4、静电现象与电容器

培优堂——你可以更优秀，因为我们更用心——第1页共5页第五讲：静电现象与电容器的电容静电现象的应用知识点一、经典平衡状态下导体的特点1、处于静电平衡状态的导体，内部的电场处处为零。2、处于静电平衡状态的导体，其外部表面附近任何一点的场强方向必与该点的表面垂直。3、处于静电平衡状态的整个导体是个等势体，它的表面是个等势面。知识点二、静电平衡时，导体上的电荷分布特点1、处于静电平衡状态的导体内部没有净电荷，净电荷只分布在导体的外表面上。2、静电平衡时，净电荷在导体表面的分布往往是不均匀的，越尖锐的地方，净电荷分布的密度越大，外部附近的场强也越大，凹陷的位置几乎没有电荷。知识点三、静电平衡的两种情况1、导体外部的电场影响不到导体内部。2、接地导体的内部电场影响不到导体外部。知识点四、处理静电平衡的“观点”1、远近观：“远近观”是指处于静电平衡状态的导体，离场电荷较近和较远的两端将感应出等量的异种电荷，而导体的中间部分可认为无感应电荷产生．2、整体观：“整体观”是指把两个或多个原来彼此绝缘的导体接触或用导线连接时，就可把它们看作是一个大导体，再用“远近观”判断它们的带电情况．典型例题例1、下图中P是一个带电体，N是一个不带电的金属空腔，在哪些情况下，放在绝缘板上的小纸屑(图中S)不会被吸引()例2、一个不带电的空心金属球，在它的球心处放一个正电荷，其电场分布是下图中的哪一个()例3、4如图所示，把原来不带电的金属壳B的外表面接地，将一带正电的小球A从小孔中放入球壳内，但不与B发生接触，达到静电平衡后，则()A．B的空腔内电场强度为零B．B不带电C．B的外表面带正电D．B的内表面带负电培优堂——你可以更优秀，因为我们更用心——第2页共5页电容器和电容1．电容器（1）任何两个彼此绝缘而又相距很近的导体都可以构成电容器．（2）把电容器的两个极板分别与电池的两极相连，两个极板就会带上等量异种电荷．这一过程叫电容器的充电．其中任意一块板所带的电荷量的绝对值叫做电容器的带电量；用导线把电容器的两板接通，两板上的电荷将发生中和，电容器不再带电，这一过程叫做放电．2．电容（1）电容器所带的电量Q跟两极板间的电势差U的比值，叫做电容器的电容，用符号C表示．（2）定义式：C=QU,若极板上的电量增加，此时板间电压增加。（3）单位：法拉，符号：F，与其它单位的换算关系为：１F＝106Fm＝1012pF（4）意义：电容是描述电容器储存电荷本领大小的物理量，在数值上等于把电容器两极板间的电势差增加１V所增加的电量．▲3.平行板电容器⑴一般说来，构成电容器的两个导体的正对面积S越大，距离d越小，这个电容器的电容就越大；两个导体间电介质的性质也会影响电容器的电容．⑵表达式：板间为真空时kd4sc，决定式。插入介质后电容变大re倍：kd4sc，k为静电力常数，称为相对（真空）介电常数．说明：QCU=是电容的定义式，它在任何情况下都成立，式中C与Q、U无关，而由电容器自身结构决定．而kd4sc是电容的决定式，它只适用于平行板电容器，它反映了电容与其自身结构S、ｄ、的关系．4、电容器的充、放电过程(1)充电过程如图1—7—1所示：①充电电流，电流方向为逆时针方向，电流强度由大到小；②电容器所带电荷量增加；③电容器两极板间电压升高；④电容器中电场强度增加；当电容器充电结束后，电容器所在电路中无电流，电容器两极板间电压与充电电压相等；⑤充电后，电容器从电源中获取的能量称为电场能．(2)放电过程①放电电流：电流方向是从正极板流出，电流强度是由大变小；②电容器上电荷量减小；③电容器两极板间电压降低；④电容器中电场强度减弱⑤电容器的电场能转化成其他形式的能．5、关于平行板电容器的两类典型问题用到的公式：UQC、kd4sC、dUE培优堂——你可以更优秀，因为我们更用心——第3页共5页(1)平行板电容器连接在电源两端时，由于电容器始终接在电源上，因此两板间电势差U保持不变，电容器的d、S、εr发生变化，将引起电容器的C、Q、U、E变化．由kdSC4r可知C随d、S、εr变化而变化．由Q＝CU＝kdSr4可知Q也随着d、S、εr变化而变化．由E=U/d知，E随d的变化而变化．(2)平行板电容器充电后，切断与电源的连接，电容器的带电荷量Q保持不变，电容器的d、S、εr变化，将引起C、Q、U、E的变化．由kdSC4r可知C随d、S、εr变化而变化．由SkdQkdSQCQUrr44可知，U随d、S、εr变化而变化．由SkQkSQCdQdUErr44可知，E随S、εr变化而变化．典型例题例4如图1-7-3所示，两板间距为d的平行板电容器与一电源连接，开关S闭合，电容器两板间的一质量为m，带电荷量为q的微粒静止不动，下列各叙述中正确的是（）A．微粒带的是正电B．电源电动势的大小等于qmgdC．断开开关S，微粒将向下做加速运动D．保持开关S闭合，把电容器两极板距离增大，将向下做加速运动例5、如图l—7—6中，是描述电容C、带电荷量Q、电势差U之间的相互关系的图线，对于给定的电容器，关系正确的是()例6、如图1—7—9所示，A、B是平行板电容器的两个极板，B板接地，A板带有电荷量+Q，板间电场中有一固定点P，若将B板固定，A板下移一些；或者将A板固定，B板上移一些，在这两种情况下，以下说法中正确的是()A．A板下移时，P点的电场强度不变，P点电势不变B．A板下移时，P点的电场强度不变，P点电势升高Km图1-7-3图l—7—6图l—7—9培优堂——你可以更优秀，因为我们更用心——第4页共5页C．B板上移时，P点的电场强度不变，P点电势降低D．B板上移时，P点的电场强度减小，P点电势降低例7、一平行板电容器始终与电池相连，现将一块均匀的电介质板插进电容器恰好充满两极板间的空间，与未插电介质时相比()．A．电容器所带的电荷量增大B．电容器的电容增大C．两极板间各处电场强度减小D．两极板间的电势差减小例8、平行板电容器的两极板A、B接于电池两极，一个带正电小球悬挂在电容器内部，闭合开关S，电容器充电，这时悬线偏离竖直方向夹角为θ，如图1—7—14所示．那么()A．保持开关S闭合，带正电的A板向B板靠近，则θ增大B．保持开关S闭合，带正电的A板向B板靠近，则θ椤不变C．开关S断开，带正电的A板向B板靠近，则θ增大D．开关S断开，带正电的A板向B板靠近，则θ不变带电粒子在电场中的运动回顾：1、电场的力的性质：E=F/q2、电场的能的性质：Ep=qWAB=UABq3、是否考虑重力①基本粒子:如电子、质子、α粒子、离子等除有说明或明确的暗示外,一般不考虑重力.②带电颗粒:如液滴、油滴、尘埃、小球等,除有说明或明确暗示外,一般都不能忽略重力.一、带电粒子在电场中的加速如图，不计重力，分析粒子由A板运动到B板时的速度多大。１、动力学方法：由牛顿第二定律：由运动学公式：问：若初速度不为零，则表达式怎么样？问：上面的表达适用于匀强电场，若是非匀强电场呢？2、功能关系：由动能定理：总结：动能定理只考虑始末状态，不涉及中间过程，使用起来比较方便简单。例题1、下列粒子由静止经加速电压为U的电场加速后，哪种粒子动能最大（）哪种粒子速度最大（）A、质子B、电子C、氘核D、氦核图l—7—14ABUdE+Fvq、mmFamqEmdqUadv202adv2mqU2202vmqUv2022121mvmvqU202vmqUv培优堂——你可以更优秀，因为我们更用心——第5页共5页二、带电粒子在电场中的偏转如图，平行两个电极板间距为d，板长为l，板间电压为U，初速度为v0的带电粒子质量为m，带电量为＋q．分析带电粒子的运动情况：假设粒子成功飞出(重力不计)侧移量（偏移量）：偏转角：引导学生分析:侧移量和偏转角与哪些因素有关。例题3、三个电子在同一地点沿、同一直线垂直飞入偏转电场，如图所示。则由此可判断（）A、b和c同时飞离电场B、在b飞离电场的瞬间，a刚好打在下极板上C、进入电场时，c速度最大，a速度最小D、c的动能增量最小，a和b的动能增量一样大过度：通过以上的学习，我们掌握了带电粒子在电场中的加速和偏转过程，若带电粒子既经过了加速又经过了偏转，结果会怎样呢？例题4、如图所示，有一电子(电量为e、质量为m)经电压U0加速后，沿平行金属板A、B中心线进入两板，A、B板间距为d、长度为L，A、B板间电压为U，屏CD足够大，距离A、B板右边缘2L，AB板的中心线过屏CD的中心且与屏CD垂直。试求电子束打在屏上的位置到屏中心间的距离。解答：dUUly0245