靜電現(xiàn)象及其應(yīng)用

關(guān)于靜電現(xiàn)象及其應(yīng)用第1頁(yè)，講稿共41頁(yè)，2023年5月2日，星期三電容器、電容1.電容器

(1)組成:由兩個(gè)彼此

又相互

的導(dǎo)體組成.(2)帶電量:一個(gè)極板所帶電量的

.(3)電容器的充、放電充電:使電容器帶電的過(guò)程,充電后電容器兩板帶上等量的

,電容器中儲(chǔ)存

.

放電:使充電后的電容器失去電荷的過(guò)程,放電過(guò)程中

轉(zhuǎn)化為其他形式的能.絕緣靠近絕對(duì)值異種電荷電場(chǎng)能電場(chǎng)能第2頁(yè)，講稿共41頁(yè)，2023年5月2日，星期三2.電容

(1)定義:電容器所帶的

與電容器兩極板間的電勢(shì)差U的比值.(2)定義式:(3)物理意義:表示電容器

本領(lǐng)大小的物理量.(4)單位:法拉(F)1F=

μF=102pF電荷量Q容納電荷106第3頁(yè)，講稿共41頁(yè)，2023年5月2日，星期三3.平行板電容器

(1)影響因素:平行板電容器的電容與

成正比,與介質(zhì)的

成正比,與

成反比.(2)決定式:C=,k為靜電力常量.特別提醒電容器的電容大小是由本身的特性決定的,與極板間電壓以及電容器帶電多少,帶不帶電荷無(wú)關(guān).正對(duì)面積介電常數(shù)兩板間的距離第4頁(yè)，講稿共41頁(yè)，2023年5月2日，星期三熱點(diǎn)一靜電平衡的實(shí)質(zhì)及其特點(diǎn)熱點(diǎn)聚焦1.靜電平衡的實(shí)質(zhì)將不帶電的金屬導(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(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)外,自由電子還要受電場(chǎng)力,并向電場(chǎng)E0的反方向做定向移動(dòng)(圖1甲所示),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(guò)剩”的等量的正電荷(如圖1乙所示),等量異種電荷形成一附加電場(chǎng)E′.當(dāng)附加電場(chǎng)與外電場(chǎng)的合場(chǎng)強(qiáng)為零時(shí),即E′的大小等于E0的大小而方向相反時(shí)(如圖1丙所示),自由電子的定向移動(dòng)停止,這時(shí)的導(dǎo)體處于靜電平衡狀態(tài).第5頁(yè)，講稿共41頁(yè)，2023年5月2日，星期三圖12.處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體具有以下特點(diǎn)

(1)導(dǎo)體內(nèi)部的場(chǎng)強(qiáng)(E0與E′的合場(chǎng)強(qiáng))處處為零,E內(nèi)=0;(2)整個(gè)導(dǎo)體是等勢(shì)體,導(dǎo)體的表面是等勢(shì)面;(3)導(dǎo)體外部電場(chǎng)線與導(dǎo)體表面垂直;(4)靜電荷只分布在導(dǎo)體外表面上,且與導(dǎo)體表面的曲率有關(guān).第6頁(yè)，講稿共41頁(yè)，2023年5月2日，星期三熱點(diǎn)二平行板電容器的動(dòng)態(tài)分析1.主要的理論論據(jù)

(1)平行板電容器的電容C與板距d、正對(duì)面積S、介質(zhì)介電常數(shù)ε間的關(guān)系C=.(2)平行板電容器內(nèi)部是勻強(qiáng)電場(chǎng),所以場(chǎng)強(qiáng)E=.(3)電容器所帶電荷量Q=CU.(4)由以上三式得E=,該式常用于Q保持不變的情況中.2.電容器的動(dòng)態(tài)分析方法主要分兩種情況

(1)平行板電容器充電后,繼續(xù)與電源的兩極相連,因此兩極板間的電壓不變,當(dāng)電容器的d、S、ε變化時(shí),將引起電容器的C、Q、E的變化.(U不變)第7頁(yè)，講稿共41頁(yè)，2023年5月2日，星期三(2)平行板電容器充電后,切斷與電源的連接,因此電容器帶電荷量Q不變,當(dāng)電容器的d、S、ε變化時(shí),將引起電容器的C、U、E變化.(Q不變)第8頁(yè)，講稿共41頁(yè)，2023年5月2日，星期三特別提示在分析平行板電容器的電容及其他參量的動(dòng)態(tài)變化時(shí),有兩個(gè)技巧:(1)緊抓“不變量”即“控制變量法”;(2)選擇合適的公式分析.第9頁(yè)，講稿共41頁(yè)，2023年5月2日，星期三題型探究題型1感應(yīng)起電問(wèn)題【例1】

如圖2所示,將帶電棒移近兩個(gè)不帶電的導(dǎo)體球甲、乙,兩個(gè)導(dǎo)體球開(kāi)始時(shí)互相接觸且對(duì)地絕緣,下述幾種方法中能使兩球都帶電的是()A.先把兩個(gè)球分開(kāi),再移走帶電棒

B.先移走帶電棒,再把兩個(gè)球分開(kāi)

C.先使甲球瞬時(shí)接觸地,再移走帶電棒

D.使帶電棒與甲球瞬時(shí)接觸,再移走帶電棒

解析

先把兩個(gè)小球分開(kāi),再移走帶電棒,這是感應(yīng)起電,

兩球帶上了異種電荷,故A正確;先移走帶電棒,甲、乙球上圖2第10頁(yè)，講稿共41頁(yè)，2023年5月2日，星期三電荷中和,均不帶電,B錯(cuò)誤;先使甲球瞬時(shí)接觸地,再移走棒,也是感應(yīng)起電,兩球帶上了同種電荷(與帶電棒電荷異性,兩個(gè)球上與帶電棒同性的電荷被排斥到大地中),C正確;使帶電棒與甲球瞬時(shí)接觸,再移走帶電棒,這是接觸起電,甲、乙兩球帶上了同種電荷,D正確.答案

ACD方法提煉起電問(wèn)題的分析方法:(1)使物體帶電的三種方式:①摩擦起電;②感應(yīng)起電;③接觸帶電.(2)感應(yīng)起電實(shí)質(zhì)上是導(dǎo)體的靜電平衡問(wèn)題,不帶電體放入電場(chǎng)中,電荷重新分布,將此物體分為兩部分則每部分都帶電,或?qū)⒋宋矬w接地,物體也會(huì)帶電.第11頁(yè)，講稿共41頁(yè)，2023年5月2日，星期三變式練習(xí)1

如圖3所示的是一個(gè)帶正電的驗(yàn)電器,當(dāng)一個(gè)金屬球A靠近驗(yàn)電器上的金屬小球B時(shí),驗(yàn)電器中金屬箔片的張角減小,則()A.金屬球A可能不帶電B.金屬球A一定帶正電C.金屬球A可能帶負(fù)電D.金屬球A一定帶負(fù)電解析

驗(yàn)電器上的金屬箔片和金屬球都帶有正電荷,金屬箔片之所以張開(kāi),是由于箔片上的正電荷互相排斥造成的.當(dāng)驗(yàn)電器金屬箔片的張角減小時(shí),說(shuō)明箔片上的正電荷一定比原來(lái)減少了,由于金屬球A只是靠近驗(yàn)電器而沒(méi)有與驗(yàn)電器上的金屬球B發(fā)生接觸,要考慮感應(yīng)起電的影響.當(dāng)金屬球A靠近時(shí),驗(yàn)電器的圖3第12頁(yè)，講稿共41頁(yè)，2023年5月2日，星期三金屬球B、金屬桿包括金屬箔片整體相當(dāng)于一個(gè)導(dǎo)體,金屬球A離金屬球B較近,而離金屬箔片較遠(yuǎn).如果金屬球A帶正電,驗(yàn)電器上的正電荷一定向遠(yuǎn)處移動(dòng),則金屬箔片上的電荷量不會(huì)減少,所以選項(xiàng)B是錯(cuò)誤的.如果金屬球A帶負(fù)電,驗(yàn)電器上的正電荷會(huì)由于引力作用向近端移動(dòng),造成金屬箔片上的電荷量減少,所以選項(xiàng)C是正確的.如果金屬球A不帶電,由于受到金屬球B上正電荷的影響,金屬球A上靠近B的部分也會(huì)由于靜電力的作用出現(xiàn)負(fù)電荷,而這些負(fù)電荷反過(guò)來(lái)會(huì)使得驗(yàn)電器上的正電荷向金屬球B移動(dòng),效果與金屬球A帶負(fù)電荷一樣.所以選項(xiàng)A也是正確的,選項(xiàng)D是錯(cuò)誤的.答案

AC第13頁(yè)，講稿共41頁(yè)，2023年5月2日，星期三題型2電容器兩類(lèi)動(dòng)態(tài)問(wèn)題分析【例2】

如圖4所示,一平行板電容器充電后與電源斷開(kāi),負(fù)極板接地,在兩極板間有一正電荷(電荷量很小)固定在P點(diǎn).以E

表示兩極板間的場(chǎng)強(qiáng),U表示電容器的電壓,Ep表示正電荷在P

點(diǎn)的電勢(shì)能.若保持負(fù)極板不動(dòng),將正極板移到圖中虛線所示位置,則()圖4A.U變小,E不變B.E變大,Ep不變

C.U變大,Ep不變D.U不變,Ep不變第14頁(yè)，講稿共41頁(yè)，2023年5月2日，星期三思路點(diǎn)撥

解決平行板電容器的動(dòng)態(tài)變化問(wèn)題,首先要抓住不變量,然后利用物理量之間的關(guān)系求解,本題不變量是電容器的電荷量.解析

將正極板移到圖中虛線所示的位置時(shí),電容變大,根據(jù)恒定,則場(chǎng)強(qiáng)E不變;由于場(chǎng)強(qiáng)E不變,P點(diǎn)與下極板電勢(shì)差U=Ed不變,所以P點(diǎn)電勢(shì)不變,Ep不變.由以上分析可知選項(xiàng)A正確.(對(duì)于場(chǎng)強(qiáng)E的分析,不能直接利用E=分析,因?yàn)閁減小,d也減小,無(wú)法確定E的變化).答案

A第15頁(yè)，講稿共41頁(yè)，2023年5月2日，星期三【拓展探究】

例2中,若保持正極板不動(dòng),將負(fù)極板向上平移一定距離,結(jié)論如何?解析

負(fù)極板向上平移,電容變大,由C=可知,U變小;又

，則E不變;P點(diǎn)與下極板電勢(shì)差U=Ed,d變小,故U變小,即變小,Ep變小.答案

A第16頁(yè)，講稿共41頁(yè)，2023年5月2日，星期三規(guī)律總結(jié)第17頁(yè)，講稿共41頁(yè)，2023年5月2日，星期三變式練習(xí)2

如圖5所示,用電池對(duì)電容器充電,電路a、b之間接有一靈敏電流表,兩極板之間有一個(gè)電荷q處于靜止?fàn)顟B(tài).現(xiàn)將兩極板的間距變大,則()A.電荷將向上加速運(yùn)動(dòng)B.電荷將向下加速運(yùn)動(dòng)C.電流表中將有從a到b的電流D.電流表中將有從b到a的電流圖5第18頁(yè)，講稿共41頁(yè)，2023年5月2日，星期三解析

充電后電容器的上極板A帶正電.不斷開(kāi)電源,增大兩板間距,U不變、d增大.由E=知兩極板間場(chǎng)強(qiáng)減小.場(chǎng)強(qiáng)減小會(huì)使電荷q受到的電場(chǎng)力減小,電場(chǎng)力小于重力,合力向下,電荷q向下加速運(yùn)動(dòng).由C=知電容C減小.由Q=CU知極板所帶電荷量減少.會(huì)有一部分電荷返回電源,形成逆時(shí)針?lè)较虻碾娏?電流表中將會(huì)有由b到a的電流,選項(xiàng)B、D正確.答案

BD第19頁(yè)，講稿共41頁(yè)，2023年5月2日，星期三題型3帶電粒子在板間運(yùn)動(dòng)問(wèn)題分析【例3】

下述為一個(gè)觀察帶電粒子在平行板電容器板間電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)狀況的實(shí)驗(yàn).現(xiàn)進(jìn)行下述操作:第一步,給如圖6所示真空中水平放置的平行板電容器充電,讓A、B兩極板帶上一定的電荷量,使得一個(gè)帶電油滴P在兩板間的勻強(qiáng)電場(chǎng)中恰能保持靜止?fàn)顟B(tài).第二步,給電容器繼續(xù)充電使其電荷量突然增加ΔQ1,讓油滴開(kāi)始豎直向上運(yùn)動(dòng)t秒.第三步,在上一步基礎(chǔ)上使電容器突然放電ΔQ2,觀察到又經(jīng)2t秒后,油滴剛好回到原出發(fā)點(diǎn).設(shè)油滴在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中未與極板接觸.求ΔQ1和ΔQ2的比值.圖6第20頁(yè)，講稿共41頁(yè)，2023年5月2日，星期三解析

設(shè)油滴質(zhì)量為m,帶電荷量為q,電容器板間距離為d,電容量為C.在第一步過(guò)程中,設(shè)電容器的電荷量為Q,板間電壓為U0,場(chǎng)強(qiáng)為E0.受力情況如下圖(1)所示.由題意得qE0=mg①②③④第21頁(yè)，講稿共41頁(yè)，2023年5月2日，星期三在第二步過(guò)程中,設(shè)板間電壓為U1,場(chǎng)強(qiáng)為E1,油滴的加速度大小為a1,ts末的速度為v1,位移為x,受力情況如圖(2)所示.U1=(Q+ΔQ1)/C⑤E1=U1/d⑥qE1-mg=ma1⑦x=a1t2⑧v1=a1t⑨在第三步過(guò)程中,設(shè)板間電壓為U2,場(chǎng)強(qiáng)為E2,油滴的加速度大小為a2,受力情況如圖(3)所示.⑩第22頁(yè)，講稿共41頁(yè)，2023年5月2日，星期三答案【評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)】

本題共23分.其中①②③⑤⑥⑦⑩式各2分,④⑧⑨式各1分.【名師導(dǎo)析】

高考命題愈加明顯地滲透著物理思想、物理方法的考查,上述樣題就是通過(guò)對(duì)電場(chǎng)中的帶電粒子多運(yùn)動(dòng)過(guò)第23頁(yè)，講稿共41頁(yè)，2023年5月2日，星期三程的考查,間接考查了同學(xué)們綜合分析問(wèn)題的能力.解決這類(lèi)問(wèn)題的關(guān)鍵是要掌握基本運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn).中學(xué)物理常見(jiàn)的基本運(yùn)動(dòng)有勻速直線運(yùn)動(dòng)、勻變速直線運(yùn)動(dòng)、平拋運(yùn)動(dòng)、勻速圓周運(yùn)動(dòng)等,這些基本運(yùn)動(dòng)中的任何兩種運(yùn)動(dòng)都可以構(gòu)成一個(gè)多運(yùn)動(dòng)過(guò)程問(wèn)題,所以復(fù)習(xí)時(shí)應(yīng)加強(qiáng)此類(lèi)型的訓(xùn)練,以提高分析和解決問(wèn)題的能力.第24頁(yè)，講稿共41頁(yè)，2023年5月2日，星期三自我批閱(24分)如圖7所示,水平放置的平行板電容器,原來(lái)兩極板不帶電,上極板接地,它的極板長(zhǎng)L=0.1m,兩板間距離d=0.4m,有一束相同的帶電微粒以相同的初速度先后從兩板中央平行極板射入,由于重力作用微粒能落到下極板上,微粒所帶電荷立即轉(zhuǎn)移到下極板且均勻分布在下極板上.設(shè)前一微粒落到下極板上時(shí)后一微粒才能開(kāi)始射入兩極板間.已知微粒質(zhì)量為m=2×10-6kg,電荷量q=1×10-8C,電容器電容為C=10-6F,取g=10m/s2.求:圖7第25頁(yè)，講稿共41頁(yè)，2023年5月2日，星期三(1)為使第一個(gè)微粒的落點(diǎn)范圍能在下極板中點(diǎn)O到緊靠邊緣的B點(diǎn)之間,求微粒入射的初速度v0的取值范圍.(2)若帶電微粒以第一問(wèn)中初速度v0的最小值入射,則最多能有多少個(gè)帶電微粒落到下極板上?解析

(1)若第1個(gè)粒子落到O點(diǎn),由類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng)的公式得(2分)(2分)解得v01=0.25m/s(1分)若落到B點(diǎn),由類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng)公式得:L=v02t2(2分)(2分)第26頁(yè)，講稿共41頁(yè)，2023年5月2日，星期三解得v02=0.5m/s(1分)故微粒入射的初速度v0的取值范圍為0.25m/s≤v0≤0.5m/s(2分)(2)由類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng)公式得:L=v01t解得t=0.4s(2分)由類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng)公式得:解得a=2.5m/s2(2分)由牛頓第二定律得:mg-qE=ma(3分)由勻強(qiáng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)和電勢(shì)差的關(guān)系得:E=(1分)由電容的定義式得:C=(1分)聯(lián)立解得Q=6×10-4C(1分)落到下極板上的帶電微粒數(shù)目為:n==60000個(gè)(2分)第27頁(yè)，講稿共41頁(yè)，2023年5月2日，星期三答案

(1)0.25m/s≤v0≤0.5m/s(2)60000個(gè)第28頁(yè)，講稿共41頁(yè)，2023年5月2日，星期三素能提升1.絕緣細(xì)線上端固定,下端掛一輕質(zhì)小球a,

a的表面鍍有鋁膜;在a近旁有一絕緣金屬球b,開(kāi)始時(shí),a、b都不帶電,如圖8所示,

現(xiàn)使b帶電,則()A.a、b之間不發(fā)生相互作用

B.a吸引b,吸住后不放開(kāi)

C.b立即把a(bǔ)排斥開(kāi)

D.b先吸引a,接觸后又把a(bǔ)排斥開(kāi)圖8第29頁(yè)，講稿共41頁(yè)，2023年5月2日，星期三解析

b球帶電后,使a產(chǎn)生靜電感應(yīng),感應(yīng)的結(jié)果是a靠近b的一側(cè)出現(xiàn)與b異種的感應(yīng)電荷,遠(yuǎn)離b的一側(cè)出現(xiàn)與b同種的感應(yīng)電荷.雖然a上的感應(yīng)電荷等量異號(hào),但因?yàn)楫惙N電荷離b更近,所以b對(duì)a的電場(chǎng)力為引力.當(dāng)b吸引a使兩者接觸后,由于接觸帶電,b、a又帶上同種電荷,有斥力作用,因而又把a(bǔ)排斥開(kāi),所以D正確.答案

D第30頁(yè)，講稿共41頁(yè)，2023年5月2日，星期三2.如圖9所示,一個(gè)平行板電容器,板間距離為d,當(dāng)對(duì)其加上電壓后,A、B兩板的電勢(shì)分別為+和-,下述結(jié)論正確的是

()圖9A.電容器兩極板間可形成勻強(qiáng)電場(chǎng),電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E=B.電容器兩極板間各點(diǎn)的電勢(shì),有的相同,有的不同;有正的,

有負(fù)的,有的為零

C.若只減小兩極板間的距離d,該電容器的電容C要增大,極板上帶的電荷量Q也會(huì)增加

D.若有一個(gè)電子水平射入兩極板之間的電場(chǎng),則電子的電勢(shì)能一定會(huì)減小第31頁(yè)，講稿共41頁(yè)，2023年5月2日，星期三解析

由題意可知,兩板間電壓為2,電場(chǎng)強(qiáng)度為E=,A錯(cuò)誤;板間與板平行的中線上電勢(shì)為零,中線上方為正,下方為負(fù),故B正確;由C=知,d減小,C增大,由Q=CU知,極板帶電量Q增加,C正確;電子水平射入兩極板之間的電場(chǎng)時(shí),電場(chǎng)力一定對(duì)電子做正功,電子的電勢(shì)能一定減小,D正確.答案

BCD第32頁(yè)，講稿共41頁(yè)，2023年5月2日，星期三3.如圖10所示,兩塊較大的金屬板A、B相距為d,

平行放置并與一電源相連,S閉合后,兩板間恰好有一質(zhì)量為m,帶電量為q的油滴處于靜止?fàn)顟B(tài),以下說(shuō)法正確的是()A.若將S斷開(kāi),則油滴將做自由落體運(yùn)動(dòng),G表中無(wú)電流

B.若將A向左平移一小段位移,則油滴仍然靜止,G表中有b→a

的電流

C.若將A向上平移一小段位移,則油滴向下加速運(yùn)動(dòng),G表中有

b→a的電流

D.若將A向下平移一小段位移,則油滴向上加速運(yùn)動(dòng),G表中有

b→a的電流圖10第33頁(yè)，講稿共41頁(yè)，2023年5月2日，星期三解析

將S斷開(kāi),電容器電荷量不變,板間場(chǎng)強(qiáng)不變,故油滴仍處于靜止?fàn)顟B(tài),A錯(cuò)誤;若S閉合,將A板左移,由E=可知,E不變,油滴仍靜止,但因C變小,電容器極板電荷量變小,因此有由b→a的電流,B正確;將A板上移,由E=可知,E變小,油滴應(yīng)向下加速運(yùn)動(dòng),因C變小,電容器要放電,因此有由b→a的電流流過(guò)G,C正確;當(dāng)A板下移時(shí),板間電場(chǎng)強(qiáng)度增大,油滴受的電場(chǎng)力增加,油滴向上加速運(yùn)動(dòng),但因C增大,電容器要充電,因此有由a→b的電流流過(guò)G,故D錯(cuò)誤.答案

BC第34頁(yè)，講稿共41頁(yè)，2023年5月2日，星期三4.靜電計(jì)是在驗(yàn)電器的基礎(chǔ)上制成的,用其指針張角的大小來(lái)定性顯示其金屬球與外殼之間的電勢(shì)差大小.如圖

11所示,A、B是平行板電容器的兩個(gè)金屬板,G為靜電計(jì).開(kāi)始時(shí)開(kāi)關(guān)S閉合,靜電計(jì)指針張開(kāi)一定角度,為了使指針張開(kāi)的角度增大些,下列采取的措施可行的是

()圖11A.斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S后,將A、B分開(kāi)些

B.保持開(kāi)關(guān)S閉合,將A、B兩極板分開(kāi)些第35頁(yè)，講稿共41頁(yè)，2023年5月2日，星期三C.保持開(kāi)關(guān)S閉合,將A、B兩極板靠近些D.保持開(kāi)關(guān)S閉合,將變阻器滑動(dòng)觸頭向右移動(dòng)解析

要使靜電計(jì)的指針張開(kāi)角度增大些,必須使靜電計(jì)金屬球和外殼之間的電勢(shì)差增大,斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S后,將A、B分開(kāi)些,電容器的帶電量不變,電容減小,電勢(shì)差增大,A正確;保持開(kāi)關(guān)S閉合,將A、B兩極板分開(kāi)或靠近些,靜電計(jì)金屬球和外殼之間的電勢(shì)差不變,B、C錯(cuò)誤;保持開(kāi)關(guān)S閉合,將滑動(dòng)變阻器滑動(dòng)觸頭向右或向左移動(dòng),靜電計(jì)金屬球和外殼之間的電勢(shì)差不變,D錯(cuò)誤.答案

A第36頁(yè)，講稿共41頁(yè)，2023年5月2日，星期三5.豎直放置的一對(duì)平行金屬板的左極板上用絕緣線懸掛了一個(gè)帶正電的小球,將平行金屬板按圖12所示的電