静电现象与电容器.pdf

文档介绍：该【静电现象与电容器 】是由【mama1】上传分享，文档一共【18】页，该文档可以免费在线阅读，需要了解更多关于【静电现象与电容器 】的内容，可以使用淘豆网的站内搜索功能，选择自己适合的文档，以下文字是截取该文章内的部分文字，如需要获得完整电子版，请下载此文档到您的设备，方便您编辑和打印。:.
静电现象与电容器:.
静电现象与电容器
【学****目标】
1、知道静电平衡状态,理解静电平衡状态下导体的特征;
2、了解静电屏蔽的意义和实际运用;
3、了解电容器的构造,理解电容器的电容的意义和定义,
知道电容器的一些运用;
4、理解平行板电容器的电容的决定式的意义,掌握电容
器的两种不同变化.
【要点梳理】
知识点一:静电平衡状态及其特点
1、静电平衡状态
要点诠释:
(1)静电平衡状态的定义:处于静电场中的导体,
当导体内部的自由电荷不再发生定向移动时,我们说
导体达到了静电平衡状态.
(2)静电平衡状态出现的原因是:导体在外电
场的作用下,两端出现感应电荷,感应电荷产生的
电场和外电场共同的作用效果,使得导体内部的自
由电荷不再定向移动.(导体内部自由电荷杂乱无章
的热运动仍然存在着)
2、导体达到静电平衡的条件
要点诠释:
(1)导体内部的场强处处为零.
第2页:.
导体内部的场强E是外电场E和感应电荷产生
0
的场E/的叠加,即E是E和E/
0
处于静电平衡状态时,必定有感应电荷的场与外电
场大小相等、方向相反,即:E=-E/.
0
(2)处于静电平衡状态的导体,其表面上任何一点的
电场强度方向与导体表面垂直,表面场强不一定为零.
如果导体表面的场强不与导体表面垂直,必定存
在着一个切向分量,这个切向分量就会使得导体表
面的自由电荷沿着表面切线方向运动,那么,导体
所处的状态就不是平衡状态,与给定的平衡状态相
矛盾,所以导体表面的场强方向一定与导体表面垂
直.
(3)导体是一个等势体,导体表面构成一个等势面.
无论是在导体内部还是在导体的表面上或者是由导
体的内部到表面上移动电荷,电场力都不做功,这就说
明了导体上任何两处电势差为零,即整个导体处处等势.
(4)电荷只分布在导体的外表面,且“尖端”电荷密
度大.
①导体内部没有电荷,电荷只分布在导体的外
表面;
②导体表面越尖锐的地方电荷密度越大,凹陷
的地方几乎没有电荷.
知识点二:静电屏蔽及其应用和防护:
第3页:.
要点诠释:
(1)静电屏蔽:
将电学仪器用金属外壳或者金属网包围起来,以防止
外电场对它的影响,金属网或者金属壳的这种作用就叫
做静电屏蔽.
(2)静电屏蔽的应用和防护:
①为防止外界电场的干扰:有些电子设备的外壳套有
金属壳,通讯电缆的外层包有一层金属网来进行静电屏
蔽.
②静电屏蔽也可能带来不利的影响:如航天飞机、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
产生静电屏蔽作用,导致地面控制中心与飞船的通信联
,这是一个危险较大的阶段.
知识点三:电容器及其电容
1、电容器
要点诠释:
(1)定义:任何两个彼此绝缘又互相靠近的导体,
构成是一个电容器.
(2)电容器的充、放电:电容器有携带电荷、储存
电荷的能力
电容器充电:使电容器带电的过程,也是电源的能量
转化为电场能的过程.
第4页:.
电容器放电:使电容器上的电荷减少的过程,也是电
场能转化为其它形式能的过程.
瞬间的充、放电过程电路中有电流通过,平衡后两板
带等量异种电荷.
2、电容器的电容
要点诠释:
(1)电容的物理意义:
是描述电容器储存电荷本领大小的物理量.
(2)电容器电容的定义:
电容器所带电量的绝对值与所加电压的比值,用字
母C表示.
定义式:Q,其中Q为其中一个导体所带电量的
C
U
绝对值,U为两个导体之间的电压.
单位:国际单位是法拉,简称法,用F表示,常用
的单位还有微法和皮法,换算关系是
FpF1F106F1012pF
(3)平行板电容器的电容:
s×109N·m2/C2,介电常数ε由两极板之间介质
C=
4kd
决定.
4)电容器的分类:
从构造上分:固定电容和可变电容
从介质上可分为:空气电容,纸质电容,电解电容,
陶瓷电容、云母电容等等.
第5页:.
知识点四:平行板电容器中各物理量之间的关系
要点诠释:
电容器和电源连接如图,改变板间距离、改变正对
面积或改变板间电介质材料,都会改变其电容,从而可

常见的变化:
(1)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ssU1
Q=CUC,C=,E
4kdddd
(2)充电后断开K,保持电容器带电量Q恒定
这种情况下ssQdU1■
C=,U,E
4kddCsds
【典型例题】
类型一、对感应电荷产生的场的理解
例1、如图所示,在离点电荷Q为r处,有一个沿r方
向放置的细金属棒,金属棒长度为L,A为棒的中心,
当金属棒达到静电平衡时,导体内A点的电场强度为
____,感应电荷在A点产生的电场强度为____.
【答案】0;kQ,方向向左.
L
(r)2
2
【解析】导体内部的场强是由于外电场和感应电荷产生

第6页:.
点电荷的场强公式,kQ,
E
0L
(r)2
2
A点产生的电场强度与该点的外电场大小相等、方向相
反,所以感应电荷在该点产生的电场大小为:kQ,方
L
(r)2
2
向向左.
【点评】要理解导体处于电场中,导体内部既有外电场
又有感应电荷的电场,在静电平衡状态时,感应电荷产
生的电场与外电场大小相等、方向相反,互相抵消,合
场强为零,是解决这类题的关键.
举一反三
【变式】图中接地金属球A的半径为R,球外点电荷的
电量为Q,
场强等于()
【答案】D■
类型二、静电感应及静电平衡状态
例2、如图所示,在真空中把一个绝缘导体AB向带负
电荷的小球P缓慢地靠近的过程中,下列说法正确的是
()
A、B端的感应电荷越来越多
B、导体内部的场强越来越大
C、导体的感应电荷在M点的电场强度总大于N点产生
的电场强度
第7页:.
D、导体中M,N两点的电势近似相等
【答案】ACD
【解析】当导体缓慢移近小球的过程中,在动态过程由
于导体所在位置的外电场不断变化,导体内的电场强度
不为0,使导体内自由电荷不断地发生定向移动,从而
使A、B端感应电荷不断积累,A选项正确;由于导体
缓慢移动,而静电感应过程发生的非常快,所以导体AB
可以近似认为趋近于静电平衡,其内部场强趋近于0,
但不等于0,选项B错;由于导体内部的合场强趋近于
0,感应电荷在M、N两点产生的场强与点电荷在这两
点产生的场强方向相反,大小几乎相等,由于M点离场
源电荷更近,外电场场强更大,所以选项C正确;由于
导体始终可以看成近似达到静电平衡状态,导体近似为
一个等势体,选项D正确.【点评】理解好知识
要点梳理中导体达到静电平衡的条件是分析问题的关键.
处于静电平衡状态的导体,离场源电荷较近的感应出异
种电荷,较远的感应出同种电荷;用手触摸某导体任何
部分,其实就是导体通过人体与大地构成一个大导体,
此时原来的导体离场源电荷较近,感应出异种电荷.
举一反三
【变式】如图所示,枕形导体A、B原来不带电,把一个
带正电的带电体移到A端附近,由于静电感应,在A、
B两端分别出现感应电荷,当达到静电平衡时()
第8页:.
A、枕形导体A端电势比B端低
B、枕形导体A端电势比B端高
C、用手摸一下枕形导体,A端电势比B端低
D、无论是否用手摸枕形导体,A端电势与B端电势都
相等
【答案】D
类型三、对电容的理解
例3、下列关于电容的说法正确的是()
A、电容器的电容越大,带的电量越多
B、电容器的电容在数值上等于电容器升高单位电势差
所带电量的增量
C、根据Q可知,电容器的电容跟电容器的电量成正比,
C
U
跟它两极间的电压成反比
D、在击穿电压以下,无论电容器的电量如何,它所带
的电量与电压的比值是不变的
【答案】BD
【解析】由电容的定义知道,电容器带电量的多少,
QCU
它不仅取决于电容的大小,还与加在电容器两板之间的
电压有关,很大的电容,带电量可以是很少的,故选项
A错误;由电容的定义QQ知道,选项B正确;电容
C
UU
描写了电容器储存电荷的特性,与带电量的多少及电压
没有关系,所以选项C错误,选项D正确.
第9页:.
【点评】凡是比值定义式,被定义的量C与用来定义的
量Q、U没有关系,例如场强、电势、电阻、密度等.
举一反三
【变式】描述对给定的电容器充电时,电量Q、电压U,
电容C之间的相互关系图象如图所示,其中错误的是
()
【答案】A
类型四、电容的定量计算
例4、平行板电容器所带的电荷量为,电容器两
Q=4108C
板间的电压为U=2V,则该电容器的电容
为;如果将其放电,使其所带电荷量为原
来的一半,则两板间的电压为,两板间电
场强度变为原来的倍,此时平行板电容器的
电容为.
【答案】
2108F、1V、1/2、2108F
【解析】由电容器电容的定义式得:Q4108,
CF2108F
U2
电容的大小取决于电容器本身的构造,与电容器的带电
量无关,故所带电荷量为原来一半时,
两极板间的电压为:Q/Q/21,板间为匀强电场,
U/U1V
CC2
第10页:.
1
U
由场强与电压关系可得:U/1
2
E/E
dd2
【点评】(1)电容器的电容是由电容器本身的结构决定
的,C与Q和U无关;(2)Q中,Q是指电容器一个
C
U
极板所带电荷量的绝对值;(3)由公式Q可推出Q
CC
UU
举一反三
【变式】一个电容器带电量为Q时,板间电势差为U,
当它的电量减少时,板间电势差降低,此电
3106C2102V
容器的电容为____;若U=400V,此时电容器的带
电量是____________.
【答案】
102F,6106C
类型五、电容器动态变化问题
例5、如图所示,把一个平行板电容器与一个静电计相
连接后,给电容器带上一定电量,静电计指针的偏转指

小,可采用的方法是()
A、使两极板靠近B、减小正对面积
C、插入电介质D、用手碰一下正
极板
第11页:.
【答案】ACD
【解析】要使得静电计的指针张角变小,需使平行板电
容器两板之间的电压减小,在电容器带电量一定的情况
下,由Q知,需使得电容器的电容增大,再由平行板
U=
C
电容器电容的计算式s知,需要使两板之间的距离d
C=
4kd
减小,或插入介质,或增大正对面积S;故选项A、C
正确,选项B错误;
用手碰一下正极板,相当于将两极板短路,使正负电
荷中和,电荷量减少,两板之间的电压减小,静电计指
针张角减小,故选项D也正确.
QsU三者结合起来才能顺利进行,同时
UCE
、、,
C4kdd
要注意变化过程中的不变量的运用,两个基本出发点是:
(1)若充电后不断开电源,则两极板间电压U不变;(2)
若充电后断开电源,

压的仪器,在本实验中,静电计指针的张角指示平行板
电容器两板之间的电压.
举一反三
第12页:.
【变式1】利用静电计研究平行板电容器的电容与哪些
因素有关的实验装置如图所示,则下面叙述中符合实验
中观察到的结果的是()
A、N板向下平移,静电计指针偏角变大
B、N板向左平移,静电计指针偏角变大
C、保持N板不动,在M、N之间插入一块绝缘介质板,
静电计指针偏角变大
D、保持N板不动,在M、N之间插入一块金属板,静
电计指针偏角变大
【答案】AB■
【变式2】一平行板电容器两极板间距为d,极板面积为
S,电容为s,
00
d
源,当增加两板间距时,电容器极板间()
A、电场强度不变,电势差变大
B、电场强度不变,电势差不变
C、电场强度减小,电势差不变
D、电场度减小,电势差减小
【答案】A
第13页:.
【变式3】用控制变量法,可以研究影响平行板电容器
的因素(如图).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,增大S,则变小
D、保持d不变,增大S,则不变
【答案】A
类型六、带电粒子在电容器中运动的综合问题
例6、如图所示,A、B为平行金属板,两板相距为d,
分别与电源两极相连,两板的中央各有一小孔M和N,
今有一带电质点,自A板上方相距为d的P点由静止自
由下落(P、M、N在同一竖直线上),空气阻力忽略不
计,到达N孔时速度恰好为零,
()
A、将A板向上平移一小段距离,质点自P点自由下落
后仍能返回
B、将A板向下平移一小段距离,质点自P点自由下落
后将穿过N孔继续下落
第14页:.
C、将B板向上平移一小段距离,质点自P点自由下落
后仍能返回
D、将B板向下平移一小段距离,质点自P点自由下落
后将穿过N孔继续下落
【答案】ACD
【解析】移动A板或B板后,质点能否返回P点的关键
是质点在A、B间运动时到达B板之前速度能否减小为
零,如能减为零,则一定沿原路返回P点,如不能减为
零,则穿过B板后只受重力,
孔时速度恰为零,
2mgdqU0
源两极相连,则两板间电势差UP运动到NA板向上平
移一小段距离,质点速度为零的位置为N孔,且能返
,质点速度为零的位
置仍为N孔,,
质点速度为零的位置为N孔之上,
向下平移一小段距离,质点到达N孔时将有一竖直向下
的速度,即将穿过N孔继续下落.
【点评】此类问题属于电容器与力和电的知识综合题目,
求解时应利用电容器动态问题的分析方法结合力与电的
第15页:.
有关知识和规律逐一分析判断.
举一反三
【变式1】如图所示,平行板电容器与电动势为E的直
流电源(内阻不计)连接,下极板接地。一带电油滴位
于容器中的P点且恰好处于平衡状态。现将平行板电容
器的上极板竖直向上移动一小段距离,则()
A、带电油滴将沿竖直方向向上运动
B、P点的电势将降低
C、带电油滴的电势能将减少
D、若电容器的电容减小,则极板所带电荷量将增大
【答案】B
【变式2】如右图所示,平行的两金属板M、N与电源
相连,一个带负电的小球悬挂在两板间,闭合开关后,
悬线偏离竖直方向的角度为。若保持开关闭合,将N

板向M板靠近,角将__________;若把开关断开,再

使N板向M板靠近,角将__________。(填“变大”、

“变小”或“不变”)
【答案】变大不变
类型七、电容器的应用举例
第16页:.
例7、如图是一种通过测量电容器电容的变化,来检测
液面高低的仪器原理图,电容器的两个电极分别用导线
接到指示器上,指示器可显示电容的大小,下列关于该
仪器的说法中正确的有()
A、该仪器中电容的两个电极分别是芯柱和导电液体
B、芯柱外套的绝缘管越厚,该电容器的电容越大
C、如果指示器显示出电容增大了,则说明容器中液面
升高了
D、如果指示器显示出电容减小了,则说明容器中液面
升高了
【答案】AC
s知,ε、d一定,电容器的电容C增大,表明电容器
C
4kd
的两极的正对面积增大了,即液面高度h增大,所以A
,C减小时,表明电容器的两极的正对面积减
小了,即液面高度h减小,所以C正确.■
【点评】电容器在实际应用中经常作为传感器应用,其
原理是利用电容器电容的变化来测定有关量的变化,解
决此类问题时,应联系电容器的电容与其本身构造的关
第17页:.
系来分析.
举一反三
【变式】如图所示的是一种测定压力的电容式传感器,
当待测压力F作用于可动膜片电极上时,可使膜片产生
形变,、灵敏电流计和电源
串联接成闭合电路,那么()
A、当F向上压膜片电极时,电容将减小
B、当F向上压膜片电极时,电容将增大
C、若电流计有示数,则压力F有变化
D、若电流计有示数,则压力F不发生变化
【答案】BC■
第18页