xx届高考物理第一轮基础知识电容器、静电现象的应用复习教案

1 / 9 XX 届高考物理第一轮基础知识电容器、静电现象的应用复习教案 本资料为 WoRD 文档，请点击下载地址下载全文下载地址莲 山课件 m 第 4 课时 电容器 静电现象的应用 基础知识归纳 1.静电感应现象 导体放入电场后，导体内部自由电荷在 电场力 作用下做 定向移动 ，使导体两端出现 等量 的正、负电荷的现象 . 2.静电平衡 (1)状态：导体中 (包括表面 ) 没有电荷定向移动 . (2)条件：导体 内部场强处处为零 . (3)导体处于静电平衡状态的特点： 导体表面上任何一点的场强 方向跟该点外表面 垂直 ； 电荷只分布在导体 外表面 ； 整个导体是一个等势体，导体表面是一个等势面 . 3.静电屏蔽 导体球壳内 (或金属网罩内 )达到静电平衡后， 内部场强处处为零 ， 不受外部电场的影响 ，这种现象叫 静电屏蔽 . 4.尖端放电 2 / 9 导体尖端的电荷密度很大，附近场强很强，能使周围气体分子 电离 ，与尖端电荷电性相反的离子在电场力作用下奔向尖端，与尖端电荷 中和 ，这相当于导体尖端失去电荷，这一现象叫尖端放电 .如高压线周围的 “ 光晕 ” 就是尖端放电现象，所以高压设备尽量做得光滑，防止尖 端放电，而避雷针则是利用尖端放电的实例 . 5.电容器 (1)两块互相靠近又彼此绝缘的导体组成的电子元件 . (2)电容器的带电量： 一个极板 所带电荷量的 绝对值 . (3)电容器的充、放电：使电容器带电的过程叫做 充电 ，使电容器失去电荷的过程叫做 放电 . 6.电容 (1)定义：电容器所带电荷量与两极板间电势差的比值叫电容，定义式为 . (2)单位： 法拉 ，符号 F，换算关系为 1F 106F 1012pF . (3)物理意义：电容是描述电容器储存电荷本领大小的物理量，可与卡车的载重量类比 . 7.平行板电容器的电容 电容 c 与平行板正对面积 S 成 正比 ，与电介质的介电常数 r 成 正比 ，与两极板的距离 d 成 反比 ，即 c . 3 / 9 重点难点突破 一、处理平行板电容器内部 E、 U、 Q 变化问题的基本思路 1.首先要区分两种基本情况； (1)电容器始终与电源相连时，电容器两极板电势差 U 保持不变； (2)电容器充电后与电源断开时，电容器所带电荷量 Q 保持不变 . 2.赖以进行讨论的物理依据有三个： (1)平行板电容器电容的决定式 c； (2)平行板电容器内部为匀强电场，所以场强 E Ud； (3)电容器所带电荷量 Q cU. 二、带电粒子在平行板电容器内运动和平衡的分析方法 带电粒子在平行板电容器中的运动与平衡问题属力学问题，处理方法是：先作受力分析和运动状态分析，再结合平衡条件、牛顿运动定律、功能观点进行分析和求解 . 三、电容器在直流电路中的处理方法 电容器是一个储存电荷的元件，在直流电路中，当电容器充放电时，电路中有充放电电流，一旦达到稳定状态，电容器在电路中相当于一个阻值无限大的元件，在电容器处看做断路，简化电路时可去掉它，简化后若要求电容器所带电荷量时，可以在相应的位置补上 . 典例 精析 4 / 9 1.平行板电容器内部 E、 U、 Q 的关系 【例 1】一平行板电容器电容为 c，两极板间距为 d，接到一电压一定的电源上，电容器的带电量为 Q，电容器与电源始终保持连接 .把两极板距离变为，则电容器的电容为 ，两极板电压为 ，电容器带电荷量为 ，两极板的场强为 . 【解析】由于电容器始终接在电源上，因此两极板间电压保持不变，由 c，有 c ，即 cc ，所以 c 2c 由公式 Q cU， U 不变，则 Qc QQ cc 2，即 Q 2Q 由 E Ud， U 一定，则 E EE 2， E 2E 2Ud 【答案】 2c； U； 2Q； 【思维提升】若上题中平行板电容器充电后，切断与电源的连接，电容器 d、 S、 r 变化，将引起电容器 c、 Q、 U、 E怎样变化？可根据切断电源后 Q 不变，再由以下几式讨论 c、U、 E 的变化 . c U 高考资源网 E Ud 【拓展 1】一平行板电容器充电后 S 与电源断开，负极板接地，在两极间有一正电荷 (电荷量很小 )固定在 P 点，如图所5 / 9 示 .以 U 表示两极板间的电压， E 表示两极板间的场强， 表示该正电荷在 P 点的电势能，若保持负极板不动，而将正极板移至图中虚线所示 位置，则 (Ac) 变小， 不变变大， 不变变小， E 不变不变， 不变 【解析】根据充电后与电源断开， Q 不变和 c，有 d ， c ，又 U，即 c ， U 因 E Ud Qcd 所以 E 不变， P 点到极板的距离不变，则 P 点下极板的电势差不变， P 点的电势 P 不变， P 点电势能 Pq不变，所以 A、 c 选项正确 . 2.带电粒子在平行板电容器内运动和平衡的分析 【例 2】如图所示，在空气中水平放置的两块金属板，板间距离 d，电源电压 U 150V.当开关 S 断开，金属板不带电时，极板中的油滴匀速下落，速度为 v0，然后闭合 S，则油滴匀速上升，其速度大小也是 v0，已测得油滴的直径 D 10 6m，油滴密度 103kg/m3. 已知油滴运动时所受空气阻力与油滴速度成正比，不计空气浮力，元电荷 e 10 19c，求油滴的带电荷量 . 【解析】油滴匀速下降，受竖直向下的重力 mg 和向上的空气阻力 Ff 而平衡，有 mg Ff 油滴的质量为 m V 6D3 6 / 9 阻力 Ff kv 把 式代入 式得 6D3g kv0 S 闭合后油滴匀速上升，油 滴受向上电场力 FE 和向下的重力 mg、空气阻力 Ff 平衡，即： FE mg Ff 电场力 FE Eq Udq 空气阻力 Ff kv0 将 式代入 式得 Udq 6D3g kv0 由 两式得 Udq 3D3g 解得 q 10 19c 【思维提升】本题考查了带电粒子在平行板电容器间的运动，属于力学问题 .处理方法是：受力分析后利用平衡条件求解 . 【拓展 2】如图所示， A， B 为平行金属板，两板相距为 d，分别与电源两极相连，两板中央各有一小孔 m、 N，今有一带电质点，自 A 板上方相距 为 d 的 P 点由静止自由下落 (P、 m、N 三点在同一竖直线上 )，空气阻力不计，到达 N 点的速度恰好为零，然后按原路径返回，若保持两板间的电压不变，则(AD) A.若把 A 板向上平移一小段距离，质点自 P 点下落仍能返回 7 / 9 B.若把 B 板向下平移一小段距离，质点自 P 点下落仍能返回 c.若把 A 板向上平移一小段距离，质点自 P 点下落后将穿过N 孔继续下落 D.若把 B 板向下平移一小段距离，质点自 P 点下落后将穿过N 孔继续下落 【解析】当开关 S 一直闭合时， A、 B 两板之间的电压保持不变，当带电质点从 m 向 N 运动时，要克服电场力做功， W qUAB，由题设条件知：质点由 P 到 N 的运动过程中，重力做的功与物体克服电场力做的功相等，即 mg2d qUAB、 c选项中，因 UAB 保持不变，上述等式仍成立，故沿原路返回；B、 D 选项中，因 B 板下移一段距离，保持 UAB 不变，而重力做功增加，所以它将一直下落 .综上所述，正确选项为 A 和D. 3.电容器在直流电路中的处理方法 【例 3】如图所示，电源电压恒为 10V， R1 4 ， R2 6 ，c 30F ，求： (1)闭合开关 S，电路稳定后通过 R1 的电流； (2)电流稳定后，断开开关 S，求通过 R1 的带电量 . 【 解析】 (1)以 U0 表示电源电压，则 S 闭合，电路稳定时电路中的电流强度为 I 104 6A 1A (2)由欧姆定律得 R2 两端电压 U2 为 8 / 9 U2 IR2 16V 6V，此时电容两端电压也为 U2，则其带电量 Q cU2， Q 3010 66c 10 4c 断开 S 后，电容器两端电压为 U0，其带电量则变为 Q cU0 3010 610c 10 4c 故得 S 断开后通过 R1 的总电量为 Q Q Q 10 4c 10 4c 即 Q 10 4c 【思维提升】电路稳定后，由于电容器所在支路无电 流通过，因此与电容器串联的电阻上无电压，当电容器和电阻并联后接入电路时，电容器两端的电压与其并联电阻两端电压相等，电路中的电流电压变化时，会引起充放电 . 【拓展 3】一平行板电容器 c，极板是水平放置的，它与三个可变电阻及电源连接如图电路，有一个质量为 m 的带电油滴悬浮在电容器的两极板之间，静止不动 .现要使油滴上升，可采用的办法是 (cD) A.增大 R1B.增大 R2c.增大 R3D.减小 R2 易错门诊 4.理解导体静电平衡的特点 【例 4】如图，当带正电的绝缘空腔导体 A 的内部通过导线与验电器的小球 B 连接时，验 电器的指针是否带电？ 【错解】因为静电平衡时，净电荷只分布在空腔导体的外表面，内部无电荷，所以，导体 A 内部通过导线与验电器小球9 / 9 连接时，验电器不带电 . 【错因】关键是对 “ 导体的外表面 ” 含义不清，结构变化将要引起 “ 外表面 ” 的变化，这一点要分析清楚 . 【正解】空腔导体 A 的