2022屆湖南人教版學(xué)海導(dǎo)航新課標(biāo)高中總復(fù)習(xí)（第1輪）物理 優(yōu)質(zhì)課比賽一等獎(jiǎng)

第4講靜電現(xiàn)象電容器

1．靜電平衡

(1)導(dǎo)體中(包括表面)

沒有自由電子定向移動的狀態(tài)叫做靜電平衡狀態(tài)．靜電平衡的實(shí)質(zhì)是：外電場和感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場所疊加的合場強(qiáng)為零．

(2)導(dǎo)體處于靜電平衡狀態(tài)的特點(diǎn)：①導(dǎo)體內(nèi)部的場強(qiáng)處處為零；②導(dǎo)體是一個(gè)等勢體，導(dǎo)體表面是一個(gè)等勢面，在靜電平衡導(dǎo)體內(nèi)和導(dǎo)體上移動電荷，電場力不做功；③凈電荷只分布在導(dǎo)體的外表面，導(dǎo)體內(nèi)部沒有凈電荷．對于空腔導(dǎo)體，在其內(nèi)部無其他帶電體的情況下，電荷只分布在外表面．在導(dǎo)體表面，越尖銳的位置(表面曲率1/R越大)，電荷的面密度(單位面積上分布的電荷量)

越大，凹陷的位置，幾乎沒有電荷分布．④導(dǎo)體表面處的場強(qiáng)不為零，表面上任一點(diǎn)的場強(qiáng)方向與該點(diǎn)所在的切面垂直.2．尖端放電

(1)空氣的電離：空氣中的少量帶電粒子在強(qiáng)電場的作用下發(fā)生劇烈的運(yùn)動，撞擊氣體分子使中性空氣分子中的正負(fù)電荷分離，這個(gè)現(xiàn)象叫做空氣的電離．

(2)尖端放電：導(dǎo)體尖端的電荷密度很大，附近的電場很強(qiáng)，使得空氣中的中性分子電離，而電離后那些所帶電荷與導(dǎo)體尖端的電荷電性相反的粒子，由于被吸引而奔向尖端，與尖端上的電荷中和，這個(gè)現(xiàn)象叫做尖端放電．

(3)尖端放電的應(yīng)用：避雷針．

(4)尖端放電的防止：高壓設(shè)備導(dǎo)體表面要光滑．

3．靜電屏蔽

(1)一個(gè)接地的空腔導(dǎo)體，腔外電場對腔內(nèi)空間不產(chǎn)生影響，腔內(nèi)帶電體對腔外空間電場不產(chǎn)生影響，這就是靜電屏蔽．(全屏蔽)(2)空腔導(dǎo)體未接地時(shí)，腔外電場對腔內(nèi)空間不產(chǎn)生影響，但腔內(nèi)帶電體對腔外空間會產(chǎn)生影響．(半屏蔽)

說明：在靜電屏蔽現(xiàn)象中，空腔導(dǎo)體可以使腔內(nèi)不受外電場影響，是由于空腔導(dǎo)體上產(chǎn)生的感應(yīng)電荷的電場與外電場抵消，從而使腔內(nèi)合電場為零．

4．靜電的應(yīng)用與防止實(shí)例應(yīng)用：除塵、復(fù)印、噴涂防止：放電會引起火災(zāi)，故在油罐、紡織廠等處要有防范措施．

5．電容器

(1)基本結(jié)構(gòu)：由兩塊彼此絕緣，互相靠近的導(dǎo)體組成

.(2)帶電特點(diǎn)：兩板電荷等量異號，分布在兩板的內(nèi)側(cè)．一個(gè)極板所帶電量的絕對值叫做電容器的電量．(6)常見電容器的分類與構(gòu)造

1．怎樣分析靜電平衡問題？

解答：導(dǎo)體的特點(diǎn)是其體內(nèi)存有大量自由電子，它們在電場作用下可以移動．當(dāng)導(dǎo)體處在電場中時(shí)，其內(nèi)部的自由電荷在電場力的作用下將發(fā)生定向移動，出現(xiàn)重新分布，導(dǎo)體兩端出現(xiàn)等量正負(fù)感應(yīng)電荷，感應(yīng)電荷產(chǎn)生感應(yīng)電場，隨著正負(fù)感應(yīng)電荷積累的增加，感應(yīng)電場逐漸增強(qiáng)，最終將與原電場在導(dǎo)體內(nèi)部相互抵消，使導(dǎo)體內(nèi)部合場強(qiáng)為零，導(dǎo)體內(nèi)(包括表面)的自由電荷定向運(yùn)動停止(自由電荷的熱運(yùn)動還會繼續(xù)進(jìn)行)，電場分布不隨時(shí)間變化，從而達(dá)到靜電平衡狀態(tài)．

1．靜電感應(yīng)與靜電平衡例1：如圖6-4-1中，實(shí)心金屬球A半徑為R，帶電量為Q，點(diǎn)電荷B帶電量為q，B與A球的球心間的距離為r，當(dāng)B不存在而只有A存在且達(dá)到靜電平衡時(shí)，電荷Q在球心O處的電場強(qiáng)度等于________；當(dāng)點(diǎn)電荷B也同時(shí)存在并達(dá)到靜電平衡時(shí)，球心O處的電場強(qiáng)度等于________，金屬球上的電荷在球心O處產(chǎn)生的場強(qiáng)的大小等于________．

方法點(diǎn)撥：了解靜電感應(yīng)的物理過程，明確靜電平衡條件，是分析和處理這類問題的關(guān)鍵．

變式訓(xùn)練1：如圖6-4-2所示，在水平放置的光滑金屬板中點(diǎn)正上方，有帶正電的點(diǎn)電荷＋Q，一表面絕緣帶正電的金屬小球C(可視為質(zhì)點(diǎn)，且不影響原電場)，以初速度v0自左向右運(yùn)動，則在運(yùn)動過程中()A．小球先減速后加速

B．小球做勻速直線運(yùn)動

C．小球受到?jīng)_量的電場力為零

D．電場力對小球做功為零

解析：金屬板在＋Q的電場中發(fā)生靜電感應(yīng)，感應(yīng)電荷的電場與＋Q的電場疊加，使電場方向與金屬板表面垂直，如圖，小球C受到的電場力與運(yùn)動方向垂直，電場力不做功，小球做勻速直線運(yùn)動．

2．靜電屏蔽及現(xiàn)象分析

例2：如圖6-4-3所示，把原來不帶電的金屬球殼B的外殼表面接地，將一帶正電的小球A從小孔放入球殼內(nèi)，但不與B發(fā)生接觸，達(dá)到靜電平衡后(

)A．B的空腔內(nèi)電場強(qiáng)度為零

B．B不帶電

C．B的內(nèi)外表面電勢相等

D．B帶負(fù)電

解析：當(dāng)金屬球殼B接地時(shí)，B和地球就可看成一個(gè)大導(dǎo)體，相對小球A來說，B的內(nèi)表面是近端，被感應(yīng)而帶負(fù)電，地球是遠(yuǎn)端，帶正電，B的內(nèi)外表面及地球是一個(gè)整體，它們的電勢相等，均為零．B的空腔內(nèi)有帶正電的A和帶負(fù)電的B的內(nèi)表面一起形成的電場，故空腔內(nèi)場強(qiáng)不為零．答案：CD

方法點(diǎn)撥：靜電屏蔽問題仍然是靜電感應(yīng)現(xiàn)象中的一種．分析靜電屏蔽現(xiàn)象時(shí)，一定要弄清楚帶空腔的導(dǎo)體(或金屬網(wǎng)罩)接地與不接地的區(qū)別．

變式訓(xùn)練2：如圖6-4-4所示，放在絕緣臺上的金屬網(wǎng)罩B內(nèi)放有一個(gè)不帶電的驗(yàn)電器C，如把一帶有正電荷的絕緣體A移近金屬罩B，則()A．在B的內(nèi)表面帶正電荷，φB＝φC＝0B．在B的右側(cè)外表面帶正電荷

C．驗(yàn)電器的金屬箔片將張開，φB＜φCD．φB＝φC，B的左右兩側(cè)電勢相等

解析：靜電平衡時(shí)，電荷分布于導(dǎo)體的外表面上，所以A選項(xiàng)錯(cuò)；由于A電荷產(chǎn)生靜電感應(yīng)，使B金屬網(wǎng)的左側(cè)外表面感應(yīng)出負(fù)電荷，所以B的右側(cè)外表面感應(yīng)出正電荷，B選項(xiàng)正確；由于靜電屏蔽，金屬網(wǎng)罩內(nèi)電場強(qiáng)度為零，故C上無感應(yīng)電荷，驗(yàn)電器的金屬箔片不會張開，C錯(cuò)；由靜電屏蔽特點(diǎn)知，導(dǎo)體是等勢體，導(dǎo)體表面是等勢面，所以D正確．答案：BDA．①和③B．①和④C．②和③D．②和④答案：C

方法點(diǎn)撥：分析平行板電容器的動態(tài)變化過程，關(guān)鍵是明確哪些物理量是不變量，哪些物理量是變量，然后利用電容的定義式、平行板電容器的決定式，以及勻強(qiáng)電場場強(qiáng)與電勢差的關(guān)系式等相關(guān)規(guī)律進(jìn)行推導(dǎo)．

變式訓(xùn)練3：(2010·北京)用控制變量法，可以研究影響平行板電容器電容的因素(如圖6-4-6)．設(shè)兩極板正對面積為S，極板間的距離為d