靜電屏蔽電容器范書凡

1、私塾國(guó)際學(xué)府學(xué)科教師輔導(dǎo)教案 組長(zhǎng)審核： 學(xué)員編號(hào)：sszk 年 級(jí)：高一年級(jí) 課 時(shí) 數(shù)：3課時(shí) 學(xué)員姓名：范書凡 輔導(dǎo)科目: 物 理 學(xué)科教師：王浩彬授課主題 靜電屏蔽教學(xué)目的1、 了解導(dǎo)體導(dǎo)電機(jī)制、靜電平衡狀態(tài)、靜電感應(yīng)現(xiàn)象；2、 理解電場(chǎng)中處于靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體的特點(diǎn)；3、 了解靜電屏蔽現(xiàn)象及其應(yīng)用教學(xué)重點(diǎn) 靜電平衡的原理授課日期及時(shí)段2016-8-4 19:00-21:00 【基礎(chǔ)知識(shí)鞏固】【要點(diǎn)梳理】 1. 靜電感應(yīng)現(xiàn)象及靜電平衡（1）現(xiàn)象解釋：將呈電中性狀態(tài)的金屬導(dǎo)體放入場(chǎng)強(qiáng)為E0的靜電場(chǎng)中，導(dǎo)體內(nèi)自由電子便受到與場(chǎng)強(qiáng)E0方向相反的電場(chǎng)力作用，除了做無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)，自由電子還要向電

2、場(chǎng)玩的反方向作定向移動(dòng)，圖14一l（a）所示，并在導(dǎo)體的一個(gè)側(cè)面集結(jié)，使該側(cè)面出現(xiàn)負(fù)電荷，而相對(duì)的另一側(cè)出現(xiàn)“過剩”的等量的正電荷圖l一41（b）所示。在電場(chǎng)中的導(dǎo)體沿著電場(chǎng)強(qiáng)度方向兩個(gè)端面出現(xiàn)等量異種電荷，這種現(xiàn)象叫做靜電感應(yīng)。（2）導(dǎo)體靜電平衡條件：E內(nèi)=0由于靜電感應(yīng)，在導(dǎo)體兩側(cè)出現(xiàn)等量異種電荷，在導(dǎo)體內(nèi)部形成與場(chǎng)強(qiáng)E0向的場(chǎng)強(qiáng)E'，在導(dǎo)體內(nèi)任一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)可表示為E內(nèi)=E0+E。因附加電場(chǎng)E與外電場(chǎng)E0方向相反，疊加的結(jié)果削弱了導(dǎo)體內(nèi)部的電場(chǎng)，隨著導(dǎo)體兩側(cè)感應(yīng)電荷繼續(xù)增加，附加電場(chǎng)E增強(qiáng)，合場(chǎng)強(qiáng)E內(nèi)將逐漸減小。當(dāng)E內(nèi)=0時(shí)，自由電子的定向運(yùn)動(dòng)也停止了。如圖141（c）。說明： 導(dǎo)體

3、靜電平衡后內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)處處為零，是指電場(chǎng)強(qiáng)度E0，與導(dǎo)體兩端感應(yīng)電荷產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)E的合場(chǎng)強(qiáng)為零。 金屬導(dǎo)體建立靜電平衡狀態(tài)的時(shí)間是短暫的。 靜電平衡時(shí)，電荷在導(dǎo)體表面的分布往往是不均勻的，越是尖銳的地方，電荷分布越密，附近電場(chǎng)強(qiáng)度越大。（3）導(dǎo)體靜電平衡時(shí)，有如下特點(diǎn)： 導(dǎo)體內(nèi)部處處場(chǎng)強(qiáng)為零。假設(shè)內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)不為零，那么自由電荷必定受到電場(chǎng)力的作用，在電場(chǎng)力的作用下發(fā)生定向移動(dòng)，說明導(dǎo)體尚未達(dá)到靜電平衡導(dǎo)體內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)為零，是外加電場(chǎng)E0與感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)E相互疊加的結(jié)果，即E0+ E=0 （E與E0大小相等，方向相反）。 導(dǎo)體表面處場(chǎng)強(qiáng)與表面垂直，假如不是這樣，場(chǎng)強(qiáng)就有一個(gè)沿導(dǎo)體表面的分量，導(dǎo)體上的自由

4、電荷就會(huì)發(fā)生定向移動(dòng)，這就不是平衡狀態(tài)了。 電荷只分布在導(dǎo)體表面外。因?yàn)閷?dǎo)體內(nèi)部的場(chǎng)強(qiáng)處處為零，導(dǎo)體內(nèi)部就不可能有未被抵消的電荷。假如內(nèi)部某處有靜電荷，在它附近的場(chǎng)強(qiáng)就不可能為零。例1如圖所示，在一個(gè)原來不帶電的金屬導(dǎo)體殼的球心處放一正電荷，試分析A、B、C三點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)()AEA0，EB0，EC0 BEA0，EB0，EC0CEA0，EB0，EC0 DEA0，EB0，EC02. 靜電屏蔽處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，內(nèi)部的場(chǎng)強(qiáng)處處為零。因此，可以利用金屬外殼或者金屬網(wǎng)封閉某個(gè)區(qū)域，使得該區(qū)域不受外部電場(chǎng)的影響，這一現(xiàn)象叫做靜電屏蔽。靜電屏蔽包括兩種情況：（1）金屬殼內(nèi)部不受外部影響如圖l42（a）圖所示

5、，使帶電的金屬球靠近驗(yàn)電器，由于靜電感應(yīng)，驗(yàn)電器的箔片張開，這表示驗(yàn)電器受到了外電場(chǎng)的影響。如果事先用金屬網(wǎng)罩把驗(yàn)電器罩住，如圖142（b）圖所示，驗(yàn)電器的箔片就不張開，即使把驗(yàn)電器和金屬網(wǎng)罩連接起來，箔片也不張開。這表明金屬網(wǎng)罩能把外電場(chǎng)擋住，使罩內(nèi)不受外電場(chǎng)的影響。（2）接地得封閉導(dǎo)體殼，內(nèi)部電場(chǎng)對(duì)外部沒影響。如一封閉的爭(zhēng)體殼內(nèi)部空間某點(diǎn)有一點(diǎn)電荷+q。由于靜電感應(yīng)，導(dǎo)體殼內(nèi)外表面感應(yīng)出等量的異種電荷。其電場(chǎng)線如圖143（a）所示，當(dāng)把導(dǎo)體殼接地后，+q在殼內(nèi)的電場(chǎng)對(duì)殼外空問就沒有影響了，如圖l一43（b）所示。 我們可以這樣理解這一現(xiàn)象： 當(dāng)殼內(nèi)有+q電荷時(shí)，殼內(nèi)空間有電場(chǎng)。其電場(chǎng)線由+

6、q出發(fā)，應(yīng)終止于負(fù)電荷，故殼內(nèi)壁就感應(yīng)出負(fù)電荷，因+q不在球殼中心，而電場(chǎng)線要與處于靜電平衡的導(dǎo)體表面垂直。故殼內(nèi)的電場(chǎng)線就如圖143（a）所示，每條都與內(nèi)表面垂直。球殼外壁出現(xiàn)等量的正電荷，這些正電荷也要在周圍空間產(chǎn)生電場(chǎng)，其電場(chǎng)線都由這些正電荷出發(fā)。而電場(chǎng)線又要與球殼表面垂直，只有沿半徑方向的射線才與球殼表面垂直，故這些電場(chǎng)線就好像從球心發(fā)出的一樣，均勻地向四周射出。從而導(dǎo)致殼外表面感應(yīng)的正電荷均勻地分布在殼外表面。就表現(xiàn)出圖143（a）所示的情況，若+q置于球心，則球殼對(duì)+q在殼外電場(chǎng)無影響。當(dāng)把球殼接地后，殼外表面感應(yīng)的正電荷在電場(chǎng)力作用下流入大地（實(shí)際是大地的電子在電場(chǎng)力作用下通過接

7、地的導(dǎo)線流到殼面上與殼外表面的正電荷中和），使球殼外表面沒有電荷，殼外空間就沒有電場(chǎng)了。殼內(nèi)+q的電場(chǎng)沒受到任何影響。這樣就出現(xiàn)圖143（b）所示的情況。3. 解與電場(chǎng)中的導(dǎo)體有關(guān)的問題的方法解與電場(chǎng)中的導(dǎo)體有關(guān)的問題時(shí)，要考慮電場(chǎng)中的導(dǎo)體靜電平衡時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)為零，導(dǎo)體是等勢(shì)體，導(dǎo)體表面是等勢(shì)面，表面場(chǎng)強(qiáng)垂直表面，導(dǎo)體帶電，電荷分布在外表面，還應(yīng)該根據(jù)導(dǎo)體中電荷受力情況和電勢(shì)因素進(jìn)行綜合考慮例1 如圖l一44所示，接地的金屬板右側(cè)有固定的點(diǎn)電荷+Q，a、b點(diǎn)是金屬板右側(cè)表面附近的兩點(diǎn)，其中a到+Q的距離較小。下列說法正確的是（ ）A. 由于靜電感應(yīng)，金屬板右側(cè)表面帶負(fù)電，左側(cè)表面不帶電B.

8、 由于靜電感應(yīng)，金屬板右側(cè)表面帶負(fù)電，左側(cè)表面不帶電C. 整個(gè)導(dǎo)體，包括表面上的a、b點(diǎn)，是一個(gè)等勢(shì)體，且電勢(shì)等于零D. a、b兩點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度不為零，且a、b兩點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)方向相同，但a點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)比b點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)要強(qiáng)（大）一些例2 長(zhǎng)為l的導(dǎo)體棒原來不帶電，現(xiàn)將一帶電量為+q的點(diǎn)電荷放在距棒左端R處，如圖l46所示。當(dāng)棒達(dá)到靜電平衡后，棒上感應(yīng)電荷在棒內(nèi)中點(diǎn)P處產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)大小等于 ，方向?yàn)?。電容器要點(diǎn)一、電容器1、構(gòu)造：任何兩個(gè)彼此絕緣又相隔很近的導(dǎo)體都可以看成一個(gè)電容器（電容器中將兩片錫箔紙作為電容器的兩個(gè)極板，兩個(gè)極板非常靠近，中間的絕緣層用薄絕緣紙充當(dāng)，分別用兩根導(dǎo)線連接兩極這就是電容器的結(jié)構(gòu)）。

9、2、電容器的充電、放電：實(shí)驗(yàn)演示1：把電容器的一個(gè)極板與電池組的正極相連，另一個(gè)極板與負(fù)極相連，兩個(gè)極板上就分別帶上了等量的異種電荷。這個(gè)過程叫做充電?，F(xiàn)象：從靈敏電流計(jì)可以觀察到短暫的充電電流。充電后，切斷與電源的聯(lián)系，兩個(gè)極板間有電場(chǎng)存在，充電過程中由電源獲得的電能貯存在電場(chǎng)中，稱為電場(chǎng)能。實(shí)驗(yàn)演示2：把充電后的電容器的兩個(gè)極板接通，兩極板上的電荷互相中和，電容器就不帶電了，這個(gè)過程叫放電?，F(xiàn)象：從靈敏電流計(jì)可以觀察到短暫的放電電流。放電后，兩極板間不存在電場(chǎng)，電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量。思考：電容器在充、放電的過程中的能量轉(zhuǎn)化關(guān)系是什么? 充電帶電量Q增加，板間電壓U增加，板間場(chǎng)強(qiáng)E增加

10、， 電能轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能 放電帶電量Q減少，板間電壓U減少，板間場(chǎng)強(qiáng)E減少，電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電能思考：電容器可以充入的電量 是無限的么？ 如何描述電容器容納電荷的本領(lǐng)？要點(diǎn)二、電容 1、 說明：對(duì)于給定電容器，相當(dāng)于給定柱形水容器，C（類比于橫截面積）不變。這是量度式，不是關(guān)系式。在C一定情況下，Q=CU，Q正比于U。 2、定義：電容器所帶的電量Q與電容器兩極板間的電勢(shì)差U的比值，叫做電容器的電容。3、公式：4、單位：法拉（F）還有微法（F）和皮法（pF） 1F=10-6F=10-12pF5、電容的物理意義：電容是表示電容器容納電荷本領(lǐng)的物理量，是由電容器本身的性質(zhì)（由導(dǎo)體大小、形狀、相對(duì)位置及電介質(zhì)

11、）決定的，與電容器是不是帶電無關(guān)。例題：例2用兩節(jié)相同的電池給兩個(gè)電容器C1和C2充電，已知C1C2，當(dāng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，兩電容器的電勢(shì)差分別為U1和U2，則（ ）AU1U2 BU1=U2CU1U2 D無法確定 2245 例題：；里2對(duì)于一個(gè)確定的電容器的電容正確的理解是（ ） A.電容與帶電量成正比B .電容與電勢(shì)差成反比C .電容器帶電量越大時(shí)，電容越大D對(duì)確定的電容器，每板帶電量增加，兩板間電勢(shì)差必增加知識(shí)點(diǎn)三、平行板電容器1、平行板電容器由兩塊平行相互絕緣金屬板構(gòu)成：兩極間距d；兩極正對(duì)面積S2、量度：   ，Q是某一極板所帶電量的絕對(duì)值3、影響平行板電容器電容的因素： ，（

12、、 不變），d越大，偏轉(zhuǎn)角度越小，C越小。 ，（ 、 不變），S越小，靜電計(jì)的偏轉(zhuǎn)角度越大， U越大，電容C越??；保持Q、d、S都不變，在兩極板間插入電介質(zhì)板，靜電計(jì)的偏轉(zhuǎn)角度并且減小，電勢(shì)差U越小電容C增大。說明插入比不插入電介質(zhì)時(shí)電容大 為介電常數(shù)，k為靜電力恒量這里也可以用能的觀點(diǎn)加以分析：電介質(zhì)板插入過程中，由于束縛電荷與極板上電荷相互吸引力做功，電勢(shì)能減少，故電勢(shì)差降低4、結(jié)論：平行板電容器的電容C與介電常數(shù)成正比，跟正對(duì)面積S成正比，跟極板間的距離d成反比。平行板電容器的決定式： 真空 介質(zhì) 例3平行板電容器充電后,繼續(xù)保持電容器的兩極板與電源相連接,在這種情況下,如果增大兩極板間

13、的距離d,那么,兩極板間的電勢(shì)差U、電容器所帶的電量Q、兩極板間的場(chǎng)強(qiáng)E各如何改變?【知識(shí)檢測(cè)】1、導(dǎo)體處于靜電平衡時(shí)，下列說法正確的是 ( )A導(dǎo)體內(nèi)部沒有電場(chǎng)B導(dǎo)體內(nèi)部沒有電荷，電荷只分布在導(dǎo)體外表面 C導(dǎo)體內(nèi)部沒有電荷的運(yùn)動(dòng)D導(dǎo)體內(nèi)部各點(diǎn)的電勢(shì)相等，整個(gè)導(dǎo)體是一個(gè)等勢(shì)體，導(dǎo)體的表面是一個(gè)等勢(shì)面2、 金屬球殼原來帶有電荷，而驗(yàn)電器原來不帶電，如圖所示，現(xiàn)將金屬球殼內(nèi)表面與驗(yàn)電器的金屬小球相連，驗(yàn)電器的金屬箔( ) A不會(huì)張開 B一定會(huì)張開C先張開后閉合 D可能會(huì)張開 3、如圖所示，將一個(gè)驗(yàn)電器放在一個(gè)帶正電的金屬球旁邊，發(fā)現(xiàn)驗(yàn)電器的箔片會(huì)張開，（ ） A驗(yàn)電器的箔片帶正電 B驗(yàn)電器的小球上

14、帶正電 C若用一個(gè)金屬網(wǎng)罩將驗(yàn)電器罩住，驗(yàn)電器箔片將合攏 D若用一個(gè)金屬網(wǎng)罩將驗(yàn)電器罩住，但金屬網(wǎng)罩接觸到驗(yàn)電器的小球，驗(yàn)電器箔片將繼續(xù)張開  5、在具有一定厚度的空心金屬球殼的球心位置處放一正電荷，圖中的四個(gè)圖畫出了其空間電場(chǎng)的電場(chǎng)線情況，符合實(shí)際情況的是( ) 6、 一金屬球，原來不帶電，現(xiàn)沿球的直徑的延長(zhǎng)線放置一均勻帶電的細(xì)桿MN，如圖所示，金屬球上感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)在球內(nèi)直徑上a、b、c三點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小分別為Ea、Eb、Ec，三者相比， （A）Ea最大  （B）Eb最大   （C）Ec最大   &#

15、160;（D）Ea=Eb=Ec 7、如圖所示，在兩個(gè)固定電荷q和q之間放入兩個(gè)原來不帶電的導(dǎo)體，1、2、3、4為導(dǎo)體上的四個(gè)點(diǎn)，在達(dá)到靜電平衡后，各點(diǎn)的電勢(shì)分別是1、2、3、4，則（ ） A 4321  B 4321 C 4321   D 4321 電容器知識(shí)檢測(cè)1.對(duì)于電容器的認(rèn)識(shí)，下列說法正確的是（ ）A它常見于交流電路與電氣設(shè)備中B對(duì)直流電路，它也是一個(gè)很重要的元件C它具有容納電荷的本領(lǐng)D電容器可以按導(dǎo)體的形狀分類，也可以按絕緣介質(zhì)的不同分類2.如圖

16、所示，四個(gè)圖象描述了對(duì)給定的電容器充電時(shí)，電容器電量Q 、電壓U 和電容C三者的關(guān)系，正確的圖象有（ ）3.本節(jié)展示了兩個(gè)關(guān)于電容器電容的公式：C = 和C =。關(guān)于它們的說法,正確的是（ ）A從C = 可以看出，電容的大小取決于帶電量和電壓B從C =可以看出，電容的大小取決于電介質(zhì)的種類、導(dǎo)體的形狀和兩位置關(guān)系C它們都適用于各種電容器DC = 是適用于各種電容器的定義式，C =是只適用于平行板電容器的決定式4.右圖中展示了研究平行板電容器電容的實(shí)驗(yàn)。電容器充電后與電源斷開，電量Q 將不變，與電容器相連的靜電計(jì)用來測(cè)量電容器的 。在常見的電介質(zhì)中，由于空氣的 是最小的，當(dāng)插入其它的電介質(zhì)板時(shí)，

17、電容器的電容將 （填“增大”、“減小”或“不變”），于是我們發(fā)現(xiàn)，靜電計(jì)指針偏角 （填“增大”、“減小”或“不變”）。5.連接在電源兩極板上的平行板電容器，當(dāng)兩極板間的距離減小時(shí)，電容器的電容C將 ，帶電量Q將 ，電勢(shì)差U將 ，極板間的電場(chǎng)強(qiáng)度E將 （以上四空均填“增大”、“減小”或“不變”）。6.如圖所示，有一個(gè)由電池、電阻和電容器組成的電路，當(dāng)把電容器的兩塊極板錯(cuò)開一定位置時(shí)，在錯(cuò)開的過程中（ ）A電容器C的電容減小B電容器C的電量不變C電阻R上有方向向左的電流D電阻R上有方向向右的電流7.如圖所示，一平行板電容器充電后與電源斷開，正極板接地，在兩極板間有一個(gè)正點(diǎn)電荷固定在P點(diǎn)。若用E表示兩極板間的電壓、E表示極板間的場(chǎng)強(qiáng)、表示正點(diǎn)電荷的電勢(shì)能，并令負(fù)極板保持不動(dòng)，而將正極板向下移到圖中的虛線位置，則（ ）AE增大，U減小BE不變，U增大CE增大，減小DU增大，增大8、如圖所示，平行板電容器與電池相連，當(dāng)二極板間距離減小后，則二板間的電壓U和電場(chǎng)強(qiáng)度E，電容器電容C及電量Q與原來相比 。AU