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專題三靜電平衡和電容器1、靜電感應(yīng)
把金屬導(dǎo)體放在外電場E0中,由于導(dǎo)體內(nèi)的自由電子受電場力作用而定向移動,使導(dǎo)體表面出現(xiàn)感應(yīng)電荷的現(xiàn)象叫靜電感應(yīng)。E0ABCD--------0E2.靜電平衡---------1、導(dǎo)體中自由電荷在電場力作用下將發(fā)生定向移動.E'E'E'2、導(dǎo)體兩端出現(xiàn)感應(yīng)電荷,感應(yīng)電荷在導(dǎo)體中中產(chǎn)生反方向的附加場.0E---E'----3、感應(yīng)電荷的電場增到與外電場相等時,導(dǎo)體內(nèi)合場強(qiáng)為零。自由電荷的定向移動停止.0E-------E=04、靜電平衡:導(dǎo)體中無電荷定向移動的狀態(tài),就叫靜電平衡狀態(tài).靜電平衡
發(fā)生靜電感應(yīng)的導(dǎo)體,當(dāng)感應(yīng)電荷產(chǎn)生的附加電場E`和原電場E在導(dǎo)體內(nèi)疊加為零,即E`=E時,自由電子停止定向移動,這時導(dǎo)體所處的狀態(tài)叫靜電平衡狀態(tài)。E+----+++E`E---++++++---E合=0+--+概念區(qū)分:弄清楚三個場外場、附加場(感應(yīng)場)、合場強(qiáng)E+----+++E`E---++++++---E合=0+--+3、處于靜電平衡狀態(tài)導(dǎo)體的特點:(1)導(dǎo)體內(nèi)部的場強(qiáng)處處為零(2)整個導(dǎo)體是一個等勢體,表面是一個等勢面3、處于靜電平衡狀態(tài)導(dǎo)體的特點:(1)導(dǎo)體內(nèi)部的場強(qiáng)處處為零(2)整個導(dǎo)體是一個等勢體,表面是一個等勢面(3)導(dǎo)體外部電場線與導(dǎo)體表面垂直++++++++--------E靜電平衡時導(dǎo)體上電荷的分布的特點(1)導(dǎo)體內(nèi)部沒有電荷,電荷只分布在導(dǎo)體的外表面(2)在導(dǎo)體表面,越尖銳的位置,電荷密度(單位面積的電荷量)越大,凹陷的位置幾乎沒有電荷------+++++++
思考:空心導(dǎo)體殼內(nèi)的驗電器箔片會張開嗎?靜電屏蔽:靜電平衡時,空心導(dǎo)體殼可保護(hù)其內(nèi)部區(qū)域不受外電場影響的現(xiàn)象.不會因為導(dǎo)體殼內(nèi)部合場強(qiáng)為零.如圖所示,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CD如圖所示,在水平放置的光滑金屬板中點正上方,有帶正電的點電荷+Q,一表面絕緣帶正電的金屬小球C(可視為質(zhì)點,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.小球受到電場力的沖量為零D.電場力對小球做功為零BD例2:如圖所示接地金屬球A的半徑為R,球外點電荷的電量為Q,到球心的距離為r,該點電荷的電場在球心的場強(qiáng)等于多少?QRrA注意:E、E`和E合的區(qū)別oE是點電荷Q產(chǎn)生的電場(即外電場),E`是感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場(附加場),E合是兩個電場疊加后的合電場例3.為一空腔球形導(dǎo)體(不帶電),現(xiàn)將一個帶正電的小金屬球放入腔中,當(dāng)靜電平衡時,圖中A、B、C三點的場強(qiáng)E和電勢φ的關(guān)系是:()·QABcD解析:畫出靜電平衡時空間的電場線分布,各點的場強(qiáng)大小和電勢高低一目了然.(等效和疊加思想)4、電容(1)定義:電容器所帶電量Q與電容器兩極板間的電勢差U的比值,叫電容器的電容。符號:C(2)定義式:
Q指每一個極板帶電量絕對值,U表示電容器兩板的電勢差—電壓。理解:電容與Q、U無關(guān),由電容器本身決定。4、電容(3)單位
國際單位:法拉-法(F),1F=1C/V
常用單位:微法(μF);皮法(pF)(4)物理意義
電容是一個反映電容器容納電荷本領(lǐng)大小的物理量。5、平行板電容器的電容實驗研究實驗結(jié)論:平行板電容器的電容C跟相對介電常數(shù)成正比,跟極板正對面積S成正比,跟極板間的距離d成反比。公式:6、平行板電容器的動態(tài)分析(1)電容器兩板電勢差U保持不變(與電源連接)(2)電容器的帶電量Q保持不變(與電源斷開)討論依據(jù):Q=CU典型例題例4.平行板電容器保持與直流電源兩極連接,充電平衡后,兩極板間的電壓為U,電荷量為Q,兩極板間場強(qiáng)為E,電容為C,現(xiàn)將兩極板間距離減小,則引起變化的情況是()A.Q變大B.C變大C.E不變
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