，是一个等势体，所以任意两点间无电势差，所以 B错C处于静电平衡状态的导体，内部场强处处为零，所以C错D处于静电平衡状态的导体，其表面场强不为零，场强的方向与面垂直，所以D对。【例2】如图所示，将不带电的导体BC放在带正电的金属球A附近，当导体BC达到静电平衡后，则下列说法正确的有（ ） A用导线连接BC两端，导线中有瞬间电流通过 B用手摸一下导体B端可使导体带正电 C导体C端电势高于B端电势 DB和C端感应电荷在导体内部产生的场强沿BC方向逐渐减小解析：静电平衡后，BC内部场强为零，整个导作是个等势体，故A、C都错了，
4、根据导体附近的电场线分布，可判定导体BC的电势比无穷远处（大地）的电势要高，故把导体B端或C端接地时，将有电子从大地流向导体，导体将带负电；导体处于静电平衡时，导体内部的电场跟感应电场相平衡，因此可以根据外电场在导体内部的分布情况来确定感应电荷电场在导体内部的分布情况 答案：D【例3】如图所示，接地的金属板右侧有固定的点电荷十Q，a、b点是金属板右侧表面上的两点，其中a点到q的距离较小，下列说法中正确的是（ ）A由于静电感应，金属板右侧表面带负电，左侧表面带正电B、由于静电感应，金属板右侧表面带负电，左侧表面不带电C、整个导体，包括表面上的a、b点，是一个等势体，且电势等于零 D、a、b两点的
5、电场强度不为零，且a、b两点场强方向相同，但a点的场强比b点场强大解析：由于静电平衡，金属板是一个等势体，且电势为零（金属板接地），金属板的左侧不带电，右侧带负电a、b两点的场强不为零，它们场强的方向均垂直于金属板平面，由于a点离Q比b点近，故。点的感应电荷比b点的感应电荷多，场强大综上所述，选项B、C、D正确。【点评】处于电场中的导体一旦接地，它的电势为零。且远离带电体的一端总是不带电，由于达到静电平衡时内部场强处处为零，说明了接地后的导体所带的异种电荷（与带电体的电荷比较而言）是增多的二、电容1定义；电容器所带的电量跟它的两极间的电势差的比值叫做电容器的电容C=Q/U2说明：（1）电容器定
6、了则电容是定值，跟电容器所带电量及板间电势差无关（2）单位：法库/伏（3）电容器所带电量是指一板上的电量（4）平行板电容器C=为介电常数，真空中1，空气中通常也取1， S为板间正对面积，不可简单的理解为板的面积，d为板间的距离 （5）电容器被击穿相当于短路，而灯泡坏了相当于断路。（6）常用电容器： 可变电容、固定电容（纸介电容器与电解电容器）（7）CQ/U 因为U1=Q1/CU2=Q2/C所以CQ/U （8）电容器两极板接入电路中，它两端的电压等于这部分电路两端电压，当电容变化时，电压不变；电容器充电后断开电源，一般情况下电容变化，电容器所带电量不变【例4】两个较大的平行金属板A、B相距为d，
7、分别接在电压为U的电源正、负极上，这时质量为m，带电量为一q的油滴恰好静止在两极之间，如图所示，在其它条件不变的情况下，如果将两极非常缓慢地错开一些，那么在错开的过程中（ ） A油滴将向上加速运动，电流计中电流从b流向a。 B油滴将向下加速运动，电流计中的电流从a流向b。 C油滴静止不动，电流计中的电流从b流向a。 D油滴静止不动，电流计中的电流从a流向b。精析:电容器接在电源的正、负极上没有断开，则电容器两端的电压不变，两极板间的距离不变，则场强不变，油滴受力情况不变，油滴静止不动在电容器两极板错开的过程中，电容器的电容是减小的，由CqU可知，U不变时，Q是减小的，则电容器的带电量减小，有电
8、荷流向电源，是放电电流，方向由a到 b故选项D正确【点评】要点是接在电源两端的电容器的电压不变，当电容发生变化时，所带电量变化，根据电量的增加或减少判断是充电或放电，从而确定电流方向还可以假设两极板的距离发生变化和插人电介质或导体后的情况，读者可自行判断规律方法 1、应用处于静电平衡状态的导体的特点解题【例5】如图所示，P为金属球壳内的一点，壳外一带负电的带电体A移近金属球壳时，金属球壳内P点处的场强E和电势U的变化是（ ） AE不变，U降低；BE不变，U升高 CE增大，U升高；D、E增大U降低解析：金属球壳处于带负电的带电体A形成的电场中，处于静电平衡状态，因此E始终等于零不变，由于带电体A
9、带负电且靠近球壳，所以球壳的电势降低。答案：A【例6】如图所示，水平放置的金属板正上方有一固定的正点电荷Q，一表面绝缘的带正电的小球（可视为质点且不影响Q的电场），从左端以初速度V0滑上金属板，沿光滑的上表面向右运动到右端在该运动过程中（ ）A小球作匀速直线运动 B小球作先减速，后加速运动C小球的电势能保持不变 D、电场力对小球所做的功为零解析：水平放置的金属板在Q的电场中处于静电平衡，它是一个等势体，也就是说它表面的电场线处处与表面垂直，由于表面绝缘，故带电小球在其表面上滑动时，电量不变，但电场力不做功，故小球作匀速直线运动所以A、C、D选项正确【例7】如图所示，一个带正电的绝缘金属球壳A，
10、顶部开一小孔，有两只带正电的金属球B 、C ，用金属导线连接，让B球置于球壳A内的空腔中，与内表面接触后又提起，C球放置在A球壳外，待静电平衡后正确的判断是：A、B 、C两球都不带电B、B球不带电，C球带电C、让C球接地后，B球不带电D、让C球接地后，A球壳空腔内的场强为零解析：B球与A球壳内表面接触,A,B,C三者连成一个整体，静电平衡后净电荷只分布在导体外表面，所以A球壳外表面和C球均带正电，B球不带电A,B,C三者为一等势体，当B球提起后，B,C的电势相等，无电荷的定向移动，由于B,C与A等势且为正,C球接地后，将有自由电子从大地向高电势的B,C上移动，B球带负电，此时B球将在A球壳上内
11、表面感应出正电待，从而空腔内形成由内表面指向B球的电场，场强不为零，答案为C.2、静电感应与静电平衡【例8】如图所示，绝缘导体A带正电，导体不带电，由于静电感应，使导体B的M端带上负电，而N端则带等量的正电荷.（1）用导线连接M、N，导线中有无电流流过？（2）若将M、N分别用导线与大地相连，导线中有无电流流过？方向如何？解析：A为带正电的场源电荷，由正电荷即形成的电场的电势分布可知：UAUBU地，其中，B是电场中处于静电平衡的导体.UM=UN=UB.当用导线在不同位置间连接时，电流定由高电势流向低电势，而在电势相等的两点间连接时，则导线中无电流通过.所以：（1）因为UM=UN，故导线中无电流.
12、（2）因为UM=UN=UBU地，所以无论用导线将M还是N与大地相连，电流均由导体B流向大地.【例9】目前国家环保局统一规定常规大气监测的项目是：二氧化硫，氮氧化物，悬浮颗粒三种大气污染物，其中，在对悬浮颗粒的治理方法中有一种为静电除尘法，其依据的物理原理是让带电的物质微粒在 力作用下，几乎都奔向并吸附在 上，如图即为静电除尘器的示意图除尘器由金属管A和悬在管中的金属丝B组成,A接到 ,B接到 A,B之间形成很强的电场，而且距B越近电场越强,B附近的空气分子被强电场电离为电子和正离子，正离子跑到B上得到电子变成 电子奔向正极A的过程中，遇到烟气中的悬浮颗粒，使悬浮颗粒带 电，吸附到A上，排出的气
13、体就清洁了答案：电场 电极 高压电源正极 高压电源负极 空气分子 负K3、平行板电容器问题的分析一定要分清两种常见的变化： 电键K保持闭合，则电容器两端的电压恒定（等于电源电动势），这种情况下带充电后断开K，保持电容器带电量Q恒定，这种情况下【例10】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（电量很小）固定在P点，如图所示，以E表示两极板间的电场强度，U表示电容器两极间的电压；W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的位置，则（ ） AU变小，E不变； BE变大，W变大； CU变小，W不变； DU不变，W不变；解析：由极板间距离减小，知电容C增
14、大；由充电后与电源断开，知带电量Q不变；由UQ/C可得极板间电压U减小根据C=和U=Q/C得U再由E=U/d得E即E由Q/S决定而Q及S都不变，所以E不变（由上面的等式可以看出，在板间电介质不变的情况下E由Q/S一正对面积上的电荷密度决定，这个结论虽是由考纲外的公式推导出来的，但熟悉这个结论能对解决有关平行板电容器的问题带来方便）因为E不变，P点与负极板间的距离不变，所以可知 P与负极板间的电压不变，即 P点的电势Up不变，那么正电荷的电势能 WqUp 就不变 答案：AC说明：（1）记住凡与电源断开，意味着电量不变在这种情况下板间距离变大时（正对面积不变）E不变 （2）当该题不是与电源断开而是
15、始终与电源相接，则板间电势基不变；板下移使电容C变大，电量变大；场强E变大；电势能W变大【例11】有一电容器，带电量为105C时，两板间电压为200V，如果使它带的电量再增加106C，这时它的电容是 F，两板间的电压是 V解析：由C=Q/U可知C5108F 由CQ/UM可知 UQ/C106/510820 V U/ UU=220 V 答案；5108F；220 V【例12】如图所示，两极板各钻有一个小孔的平行板电容器，经充电后两极板分别带上了电量为Q的异种电荷。我们将一根串联着小灯泡、外表面绝缘的导线按图方式穿过两小孔连接成闭合回路，导线穿过的极板处为M、N。试想小灯泡会发光吗？解析:平行板电容器
