(RJSY)第七節(jié)靜電現(xiàn)象的應(yīng)用第八節(jié)電容器的電容要點

1、(RJ-SY)第七節(jié)靜電現(xiàn)象的應(yīng)用第八節(jié)電容器的電容重點(RJ-SY)第七節(jié)靜電現(xiàn)象的應(yīng)用第八節(jié)電容器的電容重點19/19(RJ-SY)第七節(jié)靜電現(xiàn)象的應(yīng)用第八節(jié)電容器的電容重點【本講教育信息】一.講課內(nèi)容：第七節(jié)靜電現(xiàn)象的應(yīng)用第八節(jié)電容器的電容.講課重點、難點認(rèn)識導(dǎo)體導(dǎo)電系統(tǒng)、靜電平衡狀態(tài)、靜電感覺現(xiàn)象；理解電場中處于靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體的特色；認(rèn)識靜電障蔽現(xiàn)象及其應(yīng)用。重視理解靜電場中靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體的特色，即其電荷散布、電場散布、電勢等。知道什么是電容器及常有的電容器；知道電場能的看法，知道電容器充電和放電時的能量變換；理解電容器電容的看法及定義式，并能用來進(jìn)行有關(guān)的計算；知道平行板電容

2、器的電容與哪些要素有關(guān)，有什么關(guān)系；掌握平行板電容器的決定式并能運(yùn)用其議論有關(guān)問題。重點掌握電容器的看法、定義式及平行板電容器的電容。.重點剖析靜電感覺現(xiàn)象及靜電平衡（1）現(xiàn)象講解：將呈電中性狀態(tài)的金屬導(dǎo)體放入場強(qiáng)為E0的靜電場中，導(dǎo)體內(nèi)自由電子便碰到與場強(qiáng)E0方向相反的電場力作用，除了做無規(guī)則熱運(yùn)動，自由電子還要向電場玩的反方向作定向搬動，圖14一la）所示，并在導(dǎo)體的一個側(cè)面集結(jié)，使該側(cè)面出現(xiàn)負(fù)電荷，而相對的另一側(cè)出現(xiàn)“節(jié)余”的等量的正電荷圖l一41（b）所示。在電場中的導(dǎo)體沿著電場強(qiáng)度方向兩個端面出現(xiàn)等量異種電荷，這種現(xiàn)象叫做靜電感覺。（2）導(dǎo)體靜電平衡條件：E內(nèi)=0因為靜電感覺，在導(dǎo)體

3、雙側(cè)出現(xiàn)等量異種電荷，在導(dǎo)體內(nèi)部形成與場強(qiáng)E0向的場強(qiáng)E，在導(dǎo)體內(nèi)任一點的場強(qiáng)可表示為E內(nèi)=E0+E。因附帶電場E與外電場E0方向相反，疊加的結(jié)果削弱了導(dǎo)體內(nèi)部的電場，隨著導(dǎo)體雙側(cè)感覺電荷連續(xù)增添，附帶電場E加強(qiáng)，合場強(qiáng)E內(nèi)將漸漸減小。當(dāng)E內(nèi)=0時，自由電子的定向運(yùn)動也停止了。如圖141c）。說明：導(dǎo)體靜電平衡后內(nèi)部場強(qiáng)各處為零，是指電場強(qiáng)度E0，與導(dǎo)體兩端感覺電荷產(chǎn)生的場強(qiáng)E的合場強(qiáng)為零。金屬導(dǎo)體建立靜電平衡狀態(tài)的時間是短暫的。靜電平衡時，電荷在導(dǎo)體表面的散布經(jīng)常是不平均的，越是尖利的地方，電荷散布越密，周邊電場強(qiáng)度越大。（3）導(dǎo)體靜電平衡時，有以下特色：導(dǎo)體內(nèi)部各處場強(qiáng)為零。假設(shè)內(nèi)部場強(qiáng)不

4、為零，那么自由電荷必然碰到電場力的作用，在電場力的作用下發(fā)生定向搬動，說明導(dǎo)體還沒有達(dá)到靜電平衡導(dǎo)體內(nèi)部場強(qiáng)為零，是外加電場E0與感覺電荷產(chǎn)生的電場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)體表面處場強(qiáng)與表面垂直，若是否是這樣，場強(qiáng)就有一個沿導(dǎo)體表面的重量，導(dǎo)體上的自由電荷就會發(fā)生定向搬動，這就不是平衡狀態(tài)了。電荷只散布在導(dǎo)體表面外。因為導(dǎo)體內(nèi)部的場強(qiáng)各處為零，導(dǎo)體內(nèi)部就不能夠能有未被抵消的電荷。若是內(nèi)部某處有靜電荷，在它周邊的場強(qiáng)就不能夠能為零。靜電障蔽處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，內(nèi)部的場強(qiáng)各處為零。因此，能夠利用金屬外殼也許金屬網(wǎng)封閉某個地域，使得該地域不受外面電場的影

5、響，這一現(xiàn)象叫做靜電障蔽。靜電障蔽包含兩種狀況：（1）金屬殼內(nèi)部不受外面影響如圖l42（a）圖所示，使帶電的金屬球湊近驗電器，因為靜電感覺，驗電器的箔片張開，這表示驗電器碰到了外電場的影響。若是開初用金屬網(wǎng)罩把驗電器罩住，如圖142（b）圖所示，驗電器的箔片就不張開，即便把驗電器和金屬網(wǎng)罩連接起來，箔片也不張開。這表示金屬網(wǎng)罩能把外電場擋住，使罩內(nèi)不受外電場的影響。（2）接地得封閉導(dǎo)體殼，內(nèi)部電場對外面沒影響。如一封閉的爭體殼內(nèi)部空間某點有一點電荷+q。因為靜電感覺，導(dǎo)體殼內(nèi)表面面感覺出等量的異種電荷。其電場線如圖143（a）所示，當(dāng)把導(dǎo)體殼接地后，+q在殼內(nèi)的電場對殼外空問就沒有影響了，如圖

6、l一43（b）所示。我們能夠這樣理解這一現(xiàn)象：當(dāng)殼內(nèi)有+q電荷時，殼內(nèi)空間有電場。其電場線由+q出發(fā)，應(yīng)終止于負(fù)電荷，故殼內(nèi)壁就感覺出負(fù)電荷，因+q不在球殼中心，而電場線要與處于靜電平衡的導(dǎo)體表面垂直。故殼內(nèi)的電場線就如圖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，這些正電荷也要在四周空間產(chǎn)生電場，其電場線都由這些正電荷出發(fā)。而電場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，故這些電場線就憂如從球心發(fā)出的同樣，平均地向四周射出。進(jìn)而致使殼表面面感覺的正電荷平均地散布在殼表面面。就表現(xiàn)出圖143（a）所示的狀況，若+q置于球心，則球殼對+q在殼外電場無影響。當(dāng)

7、把球殼接地后，殼表面面感覺的正電荷在電場力作用下賤入大地（實質(zhì)是大地的電子在電場力作用下經(jīng)過接地的導(dǎo)線流到殼面上與殼表面面的正電荷中和），使球殼表面面沒有電荷，殼外空間就沒有電場了。殼內(nèi)+q的電場沒受到任何影響。這樣就出現(xiàn)圖143（b）所示的狀況。解與電場中的導(dǎo)體有關(guān)的問題的方法解與電場中的導(dǎo)體有關(guān)的問題時，要考慮電場中的導(dǎo)體靜電平衡時，導(dǎo)體內(nèi)部場強(qiáng)為零，導(dǎo)體是等勢體，導(dǎo)體表面是等勢面，表面場強(qiáng)垂直表面，導(dǎo)體帶電，電荷散布在表面面，還應(yīng)該依據(jù)導(dǎo)體中電荷受力狀況和電勢要素進(jìn)行綜合考慮。電容器電容（1）基本結(jié)構(gòu)：由兩塊相互絕緣相互湊近的導(dǎo)體組成。（2）帶電特色：兩板電荷等量異號，散布在兩板相對的內(nèi)

8、側(cè)。（3）板間電場：兩板之間形成勻強(qiáng)電場（不考慮邊沿效應(yīng)），場興隆小E=Ud，方向素來垂直板面。充電與放電：使電容器帶電叫充電；使充電后的電容器失掉電荷叫放電。充電過程實質(zhì)上是電源漸漸把正電荷從電容器的負(fù)極板移到正極板的過程。因為正、負(fù)兩極板間有電勢差，因此電源需要戰(zhàn)勝電場力做功。正是電源所做的這部分功以電能的形式積蓄在電容器中，放電時，這部分能量又開釋出來。電容器帶電量是一個極板上帶電量的絕對值。擊穿電壓與額定電壓：加在電容器兩極上的電壓若是高出某一極限，電介質(zhì)將被擊穿而損壞電容器，這個極限電壓叫擊穿電壓；電容器長久工作所能承受的電壓叫做額定電壓，它比擊穿電壓要低。（1）定義：使電容器兩極板

9、間的電勢差增添1V所需要增添的電量。電容器兩極板間的電勢差增添lV所需的電量越多，電容器的電容越大：反之則越小。定義式：C=，式中C表示電容器的電容，Q表示電容器帶電量。電容器定義還能夠夠：C=，式中Q是極板上電量的變化，U是相應(yīng)電壓變化。電容的單位：法拉F、微法拉F和皮法拉pF，1F=106F=1012pf。（2）物理意義：表征電容器容納（積蓄）電荷本事的物理量。電容器電容大小的決定要素平行板電容器電容大小與兩級的正對面積、兩極板的間距以及兩極板間的介質(zhì)有關(guān)。表現(xiàn)電容量的變化的（1）電容：平行板電容器的電容與兩板的正對面積s成正比，與兩板間距d成反比，與充滿兩板間介質(zhì)的介電常數(shù)成正比，C=。

10、注意：上式雖不要求進(jìn)行定量計算，但用此式進(jìn)行定性剖析很方便。（2）板間場強(qiáng)：充電后的平行板電容器板間形成勻強(qiáng)電場，場強(qiáng)E=，此中U是兩板間電勢差，d為兩板間距離。兩類典型電容器問題的求解方法（1）平行板電容器充電后，連續(xù)保持電容器兩極板與電池兩極相連接，電容器的d、s、變化，將引起電容器的C、Q、U、E怎樣變化?這種問題因為電容器素來連接在電池上，因此可依據(jù)以下幾式議論C、Q、E的變化狀況。C=Q=U，E=（2）平行板電容器充電后，切斷與電池的連接，電容器的d、s、變化，將引起電容器的C、Q、U、E怎樣變化?這種問題因為電容器充電后，切斷與電池的連接，使電容器帶電量不變，可依據(jù)以下幾式議論C、

11、U、E的變化狀況。C=U=E=而其余，還能夠夠以為必然量的電荷對應(yīng)著必然數(shù)量的電場線，若電量不變，則電場線數(shù)量不變，當(dāng)兩板間距變化時，場強(qiáng)不變；當(dāng)兩板正對面積變化時，引起電場線的疏密程度發(fā)生了改變，如圖l一71所示，電容器的電量不變，正對面積減小時。場強(qiáng)增大。電容器中帶電粒子的平衡及運(yùn)動問題。電容器的應(yīng)用在生活中，電容器的應(yīng)用十分廣泛如照相機(jī)的電子閃光燈能發(fā)出強(qiáng)烈的閃光就是利用電容器放電完成的電容器可測水位，也被用在高能物理實驗或工程中有的話筒中也適用到電容器?！镜湫屠}】例1如圖l一44所示，接地的金屬板右邊有固定的點電荷+Q，a、b點是金屬板右邊表面周邊的兩點，此中a到+Q的距離較小。以下

12、說法正確的選項是（）因為靜電感覺，金屬板右邊表面帶負(fù)電，左邊表面不帶電因為靜電感覺，金屬板右邊表面帶負(fù)電，左邊表面不帶電整個導(dǎo)體，包含表面上的a、b點，是一個等勢體，且電勢等于零D.a、b兩點的電場強(qiáng)度不為零，且a、b兩點場強(qiáng)方向同樣，但a點的場強(qiáng)比b點的場強(qiáng)要強(qiáng)（大）一些剖析：金屬板若不接地，右邊表面將有感覺的負(fù)電荷，左邊表面將有感覺的等量正電荷?，F(xiàn)金屬板接地，正電荷經(jīng)過接地導(dǎo)線移向大地，靜電平衡時左邊表面不帶電，整個金屬板的電勢都為零。因此選項A錯誤，選項B、C正確。金屬板接地時，右邊表面上仍有感覺負(fù)電荷，并且a點周邊的電荷面密度（單位表面面積的電荷量）比b點周邊的電荷面密度要大些，場強(qiáng)要

13、強(qiáng)（大）些，電場線也密一些；整個金屬板是等勢體，右邊表面是等勢面，電場線與等勢面垂直，可見a、b兩點的場強(qiáng)方向都垂直指向右邊面，方向同樣，選項D也正確答案：B、C、D例2長為l的導(dǎo)體棒本來不帶電，現(xiàn)將一帶電量為+q的點電荷放在距棒左端R處，如圖l46所示。當(dāng)棒達(dá)到靜電平衡后，棒上感覺電荷在棒內(nèi)中點P處產(chǎn)生的場興隆小等于，方向為。剖析：導(dǎo)體棒在點電荷+q的電場中發(fā)生靜電感覺，左端出現(xiàn)負(fù)電荷，右端出現(xiàn)正電荷，棒中任何一點都有兩個電場，即外電場+q在該點形成的電場E0，附帶電場棒上感覺電荷在該點形成的電場E，達(dá)到靜電平衡時E=E0，題中所求的即為E，于是我們經(jīng)過上述等式轉(zhuǎn)變?yōu)榍驟0。棒的中點距離+q

14、為r=R+l2，于是E=E0=。E和E0方向相反，方向向左。同理，我們還能夠求棒中其余點的附帶電場的場強(qiáng)。例3如圖172所示，A、B為平行金屬板，兩板相距為d，分別與電源兩極相連，兩板的中央各有一小孔M和N，今有一帶電質(zhì)點，自A板上方相距為d的P點由靜止自由著落（P、M、N在同一豎直線上），空氣阻力忽略不計，到達(dá)N孔時速度恰好為零，今后沿原路返回。若保持兩極板間的電壓不變，則（）A.把B.把A板向上平移一小段距離，質(zhì)點自A板向下平移一小段距離，質(zhì)點自P點自由著落后還能夠返回P點自由著落后將穿過N孔連續(xù)著落C.把B板向上平移一小段距離，質(zhì)點自P點自由著落后還能夠返回D.把B板向下平移一小段距離，

15、質(zhì)點自P點自由著落后將穿過N孔連續(xù)著落剖析：平行金屬板與電源兩極相連，則兩極板間電勢差U保持不變帶電質(zhì)點由P運(yùn)動到N的過程中，重力做功與電場力做功相等。即2mgdqU=0。若把A板上移，假設(shè)能到N孔，則2mgdqU=，vN=0，說明恰好能到N孔，今后又返回。A對。若把若把A板向下移，同理，也應(yīng)能到B板向上平移，假設(shè)能達(dá)NN點，今后返回。B錯孔，則因d2d，故，mgd一qU=2d，mgd一qU=0，說明能達(dá)N孔，且還有向下的速度，即會連續(xù)著落，D對。故答案為A、C、D議論：此題注意用假設(shè)法剖析求解。例4如圖174所示，電源電壓恒定，則接通開關(guān)s的剎時，經(jīng)過電阻R的電流方向是從到；平行板電容器充電

16、牢固后，在將兩板間距離增大的過程中，經(jīng)過R的電流方向是從到；若是電容器充電平衡后，先斷開s，再將兩板間距離增大，在此過程中，R上電流經(jīng)過（填“有”或“無”）。剖析：電容器在充、放電過程中，電路中將有電流，電流方向即為正電荷的定向搬動方向。在接通S剎時，電容器被充電，上極板帶正電，下極板帶負(fù)電，故電流方向由A到B；牢固后，將兩板距離增大，依據(jù)C，電容減小，電容器帶電量Q=CU，因為U不變，因此電量Q減小，即電流方向由B到A；將開關(guān)斷開后，因為電容器帶電量不變，因此無論怎樣調(diào)治板間距離，均無電流經(jīng)過。【模擬試題】一金屬球，本來不帶電，現(xiàn)沿球的直徑的延長線放置一平均帶電的細(xì)桿MN，如圖1一45所示，

17、金屬球上感覺電荷產(chǎn)生的電場在球內(nèi)直徑上a、b、c三點的場興隆小分別為Ea、Eb、Ec，三者比較，則（）A.Ea最大B.Eb最大C.Ec最大D.Ea=Eb=Ec如圖147所示，A為空心金屬球，B為金屬球，將另一帶正電的小球C從A球張口處放入A球中央，不接觸A球，今后用手摸一下A球，再用手接觸一下B球，再移走C球，則（）A.A球帶負(fù)電，B球帶正電B.A球帶負(fù)電，B球不帶電C.A、B兩球都帶負(fù)電D.A、B兩球都帶正電如圖148所示，在孤立點電荷+Q的電場中，金屬圓盤A處于靜電平衡狀態(tài)。若金屬圓盤平面與點電荷在同一平面內(nèi)，試在圓盤A內(nèi)做出由盤上感覺電荷形成的附帶電場的三條電場線（用實線表示，要求嚴(yán)格作

18、圖）。如圖173是電容式話筒的表示圖，它是利用電容制作的傳感器，話筒的振動膜前面鍍有薄薄的金屬層，膜后距膜幾十微米處有一個金屬板，振動膜上的金屬層和這個金屬板組成電容器的兩極，在兩極間加一電壓U，人對著話筒說話時，振動膜前后振動，使電容發(fā)生變化，致使話筒所在電路中其余量發(fā)生變化，使聲音信號被話筒轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，其中致使電容變化的原由可能是電容器兩板間的（）A.距離變化B.正對面積變化C.介質(zhì)變化D.電壓變化圖l一712中有關(guān)固定電容器的電荷量（Q）、電壓（U）、電容（C）的關(guān)系曲線正確的選項是（）如圖175是一種經(jīng)過丈量電容器電容的變化，來檢測液面高低的儀器原理圖，電容器的兩個電極分別用導(dǎo)線接到

19、指示器上，指示器可顯示電容的大小，以下關(guān)于該儀器的說法中正確的有（）該儀器中電容的兩個電極分別是芯柱和導(dǎo)電液體芯柱外衣的絕緣管越厚，該電容器的電容越大若是指示器顯示出電容增大了，則說明容器中液面高升了若是指示器顯示出電容減小了，則說明容器中液面高升了如圖176所示，先接通S使電容器充電，今后斷開s。當(dāng)增大兩極板間距離時，電容器所帶電量Q、電容C、兩板間電勢差U、電容器兩極板間場強(qiáng)的變化狀況是（）A.Q變小，C不變，U不變，E變小B.Q變小，C變小，U不變，E不變C.Q不變，C變小，U變大，E不變D.Q不變，C變小，U變小，E變小21世紀(jì)，智能機(jī)器人將走進(jìn)千家萬戶，各樣各樣的傳感器是智能機(jī)器人的

20、核心部分之一。傳感器是一種將感覺的物理量（如光、熱、力、聲等）變換成便于丈量的量（一般是電學(xué)量）。如圖171l所示是一種測定壓力的電容式傳感器，當(dāng)待測壓力（F）作用于可動膜片電極上時，可使膜片產(chǎn)生壓力發(fā)生形變，引起電容的變化。將電容器、矯捷電流汁和直流電源串連，接成閉合電路時，那么：當(dāng)F向上壓膜片電極時，電容將減小當(dāng)F向上壓膜片電極時，電容將增大若電流計有示數(shù)，則壓力發(fā)生變化若電流計有示數(shù)，則壓力F不發(fā)生變化，以上各項中正確的有（）A.B.C.D.如圖179所示的實驗裝置中，平行板電容器的極板A與一矯捷的靜電計相接，極板B接地。若極板B向上搬動一點，由察看到的靜電計指針變化作出平行板電容器電容

21、變小的結(jié)論的依據(jù)是兩極板間的電壓不變，極板上的電量變小兩極板間的電壓不變，極板上的電量變大極板上的電量幾乎不變，兩極板間電壓變小極板上的電量幾乎不變，兩極板間的電壓變大如圖17一10所示，相距為d，水平放置的兩平行金屬板a、b的電容量為C，開始時兩板均不帶電，a板接地且中央有孔現(xiàn)將帶電量為q、質(zhì)量為m的帶電液一滴一滴地從小孔正上方h處無初速度的滴下，豎直落到b板上層，電荷所有給b板吸?。ㄖ亓铀俣葹間，不計阻力），試求：（1）能夠到達(dá)b板的液滴數(shù)不會高出多少?（2）若能夠到達(dá)b板的液滴數(shù)為k，第k+l滴液滴將怎樣運(yùn)動?【試題答案】1.C剖析：處于靜電平衡的導(dǎo)體內(nèi)部場強(qiáng)各處為零，故a、b、c三點

22、的場強(qiáng)都為零。靜電平衡的導(dǎo)體內(nèi)部場強(qiáng)為零是感覺電荷產(chǎn)生的電場與外電場疊加的結(jié)果，因此感覺電荷在球內(nèi)某點產(chǎn)生的電場的場強(qiáng)與MN在這一點形成的電場的場強(qiáng)等大反向。比較a、b、c三點感覺電場的場強(qiáng)，實質(zhì)上是比較帶電體MN在這三點的場強(qiáng)。因為c點離MN近來，故MN在c點的場強(qiáng)最大，感覺電荷在c點場強(qiáng)也最大正確答案為C項。B剖析：第一帶正電的小球C從A球張口處放入A球中央依據(jù)靜電感覺現(xiàn)象可知，A球內(nèi)表面感覺帶負(fù)電荷，表面面感覺帶正電荷。手接觸A相當(dāng)于A接地，由地面上來的電子與A球表面正電荷中和，使A球表面面不帶電。A球表面面電勢為零，此時A球?qū)ν馄痨o電障蔽作用，A球內(nèi)的電場不影響外面。電子為什么從地面流

23、入A球?因為帶正電的A球表面面電勢比地面零電勢高，手觸A后，電子由低電勢流向高電勢。此時B球電勢也為零。手走開A后，只要C球不動，各處場強(qiáng)及電勢散布狀況不變，因此手接觸B時，無電荷搬動，所以B球不帶電。當(dāng)帶正電的C球從A球內(nèi)移走后，A球內(nèi)表面所帶的負(fù)電荷移至表面面，因此A球帶負(fù)電。C球移走后，A球內(nèi)表面負(fù)電荷移至表面面，這是因為：帶電導(dǎo)體處于靜電平衡狀態(tài)時，導(dǎo)體內(nèi)部和空腔內(nèi)表面均沒有凈電荷，電荷只散布在導(dǎo)體的表面面。由上述可知，選項B是正確的。3.剖析：畫出感覺電荷形成的附帶電場在A圓盤內(nèi)的三每電場線（實線），如圖149所示。導(dǎo)體A處于靜電平衡狀態(tài)，因此內(nèi)部每點的合場強(qiáng)都為零，即導(dǎo)體A內(nèi)的每一點，感覺電荷產(chǎn)生的電場強(qiáng)度都與點電荷Q在那點的電場強(qiáng)度大小相等、方向相反，即感覺