高考總復(fù)習(xí)物理課件23 靜電現(xiàn)象、電容器及其電容

1、課時23靜電現(xiàn)象 電容器及其電容考點一靜電現(xiàn)象 基礎(chǔ)梳理1靜電感應(yīng)現(xiàn)象：當(dāng)把一個不帶電的導(dǎo)體放入電場中時，導(dǎo)體的兩端分別感應(yīng)出等量的正、負電荷，“近端”出現(xiàn)與施感電荷q異號的感應(yīng)電荷，“遠端”出現(xiàn)與施感電荷q同號的感應(yīng)電荷性質(zhì)：(1)導(dǎo)體兩端感應(yīng)電荷的電荷量q、q，始終相等，一般情況下都比施感電荷的電量少，即|q|q|；(2)把導(dǎo)體接地時會有瞬間電流出現(xiàn)，始終是遠端電荷被中和或?qū)氪蟮?靜電平衡導(dǎo)體放入電場中時，導(dǎo)體內(nèi)的自由電荷(如金屬導(dǎo)體中的自由電子)在電場力的作用下產(chǎn)生定向移動而重新分布，在導(dǎo)體表面出現(xiàn)感應(yīng)電荷，當(dāng)感應(yīng)電荷產(chǎn)生的附加電場與原電場在導(dǎo)體內(nèi)部大小相等而方向相反，使得疊加場強為零

2、時，自由電荷停止定向移動，導(dǎo)體處于靜電平衡狀態(tài)3靜電屏蔽定義：導(dǎo)體處于靜電平衡，如果用金屬網(wǎng)罩(或金屬殼)將一部分空間包圍起來，在這一包圍空間以外的區(qū)域里，無論電場強弱如何、方向如何，而被包圍的空間內(nèi)部電場強度必然為零，因此金屬網(wǎng)罩(或金屬殼)對外電場有屏蔽作用，這種現(xiàn)象稱為靜電屏蔽實質(zhì)：外部電場使金屬網(wǎng)罩或金屬殼上的電荷重新分布，形成感應(yīng)電場(附加電場)，當(dāng)靜電平衡時外部電場與感應(yīng)電場相平衡實例：電子設(shè)備和電學(xué)儀器的外部套有金屬罩、通信電纜外部包有鉛皮、電子管用的金屬管殼等都是為了防止外界電場干擾4靜電現(xiàn)象概念：靜電現(xiàn)象是一種常見的自然現(xiàn)象，例如用塑料梳子梳頭發(fā)時梳子會吸引頭發(fā)，有時還會聽到

3、響聲；脫下尼龍衣服時有時也會聽到響聲，而且在黑暗中還能夠看到火花實質(zhì)：靜電一般是由于摩擦而產(chǎn)生的，當(dāng)兩個物體相互摩擦?xí)r分別帶上異號電荷，它們之間就產(chǎn)生了電勢差電荷積累到一定數(shù)量，電勢差達到一定的數(shù)值時，帶電體之間發(fā)生放電現(xiàn)象，此時就可以看到火花、聽到響聲了 疑難詳析1靜電現(xiàn)象的防止靜電會給人們帶來麻煩和危害如印刷工業(yè)中紙張上的靜電吸引空氣中的塵埃和帶顏色的顆粒而使印刷質(zhì)量下降、合成纖維以及制藥生產(chǎn)的過程中由于靜電吸引空氣中的塵埃而使產(chǎn)品質(zhì)量下降、帶靜電多的人從電視機旁邊走過時，會給電視的圖像和聲音帶來干擾；靜電最大的危害是有可能因靜電火花而引起火災(zāi)和爆炸如石油在管道中流動時、含有煤塵的空氣在風(fēng)

4、管中流動時、向油罐內(nèi)灌油時都會因摩擦而產(chǎn)生靜電，一旦電荷積累過多達到相當(dāng)高的電壓時(可以達到上千伏甚至上萬伏)就會發(fā)生放電引起爆炸，在手術(shù)臺上就曾經(jīng)出現(xiàn)過靜電火花使乙醚爆炸的事故防止靜電的危害最可靠的辦法是利用導(dǎo)線把設(shè)備接地，避免電荷積累例如大型油罐需要有很多接地線、油罐車的尾部拖一根鐵鏈等；調(diào)節(jié)空氣的濕度也是防止靜電危害的有效方法，濕度增大時電荷隨時放出而無法積累，靜電危險隨之排除2靜電現(xiàn)象的利用利用靜電除塵來回收物資和水泥粉塵、利用靜電噴涂對汽車以及電氣產(chǎn)品等進行高質(zhì)量的涂漆、利用靜電分選對微觀粒子進行辨別，靜電復(fù)印，靜電攝影等考點二電容器及其電容 基礎(chǔ)梳理1電容器概念：兩個彼此絕緣而又相

5、隔很近的導(dǎo)體，都可以構(gòu)成一個電容器功能：電容器的基本功能是能夠儲存電荷和能量使電容器帶電的過程叫做充電(儲存電能)；使充電后的電容器失去電荷的過程叫做放電(放出電能)參數(shù)：電容、額定電壓、擊穿電壓(額定電壓是電容器長期工作所能夠承受的電壓，電容器的擊穿電壓是電容器所能夠允許的極限電壓，額定電壓低于極限電壓)分類：按電容能否變化分為固定電容器和可變電容器；固定電容器有聚苯乙烯電容器和電解電容器平行板電容器是最簡單、最基本的電容器特例：平行板電容器的板間形成勻強電場(不考慮邊緣效應(yīng))，場強大小eu/d，方向垂直于板面2電容器的電容定義：電容器的帶電量(一個極板所帶電荷量的絕對值)跟它的兩板間的電勢

6、差的比值公式：c 單位：法拉(f),1f1c/v,1f106f,1f106pf特例：平行板電容器的電容，和介電常數(shù)成正比，和正對面積成正比，和極板間的距離成反比，c 疑難詳析對電容器儲存能量的理解1若把一個充電的電容器用導(dǎo)線短路，可見放電火花(注意電容器在實際使用中，兩個極板不允許直接相連)，放電火花的能量必然是充了電的電容器中儲存的電能轉(zhuǎn)化而來在電容器充電的過程中電源必然做功，才能克服靜電力把電荷從一個極板搬運到另一個極板上這時能量以電勢能的形式儲存在電容器中，放電時把這部分能量釋放出來在一定的電壓下，電容器的電容c越大，電容器儲能越多，從這個意義上講，電容c的大小是它儲能本領(lǐng)大小的標(biāo)志2電

7、容大小由電容器本身的介質(zhì)特性與幾何尺寸決定，與電容器是否帶電、帶電量的多少、板間電勢差的多少等均無關(guān)2關(guān)于電容器的題目，常見的有兩類典型問題：(1)電容器始終與電源相連時，兩板間的電勢差等于電源的電動勢(2)電容器充電后與電源斷開時，通常認為其電荷量保持不變題型一靜電現(xiàn)象的有關(guān)解釋例1如圖所示，使帶電的金屬球靠近不帶電的驗電器，驗電器的箔片張開下列各圖表示驗電器上感應(yīng)電荷的分布情況，正確的是 ()解析本題以高中教材經(jīng)常涉及的驗電器為切入點，通過和帶電體靠近這一物理過程考查了靜電感應(yīng)現(xiàn)象驗電器處在帶電金屬球的電場中，驗電器本身不帶電，驗電器的小金屬球為該電場中靠近施感電荷的“近端”，所以感應(yīng)出與

8、施感電荷異號的電荷，驗電器的箔片(為“遠端”)感應(yīng)出與施感電荷同號的電荷，且驗電器小金屬球和箔片上的感應(yīng)電荷量相等，驗電器整體仍然不帶電，當(dāng)感應(yīng)電荷的電場與施感電荷的電場在驗電器內(nèi)合場強為零時，自由電子停止定向移動，達到靜電平衡狀態(tài)根據(jù)以上分析，正確選項是b.答案b題后反思：處理該題時注意聯(lián)系區(qū)別帶電體和驗電器接觸時的靜電現(xiàn)象，兩者有明顯區(qū)別：前者是感應(yīng)起電，后者是接觸起電如果帶電體和驗電器的小金屬球接觸后位置如左圖中b圖所示，則由于同種電荷相斥，驗電器的小金屬球上不會帶電，箔片會帶有負電，此時驗電器的凈電荷即為負電荷如圖1所示，不帶電的枕形導(dǎo)體的a，b兩端各貼有一對金箔當(dāng)枕形導(dǎo)體的a端靠近一

9、個帶電導(dǎo)體c時 () 圖1aa端金箔張開，b端金箔閉合b用手觸摸枕形導(dǎo)體時，a端金箔仍張開，b端金箔閉合c用手觸摸枕形導(dǎo)體后，將手和導(dǎo)體c都移走，兩端金箔均張開d選項a中兩端金箔分別帶異種電荷，選項c中兩端金箔帶同種電荷解析：根據(jù)靜電感應(yīng)現(xiàn)象，將帶正電的導(dǎo)體c放在枕形導(dǎo)體的附近，在a端出現(xiàn)了負電荷，在b端出現(xiàn)了正電荷，這并不是因為導(dǎo)體中有了新的電荷，而是由于電荷的重新分布，選項a錯誤用手摸枕形導(dǎo)體時，b端不是最遠端，人是導(dǎo)體，人的腳部甚至地球是最遠端，這樣b端就不再有電荷，金箔會閉合選項b正確用手觸摸導(dǎo)體時，只有a端帶負電，將手和導(dǎo)體c移走后，不再有靜電感應(yīng)，a端所帶負電荷便分布在枕形導(dǎo)體上，

10、a，b兩端均帶負電，兩端金箔均張開，選項c，d正確答案：bcd題型二電容器相關(guān)物理量的變化問題圖2例2如圖2所示，電源的電動勢為u，電路中的開關(guān)為k，平行板電容器的板間距離為d，正對面積為s，介電常數(shù)為，電容為c.求：(1)k未閉合前，平行板電容器的電容、電勢差、電荷量、內(nèi)部電場強度分別為多大？(2)k閉合后，平行板電容器的電容、電勢差、電荷量、內(nèi)部電場強度分別為多大？(3)k閉合后又斷開時，平行板電容器的電容、電勢差、電荷量、內(nèi)部電場強度分別為多大？(4)保持k始終閉合，使平行板電容器板間距離由d變成2d，平行板電容器的電容、電勢差、電荷量、內(nèi)部電場強度分別為多大？(5)保持k閉合后斷開，使

11、平行板電容器板間距離由d變成2d，平行板電容器的電容、電勢差、電荷量、內(nèi)部電場強度分別為多大？解析(1)k未閉合前，電容器還沒有充電，此時電勢差、電荷量、內(nèi)部電場強度皆為零，但是電容是由電容器本身的性質(zhì)決定的，故仍為c.(2)k閉合后，電容器被充電，依據(jù)題意可知，電容器的電壓為u；依據(jù)電場強度與電勢差的關(guān)系可得：電場強度e ；依據(jù)c 可得：qcu.(3)k閉合后又斷開，并沒有其它變化，則u、e、q、c都不會變化，答案與(2)中相同答案見解析 圖3兩塊大小、形狀完全相同的金屬平板平行放置，構(gòu)成一平行板電容器，與它相連接的電路如圖3所示接通開關(guān)k，電源即給電容器充電 ()a保持k接通，減小兩極板間

12、的距離，則兩極板間電場的電場強度減小b保持k接通，在兩極板間插入一塊介質(zhì)，則極板上的電荷量增大c斷開k，減小兩極板間的距離，則兩極板間的電勢差減小d斷開k，在兩極板間插入一塊介質(zhì)，則兩極板間的電勢差增大解析：場強e ，保持u不變(k接通)，減小d，e增大，故a錯插入介質(zhì)后，c增大，據(jù)qcu可知極板上的電荷量增大，故b項正確當(dāng)k斷開時，極板電荷量(q)不變，減小板間距離，則c增大，據(jù)u可知u減小，故c項正確斷開k時，q不變，在兩極板間插入介質(zhì)，則c增大，則據(jù)u可知u減小，故d項錯答案：bc題型三帶電粒子在電容器中的運動問題例3下述為一個觀察帶電粒子在平行板電容器板間電場中的運動狀況的實驗現(xiàn)進行下

13、述操作：圖4第一步，給如圖4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量，使得一個帶電油滴p在兩板間的勻強電場中恰能保持靜止?fàn)顟B(tài)第二步，給電容器繼續(xù)充電使其電量突然增加q1，讓油滴開始豎直向上運動t秒第三步，在上一步基礎(chǔ)上使電容器突然放電q2，觀察到又經(jīng)2t秒后，油滴剛好回到原出發(fā)點設(shè)油滴在運動過程中未與極板接觸求q1和q2的比值解析設(shè)油滴質(zhì)量為m，帶電量為q，電容器板間距離為d，電容量為c.在第一步過程中，設(shè)電容器的充電量為q，板間電壓為u0，場強為e0.受力情況如圖5(1)所示圖5題后反思：綜觀近幾年高考對電場部分考查，特別是新課標(biāo)實施的廣東、海南、山東等省份，總體印

14、象是：回歸經(jīng)典、突出雙基、關(guān)注發(fā)展，試題既保持了良好的連續(xù)性和穩(wěn)定性，又體現(xiàn)出命題的創(chuàng)新性和靈活性新高考的選拔愈來愈注重考查考生的能力和素質(zhì)，所以高考命題愈加明顯地滲透著物理思想、物理方法的考查，上述樣題就是通過對電場中的帶電粒子多運動過程的考查，間接考查了同學(xué)們綜合分析問題的能力解決這類問題的關(guān)鍵是要掌握基本運動的特點中學(xué)物理常見的基本運動有勻速直線運動、勻變速直線運動、平拋運動、勻速圓周運動等，這些基本運動中的任何兩種運動都可以構(gòu)成一個多運動過程問題，所以復(fù)習(xí)時應(yīng)加強此類型的訓(xùn)練，以提高分析和解決問題的能力2010淮南一模)如圖6所示，兩塊豎直放置的平行金屬板a、b，兩板相距d，兩板間電壓

15、為u，一質(zhì)量為m的帶電小球從兩板間的m點開始以豎直向圖6上的初速度v0運動，當(dāng)它到達電場中的n點時速度變?yōu)樗椒较?，大小變?yōu)?v0，求m、n兩點間的電勢差和電場力對帶電小球所做的功(不計帶電小球?qū)饘侔迳想姾删鶆蚍植嫉挠绊?，設(shè)重力加速度為g)1(2009福建高考)圖7如圖7所示，平行板電容器與電動勢為e的直流電源(內(nèi)阻不計)連接，下極板接地一帶電油滴位于電容器中的p點且恰好處于平衡狀態(tài)現(xiàn)將平行板電容器的上極板豎直向上移動一小段距離()a帶電油滴將沿豎直方向向上運動 bp點的電勢將降低c帶電油滴的電勢能將減小d若電容器的電容減小，則極板帶電量將增大解析：本題考查平行板電容器的動態(tài)變化、勻強電場的

16、電勢差與場強關(guān)系、物體的平衡條件等物理規(guī)律及電容、電勢和電勢能等物理概念；意在考查考生對基本規(guī)律和基本概念的理解，以及綜合分析、推理、判斷的能力當(dāng)平行板電容器的上極板豎直向上移動一小段距離時，兩極板之間的距離d增大，由c可知，電容c減小，由于移動過程中兩極板與電源相連，兩極板間的電壓u不變，等于電源的電動勢 e，極板間的場強e場將變小，帶電油滴原來在重力和電場力的作用下平衡，帶電油滴所受的電場力豎直向上，極板移動后，電場力fqe場會變小，油滴所受合力變?yōu)樨Q直向下，油滴將沿豎直方向向下運動，故a項錯誤； 場強e場減小時，p點到電勢為零的負極板的距離dp沒變，由upe場dp，p點的電勢將降低，故選

17、項b正確；由油滴所受電場力方向可知，油滴帶負電，油滴在p點的電勢能pqup，降低up，qup的絕對值減小，則油滴的電勢能增大，故選項c錯誤；由電容的定義式c，u不變c減小時，q要減小，故選項d錯誤答案：b2(2008廣東高考)關(guān)于電容器的電容c、電壓u和所帶電荷量q之間的關(guān)系，以下說法正確的是()ac由u確定bc由q確定cc一定時，q與u成正比dc一定時，q與u成反比解析：由公式c知，c一定時，qu，c正確，d錯誤，電容c是由電容器自身決定的物理量，與q和u無關(guān) ，a、b錯誤答案：c圖83(2008寧夏高考)如圖8所示，c為中間插有電介質(zhì)的電容器，a和b為其兩極板，a板接地；p和q為兩豎直放置

18、的平行金屬板，在兩極間用絕緣線懸掛一帶電小球；p板與b板用導(dǎo)線相連，q板接地開始時懸線靜止在豎直方向，在b板帶電后，懸線偏轉(zhuǎn)了角度.在以下方法中，能使懸線的偏角變大的是()a縮小a、b間的距離b加大a、b間的距離c取出a、b兩極板間的電介質(zhì)d換一塊形狀大小相同、介電常數(shù)更大的電介質(zhì)解析：已知電容器c帶電量不變，a、q兩極均接地，電勢為零，b、p兩極電勢相等當(dāng)ab間距離縮小時，電容器c的電容變大，電壓u變小即b、p兩板電勢減小，即p、q間電壓減小，電場強度e減小，懸線偏角減小，所以a錯誤，b正確取出a、b兩極板間電介質(zhì)時，電容器c的電容變小，電壓u變大，懸線偏角增大，所以c正確當(dāng)換一塊電介常數(shù)更大的電介質(zhì)時，電容器c的電容變大，電壓u變小，懸線偏角減小，所以d錯誤答案：bc4(2008全國高考)一平行板電容器的兩個極板水平放置，兩