6第3课时 静电现象 电容器及其电容

第3课时一、静电现象 1.静电感应

静电现象

电容器及其电容

把金属导体放在外电场E中,导体内的自由电子 由于受电场 力作用而 重新分布的现象叫做静电感应. 2.静电平衡 发生静电感应的导体在自由电子定向移动停止时的状态称

为静电平衡状态.3.静电屏蔽 在静电屏蔽现象中,金属网罩可以使罩内不受外界 电场的影

响.如果把金属罩接地 还可以使罩内的带电体对外界不发生影响.

6第3课时 静电现象 电容器及其电容

二、电容器、电容 1.电容器

(1)组成:由两个彼此 绝缘又相互靠近 的导体组成.(2)带电量:一个极板所带电量的绝对值. (3)电容器的充、放电

充电:使电容器带电的过程,充电后电容器两板带上等量的异种电荷,电容器中储存电场能 . 放电:使充电后的电容器失去电荷的过程,放电过程中 电场 能转化为其他形式的能.

6第3课时 静电现象 电容器及其电容

2.电容

(1)定义:电容器所带的 电荷量Q 与电容器两极板间的电势差U的比值. (2)定义式: C Q (3)物理意义:表示电容器容纳电荷 本领大小的物理量. (4)单位:法拉(F)U

1 F=106 μ F=102 pF

6第3课时 静电现象 电容器及其电容

3.平行板电容器 (1)影响因素:平行板电容器的电容与正对面积成正比,与介

质的介电常数成正比,与两板间的距离 成反比. S (2)决定式:C= r ,k为静电力常量. 4 kd 特别提醒电容器的电容大小是由本身的特性决定的,与极板间电压以及 电容器带电多少,带不带电荷无关.

6第3课时 静电现象 电容器及其电容

热点聚焦热点一 静电平衡的实质及其特点1.静电平衡的实质 将不带电的金属导体放入场强为E0的静电场中,导体内自由电 子便受到与场强E0方向相反的电场力作用,除了做无规则热运

动外,自由电子还要受电场力,并向电场E0的反方向做定向移动(图1甲所示),并在导体的一个侧面集结,使该侧面出现负电 荷,而相对的另一侧出现“过剩”的等量的正电荷(如图1乙所 示),等量异种电荷形成一附加电场E′.当附加电场与外电场 的合场强为零时,即E′的大小等于E0的大小而方向相反时(如 图1丙所示),自由电子的定向移动停止,这时的导体处于静电 平衡状态.

6第3课时 静电现象 电容器及其电容

图1 2.处于静电平衡状态的导体具有以下特点 (1)导体内部的场强(E0与E′的合场强)处处为零,E内=0;

(2)整个导体是等势体,导体的表面是等势面;(3)导体外部电场线与导体表面垂直; (4)静电荷只分布在导体外表面上,且与导体表面的曲率有关.

6第3课时 静电现象 电容器及其电容

热点二 平行板电容器的动态分析 1.主要的理论论据(1)平行板电容器的电容C与板距d、正对面积S、介质介电 S 常数ε 间的关系C= . 4k d U (2)平行板电容器内部是匀强电场,所以场强E= . d (3)电容器所带电荷量Q=CU.

(4)由以上三式得E= 4k Q ,该式常用于Q保持不变的情况中. S

2.电容器的动态分析方法

主要分两种情况(1)平行板电容器充电后,继续与

电源的两极相连,因此两 极板间的电压不变,当电容器的d、S、ε 变化时,将引起 电容器的C、Q、E的变化.(U不变)

6第3课时 静电现象 电容器及其电容

S S 即C 4k d d SQ UC d U 1 E d d(2)平行板电容器充电后,切断与电源的连接,因此电容器带电 荷量Q不变,当电容器的d、S、ε 变化时,将引起电容器的C、 U、E变化.(Q不变)

6第3课时 静电现象 电容器及其电容

S S 即C 4k d dQ d U C S 4k Q 1 E S S特别提示 在分析平行板电容器的电容及其他参量的动态变化时,有两个 技巧:(1)紧抓“不变量”即“控制变量法”;(2)选择合适的公

式分析.

6第3课时 静电现象 电容器及其电容

题型探究题型1 感应起电问题 【例1】 如图2所示,将带电棒移近两个不带 电的导体球甲、乙,两个导体球开始时互 相接触且对地绝缘,下述几种方法中能使 两球都带电的是 A.先把两个球分开,再移走带电棒 ( ) 图2

B.先移走带电棒,再把两个球分开C. 先使甲球瞬时接触地,再移走带电棒 D.使带电棒与甲球瞬时接触,再移走带电棒 解析 先把两个小球分开,再移走带电棒,这是感应起电, 两球带上了异种电荷,故A正确;先移走带电棒,甲、乙球上

6第3课时 静电现象 电容器及其电容

电荷中和,均不带电,B错误;先使甲球瞬时接触地,再移走棒,也 是感应起电,两球带上了同种电荷(与带电棒电荷异性,两个球 上与带电棒同性的电荷被排斥到大地中),C正确;使带电棒与甲 球瞬时接触,再移走带电棒,这是接触起电,甲、乙两球带上了

同种电荷, D正确.答案方法提炼 起电问题的分析方法:

ACD

(1)使物体带电的三种方式:①摩擦起电;②感应起电;③接触带电. (2)感应起电实质上是导体的静电平衡问题,不带电体放入电场 中,电荷重新分布,将此物体分为两部分则每部分都带电,或将 此物体接地,物体也会带电.

6第3课时 静电现象 电容器及其电容

变式练习1

如图3所示的是一个带正电的验电器,当一个金属

球A靠近验电器上的金属小球B时,验电器中金属箔片的张角减

小,则A.金属球A可能不带电 B.金属球A一定带正电 C.金属球A可能带负电 D.金属球A一定带负电 解析

(

)

图3

验电器上的金属箔片和金属球都带有正电荷,金属箔片

之所以张开,是由于箔片上的正电荷互相排斥造成的.当验电器 金属箔片的张角减小时,说明箔片上的正电荷一定比原来减少

了,由于金属球A只是靠近验电器而没有与验电器上的金属球B发生接触,要考虑感应起电的影响.当金属球A靠近时,验电器的

6第3课时 静电现象 电容器及其电容

金属球B、金属杆包括金属箔片整体相当于一个导体,金属球A离金属球B较近,而离金属箔片较远.如果金属球A带正电,验电 器上的正电荷一定向远处移动,则金属箔片上的电荷量不会减少, 所以选项B是错误的.如果金属球A带负电,验电器上的正电荷会 由于引力作用向近端移动,造成金属箔片上的电荷量减少,所

以

选项C是正确的.如果金属球A不带电,由于受到金属球B上正电荷的影响,金属球A上靠近B的部分也会由于静电力的作用出现 负电荷,而这些负电荷反过来会使得验电器上的正电荷向金属球 B移动,效果与金属球A带负电荷一样.所以选项A也是正确的,选 项D是错误的. 答案 AC

6第3课时 静电现象 电容器及其电容

题型2

电容器两类动态问题分析

【例2】

如图4所示,一平行板电容器充电后与电源断开,负极

板接地,在两极板间有一正电荷(电荷量很小)固定在P点.以E 表示两极板间的场强,U表示电容器的电压,Ep表示正电荷在P 点的电势能.若保持负极板不动,将正极板移到图中虚线所示 位置,则 ( )

图4A.U变小,E不变 C.U变大,Ep不变 B.E变大,Ep不变 D.U不变,Ep不变

6第3课时 静电现象 电容器及其电容

思路点拨电荷量.

解决平行板电容器的动态变化问题,首先要抓住不

变量,然后利用物理量之间的关系求解,本题不变量是电容器的

解析C

Q U Q 4k Q 可知 ，Q 不变 ，U 变小 ； 又E ,由于 Q不变 ， S U d Cd S

将正极板移到图中虚线所示的位置时,电容变大,根据

恒定,则场强E不变;由于场强E不变,P点与下极板电势差U=Ed 不变,所以P点电势 P不变,Ep不变.由以上分析可知选项A正 确.(对于场强E的分析,不能直接利用E= 也减小,无法确定E的变化). 答案 AU d

分析,因为U减小,d

6第3课时 静电现象 电容器及其电容

【拓展探究】

例2中,若保持正极板不动,将负极板向上平移

一定距离,结论如何Q 解析 负极板向上平移,电容变大,由C= 可知,U变小;又 U U Q 4k Q E ,由于 Q不变, S不变，则E不变;P点与下

d Cd S 极板电势差U=Ed,d变小,故U变小,即答案 A

P 变小,Ep变小.

6第3课时 静电现象 电容器及其电容

规律总结

6第3课时 静电现象 电容器及其电容

变式练习2

如图5所示,用电池对电容器充电,电路a、b之间

接有一灵敏电流表,两极板之间有一个电荷q处于静止状态.

现将两极板的间距变大,则A.电荷将向上加速运动

(

)

B.电荷将向下加速运动C.电流表中将有从a到b的电流

D.电流表中将有从b到a的电流

图5

6第3课时 静电现象 电容器及其电容

解析

充电后电容器的上极板A带正电.不断开电源,增大两板U d

间距,U不变、d增大.由E= 知两极板间场强减小.场强减小会使电荷q受到的电场力减小,电场力小于重力,合力向下,电荷q S 向下加速运动.由C= 知电容C减小.由Q=CU知极板所带电 4 kd

荷量减少.会有一部分电荷返回电源,形成逆时针方向的电流, 电流表中将会有由b到a的电流,选项B、D正确.

答案

BD