静电屏蔽 电容器范书凡

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1、1私塾国际学府学科教师辅导教案私塾国际学府学科教师辅导教案组长审核：组长审核：学员编号：学员编号：sszksszk 年年 级：高一年级级：高一年级 课课 时时 数：数：3 3 课时课时学员姓名：范书凡学员姓名：范书凡 辅导科目辅导科目: : 物物 理理 学科教师：王浩彬学科教师：王浩彬授课主题授课主题 静电屏蔽静电屏蔽教学目的教学目的1、了解导体导电机制、静电平衡状态、静电感应现象； 2、理解电场中处于静电平衡状态下导体的特点； 3、了解静电屏蔽现象及其应用教学重点教学重点 静电平衡的原理授课日期及时段授课日期及时段2016-8-42016-8-4 19:00-21:0019:00-21:00

2、 【基础知识巩固基础知识巩固】【要点梳理要点梳理】1. 静电感应现象及静电平衡 （1）现象解释：将呈电中性状态的金属导体放入场强为 E0的静电场中，导体内自由电子 便受到与场强 E0方向相反的电场力作用，除了做无规则热运动，自由电子还要向电场玩的反方 向作定向移动，图 14 一 l（a）所示，并在导体的一个侧面集结，使该侧面出现负电荷，而 相对的另一侧出现“过剩”的等量的正电荷图 l 一 41（b）所示。在电场中的导体沿着电场 强度方向两个端面出现等量异种电荷，这种现 象叫做静电感应。（2）导体静电平衡条件：E内=0 由于静电感应，在导体两侧出现等量异种电荷，在导体内部形成与场强 E0向的场强

3、 E， 在导体内任一点的场强可表示为 E内=E0+E。 因附加电场 E与外电场 E0方向相反，叠加的结果削弱了导体内部的电场，随着导体两侧 感应电荷继续增加，附加电场 E增强，合场强 E内将逐渐减小。当 E内=0 时，自由电子的定向 运动也停止了。如图 141（c）。 说明：说明： 导体静电平衡后内部场强处处为零，是指电场强度 E0，与导体两端感应电荷产生的场 强 E的合场强为零。 金属导体建立静电平衡状态的时间是短暂的。 静电平衡时，电荷在导体表面的分布往往是不均匀的，越是尖锐的地方，电荷分布越2密，附近电场强度越大。 （3）导体静电平衡时，有如下特点： 导体内部处处场强为零。假设内部场强不

4、为零，那么自由电荷必定受到电场力的作用， 在电场力的作用下发生定向移动，说明导体尚未达到静电平衡导体内部场强为零，是外加电 场 E0与感应电荷产生的电场 E相互叠加的结果，即 E0+ E=0 （E与 E0大小相等，方向相 反）。 导体表面处场强与表面垂直，假如不是这样，场强就有一个沿导体表面的分量，导体 上的自由电荷就会发生定向移动，这就不是平衡状态了。 电荷只分布在导体表面外。因为导体内部的场强处处为零，导体内部就不可能有未被 抵消的电荷。假如内部某处有静电荷，在它附近的场强就不可能为零。 例 1 如图所示，在一个原来不带电的金属导体壳的球心处放一正电荷，试分析 A、B、C 三点的场强( )

5、 AEA0，EB0，EC0 BEA0，EB0，EC0 CEA0，EB0，EC0 DEA0，EB0，EC02. 静电屏蔽 处于静电平衡状态的导体，内部的场强处处为零。因此，可以利用金属外壳或者金属网封 闭某个区域，使得该区域不受外部电场的影响，这一现象叫做静电屏蔽。 静电屏蔽包括两种情况： （1）金属壳内部不受外部影响 如图 l42（a）图所示，使带电的金属球靠近验电器，由于静电感应，验电器的箔片张 开，这表示验电器受到了外电场的影响。如果事先用金属网罩把验电器罩住，如图 142（b）图所示，验电器的箔片就不张开， 即使把验电器和金属网罩连接起来，箔片也不张开。这表明金属网罩能把外电场挡住，使罩

6、内 不受外电场的影响。 （2）接地得封闭导体壳，内部电场对外部没影响。 如一封闭的争体壳内部空间某点有一点电荷+q。由于静电感应，导体壳内外表面感应出等 量的异种电荷。其电场线如图 143（a）所示，当把导体壳接地后，+q 在壳内的电场对壳 外空问就没有影响了，如图 l 一 43（b）所示。3我们可以这样理解这一现象：当壳内有+q 电荷时，壳内空间有电场。其电场线由+q 出发，应终止于负电荷，故壳内壁 就感应出负电荷，因+q 不在球壳中心，而电场线要与处于静电平衡的导体表面垂直。故壳内的 电场线就如图 143（a）所示，每条都与内表面垂直。 球壳外壁出现等量的正电荷，这些正电荷也要在周围空间产

7、生电场，其电场线都由这些正 电荷出发。而电场线又要与球壳表面垂直，只有沿半径方向的射线才与球壳表面垂直，故这些 电场线就好像从球心发出的一样，均匀地向四周射出。从而导致壳外表面感应的正电荷均匀地 分布在壳外表面。就表现出图 143（a）所示的情况，若+q 置于球心，则球壳对+q 在壳外 电场无影响。 当把球壳接地后，壳外表面感应的正电荷在电场力作用下流入大地（实际是大地的电子在 电场力作用下通过接地的导线流到壳面上与壳外表面的正电荷中和），使球壳外表面没有电荷， 壳外空间就没有电场了。壳内+q 的电场没受到任何影响。这样就出现图 143（b）所示的 情况。 3. 解与电场中的导体有关的问题的方

8、法 解与电场中的导体有关的问题时，要考虑电场中的导体静电平衡时，导体内部场强为零，导体是等势体，导体表面是等势面，表面场强垂直表面，导体带电，电荷分布在外表面，还应该根据导体中电荷受力情况和电势因素进行综合考虑例 1 如图 l 一 44 所示，接地的金属板右侧有固定的点电荷+Q，a、b 点是金属板右侧表面附近的两点， 其中 a 到+Q 的距离较小。下列说法正确的是（ ）A. 由于静电感应，金属板右侧表面带负电，左侧表面不带电 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 两点的电场强度不为零，且 a

9、、b 两点场强方向相同，但 a 点的场强比 b 点的场强要强（大）一 些4例 2 长为 l 的导体棒原来不带电，现将一带电量为+q 的点电荷放在距棒左端 R 处，如图 l46 所示。当 棒达到静电平衡后，棒上感应电荷在棒内中点 P 处产生的场强大小等于 ，方向为 。电容器电容器要点一、要点一、电容器电容器1 1、构造：、构造：任何两个彼此绝缘又相隔很近的导体都可以看成一个电容器（电容器中将两片锡箔纸作为电容器的两个极板，两个极板非常靠近，中间的绝缘层用薄绝缘纸充当，分别用两根导线连接两极这就是电容器的结构）。2 2、电容器的充电、放电：、电容器的充电、放电： 实验演示实验演示 11：把电容器的

10、一个极板与电池组的正极相连，另一个极板与负极相连，两个极板上就分别带上了等量的异种电荷。这个过程叫做充电。现象：从灵敏电流计可以观察到短暂的充电电流。充电后，切断与电源的联系，两个极板间有电场存在，充电过程中由电源获得的电能贮存在电场中，称为电场能。 实验演示实验演示 22：把充电后的电容器的两个极板接通，两极板上的电荷互相中和，电容器就不带电了，这个过程叫放电。现象：从灵敏电流计可以观察到短暂的放电电流。放电后，两极板间不存在电场，电场能转化为其他形式的能量。思考：思考：电容器在充、放电的过程中的能量转化关系是什么? 充电带电量 Q 增加，板间电压 U 增加，板间场强 E 增加， 电能转化为

11、电场能放电带电量 Q 减少，板间电压 U 减少，板间场强 E 减少，电场能转化为电能思考：思考：电容器可以充入的电量 是无限的么？ 如何描述电容器容纳电荷的本领？要点二、电容要点二、电容1 1、 说明：对于给定电容器，相当于给定柱形水容器，C（类比于横截面积）不变。这是量度式，不是关系式。在 C 一定情况下，Q=CU，Q 正比于 U。2 2、定义：电容器所带的电量 Q 与电容器两极板间的电势差 U 的比值，叫做电5容器的电容。3、公式：UQC 4、单位：法拉（F）还有微法（F）和皮法（pF） 1F=10-6F=10-12pF5、电容的物理意义：电容是表示电容器容纳电荷本领的物理量，是由电容器本

12、身的性质（由导体大小、形状、相对位置及电介质）决定的，与电容器是不是带电无关。例题：用两节相同的电池给两个电容器 C1和 C2充电，已知 C1C2，当达到稳定状态时，两电容器的电势差分别为 U1和 U2，则（ ）AU1U2 BU1=U2CU1U2 D无法确定对于一个确定的电容器的电容正确的理解是（ ） A.电容与带电量成正比B .电容与电势差成反比C .电容器带电量越大时，电容越大D对确定的电容器，每板带电量增加，两板间电势差必增加知识点三、平行板电容器知识点三、平行板电容器1、平行板电容器由两块平行相互绝缘金属板构成：两极间距d；两极正对面积S2、量度： ，Q 是某一极板所带电量的绝对值3、

13、影响平行板电容器电容的因素： ，（ 、 不变），d 越大，偏转角度越小，C 越小。6 ，（ 、 不变），S 越小，静电计的偏转角度越大， U 越大，电容 C 越小；保持 Q、d、S 都不变，在两极板间插入电介质板，静电计的偏转角度并且减小，电势差 U 越小电容 C 增大。说明插入比不插入电介质时电容大为介电常数，k为静电力恒量这里也可以用能的观点加以分析：电介质板插入过程中，由于束缚电荷与极板上电荷相互吸引力做功，电势能减少，故电势差降低4、结论：平行板电容器的电容 C 与介电常数 成正比，跟正对面积 S 成正比，跟极板间的距离 d 成反比。平行板电容器的决定式：平行板电容器的决定式： 真空

14、介质 kdSC4kdSCr 4例例 3 3平行板电容器充电后,继续保持电容器的两极板与电源相连接,在这种情况下,如果增大两极板间的距离 d,那么,两极板间的电势差 U、电容器所带的电量 Q、两极板间的场强 E 各如何改变?【知识检测知识检测】1、导体处于静电平衡时，下列说法正确的是 ( )A导体内部没有电场B导体内部没有电荷，电荷只分布在导体外表面 C导体内部没有电荷的运动D 导体内部各点的电势相等，整个导体是一个等势体，导体的表面是一个等势面2、金属球壳原来带有电荷，而验电器原来不带电，如图所示，现将金属球壳内表面与验电器的金属小球相连，验电器的金属箔( ) A不会张开 B一定会张开 C先张

15、开后闭合 D可能会张开 3、如图所示，将一个验电器放在一个带正电的金属球旁边，发现验电器的箔片会张开，（ ） A验电器的箔片带正电 B验电器的小球上带正电 C若用一个金属网罩将验电器罩住，验电器箔片将合拢 D若用一个金属网罩将验电器罩住，但金属网罩接触到验电器的小球，验电器箔片将继续张开 75、在具有一定厚度的空心金属球壳的球心位置处放一正电荷，图中的四个图画出了其空间电场的电场线情况，符合实际情况的是( ) 6、一金属球，原来不带电，现沿球的直径的延长线放置一均匀带电的细杆 MN，如图所示，金属球上感应电荷产生的电场在球内直径上 a、b、c 三点的场强大小分别为 Ea、Eb、Ec，三者相比， （A）Ea 最大 （B）Eb 最大 （C）Ec 最大 （D）Ea=Eb=Ec7、如图所示，在两个固定电荷q 和q 之间放入两个原来不带电的导体