静电现象 电容器

1、14 4 静电现象静电现象 电容器电容器2 1.静电平衡静电平衡 (1)导体中导体中(包括表面包括表面) 状态叫做静电状态叫做静电平衡状态平衡状态.静电平衡的实质是：外电静电平衡的实质是：外电场和场和 产生的电场所叠加产生的电场所叠加的合场强为零的合场强为零.没有电荷定向移动的没有电荷定向移动的感应电荷感应电荷3 (2)导体处于静电平衡状态的特点：导体处于静电平衡状态的特点： 导体内部的场强导体内部的场强 ； 导体是一个等势体，导体表面是一导体是一个等势体，导体表面是一个个 ，在静电平衡导体内和导体，在静电平衡导体内和导体上移动电荷，电场力上移动电荷，电场力 ；处处为零处处为零等势面等势面不做

2、功不做功4 净电荷只分布在导体的净电荷只分布在导体的 表面，导体表面，导体内部没有净电荷内部没有净电荷.对于空腔导体，在其内部对于空腔导体，在其内部无其他带电体的情况下，电荷只分布在外无其他带电体的情况下，电荷只分布在外表面表面.在导体表面，越尖锐的位置在导体表面，越尖锐的位置(表面曲表面曲率率1/R越大越大)，电荷的面密度，电荷的面密度(单位面积上单位面积上分布的电荷量分布的电荷量) ，凹陷的位置，几乎，凹陷的位置，几乎没有电荷分布没有电荷分布. 导体表面处的场强不为零，表面上任一导体表面处的场强不为零，表面上任一点的场强方向与该点所在的切面点的场强方向与该点所在的切面 . 达到静电平衡的时

3、间极短，达到静电平衡的时间极短，10-9s越大越大垂直垂直外外5 2.尖端放电尖端放电 (1)空气的电离：空气中的少量空气的电离：空气中的少量带电粒子在带电粒子在 的作用下发的作用下发生剧烈的运动，使中性空气分子生剧烈的运动，使中性空气分子中的正负电荷中的正负电荷 ，这个现象叫，这个现象叫做空气的电离做空气的电离.强电场强电场分离分离6 (2)尖端放电：导体尖端的电荷密尖端放电：导体尖端的电荷密度度 ，附近的电场，附近的电场 ，使得空，使得空气中的中性分子气中的中性分子 ，而电离后那些所，而电离后那些所带电荷与导体尖端的电荷电性相反的粒带电荷与导体尖端的电荷电性相反的粒子，由于被吸引而奔向尖端

4、，与尖端上子，由于被吸引而奔向尖端，与尖端上的电荷的电荷 ，这个现象叫做尖端放电，这个现象叫做尖端放电. (3)尖端放电的应用：避雷针尖端放电的应用：避雷针.很大很大很强很强电离电离中和中和7 3.静电屏蔽静电屏蔽 （1）一个接地的空腔导体，腔外电一个接地的空腔导体，腔外电场对腔内空间场对腔内空间 影响，腔内带影响，腔内带电体对腔外空间电场电体对腔外空间电场 影响，这就影响，这就是静电屏蔽是静电屏蔽.（全屏蔽）（全屏蔽） （2）空腔导体未接地时，腔内带电空腔导体未接地时，腔内带电体对腔外空间将产生影响体对腔外空间将产生影响.（半屏蔽）（半屏蔽）不产生不产生不产生不产生8 说明：说明：在静电屏蔽

5、现象中，空腔导体可在静电屏蔽现象中，空腔导体可以使腔内不受外电场影响，但并不是在以使腔内不受外电场影响，但并不是在腔内没有外电场，而是空腔导体上产生腔内没有外电场，而是空腔导体上产生的的 的电场与外电场抵消，从的电场与外电场抵消，从而使外电场不对腔内产生影响而使外电场不对腔内产生影响. 4.静电的应用与防止实例静电的应用与防止实例 应用：除尘、复印、喷涂应用：除尘、复印、喷涂 防止：放电会引起火灾，故在油罐、纺防止：放电会引起火灾，故在油罐、纺织厂等处要有防范措施织厂等处要有防范措施.感应电荷感应电荷9 1.怎样分析静电平衡问题？怎样分析静电平衡问题？ 各种物质的原子核对电子的束缚能力不同，各

6、种物质的原子核对电子的束缚能力不同，因而物质得失电子的本领也不同因而物质得失电子的本领也不同.金属导体金属导体的外层电子容易丢失，其体内存有大量自的外层电子容易丢失，其体内存有大量自由电子，所以金属容易导电由电子，所以金属容易导电.绝缘体内的电绝缘体内的电子受到原子核的束缚力大，其体内没有自子受到原子核的束缚力大，其体内没有自由电子，所以它不容易导电，但是利用强由电子，所以它不容易导电，但是利用强电力作用、高温等方法可以使一部分电子电力作用、高温等方法可以使一部分电子摆脱原子核的束缚，成为自由电子，于是摆脱原子核的束缚，成为自由电子，于是绝缘体变成了导体绝缘体变成了导体.10 导体的特点是其体

7、内存有大量自由电导体的特点是其体内存有大量自由电子，它们在电场作用下可以移动，从而改子，它们在电场作用下可以移动，从而改变电荷分布；反过来，电荷分布的改变又变电荷分布；反过来，电荷分布的改变又会影响到电场分布会影响到电场分布 当导体处在电场中时，其内部的自由当导体处在电场中时，其内部的自由电荷在电场力的作用下将发生定向移动，电荷在电场力的作用下将发生定向移动，出现重新分布，导体两端出现等量正负感出现重新分布，导体两端出现等量正负感应电荷，感应电荷产生感应电场，随着正应电荷，感应电荷产生感应电场，随着正负感应电荷积累的增加，负感应电荷积累的增加，11 感应电场逐渐增强，最终将感应电场逐渐增强，最

8、终将与原电场在导体内部相互抵消，与原电场在导体内部相互抵消，使导体内部合场强为零，导体内使导体内部合场强为零，导体内（包括表面）的自由电荷定向运（包括表面）的自由电荷定向运动停止（自由电荷的热运动还会动停止（自由电荷的热运动还会继续进行），电场分布不随时间继续进行），电场分布不随时间变化，从而达到静电平衡状态变化，从而达到静电平衡状态.导体表面附近场强垂直于导体表导体表面附近场强垂直于导体表面面.12 导体处于静电平衡状态可以没有外电导体处于静电平衡状态可以没有外电场场.孤立带电导体处在本身电荷产生的电孤立带电导体处在本身电荷产生的电场中而处于静电平衡状态场中而处于静电平衡状态. 善于利用电场

9、线分析问题，有正电荷善于利用电场线分析问题，有正电荷的地方是电场线的起始点，有负电荷的地的地方是电场线的起始点，有负电荷的地方是电场线的终止点，场强为零处不会有方是电场线的终止点，场强为零处不会有电场线，顺着电场线电势降低电场线，顺着电场线电势降低.13 1.静电现象静电现象 如图所示，把原来不带电的金属球壳如图所示，把原来不带电的金属球壳B的外壳表面接地，将一带正电的小球的外壳表面接地，将一带正电的小球A从小孔放入球壳内，但不与从小孔放入球壳内，但不与B发生接触，发生接触，达到静电平衡后达到静电平衡后( ) A.B的空腔内电场强度为零的空腔内电场强度为零 B.B不带电不带电 C.B的内外表面

10、电势相等的内外表面电势相等 D.B带负电带负电CD14 如图所示，在水平放置的光滑金属如图所示，在水平放置的光滑金属板中点正上方，有带正电的点电荷板中点正上方，有带正电的点电荷+Q，一表面绝缘带正电的金属小球一表面绝缘带正电的金属小球C(可视为质可视为质点，且不影响原电场点，且不影响原电场)，以初速度，以初速度v0自左自左向右运动，则在运动过程中向右运动，则在运动过程中( ) A.小球先减速后加速小球先减速后加速 B.小球做匀速直线运动小球做匀速直线运动 C.小球受到电场力的冲量为零小球受到电场力的冲量为零 D.电场力对小球做功为零电场力对小球做功为零BD15 如图中，实心金属球如图中，实心金

11、属球A半径为半径为R，带电量为带电量为Q，点电荷，点电荷B带电量为带电量为q，B与与A球的球心间的距离为球的球心间的距离为r，当，当B不存在而不存在而只有只有A存在且达到静电平衡时，电荷存在且达到静电平衡时，电荷Q在球心在球心O处的电场强度等于处的电场强度等于 ；当点电；当点电荷荷B也同时存在并达到静电平衡时，球也同时存在并达到静电平衡时，球心心O处的电场强度等处的电场强度等 于于 ，金属球上的电，金属球上的电 荷在球心荷在球心O处产生的场处产生的场 强的大小等于强的大小等于 .002qkr16 如图所示，金属球壳如图所示，金属球壳A外有一带正电外有一带正电的点电荷的点电荷B，当闭合开关，当闭

12、合开关S使球壳的使球壳的内表面接地时（内表面接地时（ ） A导线中有方向向下的电流导线中有方向向下的电流 B导线中没有电流导线中没有电流 C球壳的电势开始变小球壳的电势开始变小 D球壳上净电荷将变成负的球壳上净电荷将变成负的ACD17 5.电容器电容器 (1)基本结基本结构：构： . . (2)带电特点：两板电带电特点：两板电荷荷 ，分布在两板的内侧，分布在两板的内侧.一个一个极板所带电量的绝对值叫做电容器的电极板所带电量的绝对值叫做电容器的电量量. 由两块彼此绝缘，互相由两块彼此绝缘，互相靠近的导体组成靠近的导体组成等量异号等量异号18 (3)工作状态：工作状态： 和和 . 是使电容器带电的

13、过程，是使电容器带电的过程， 是使充电是使充电后的电容器失去电荷的过程后的电容器失去电荷的过程.充电时充电时I充充减减小、小、Q增大、增大、E增大、增大、U增大、电源电能增大、电源电能转化为电场能；放电时转化为电场能；放电时I放放增大、增大、Q减小、减小、U减小、减小、E减小，电场能转化其他形式能减小，电场能转化其他形式能.充电充电放电放电充电充电放电放电19 (4)板间电场：不考虑边缘效应，板间形板间电场：不考虑边缘效应，板间形 成成 电电 场，场场，场 强强 大大 小小 ，方，方 向向 . (5)击穿电压：也叫耐压值，指它所能承击穿电压：也叫耐压值，指它所能承受受 的的 最最 大电压大电压

14、 ；接交；接交 流时，交流时，交 流电流电的的 不能超过其击穿电压，击穿不能超过其击穿电压，击穿电压大于电容器的额定电压电压大于电容器的额定电压.匀强匀强E=U/d垂直板面，从正极板指向负极板垂直板面，从正极板指向负极板最大值最大值20 (6)常见电容器的分类与构造常见电容器的分类与构造 纸质电容器纸质电容器 电解电容器电解电容器 聚氯乙烯电容器聚氯乙烯电容器 可变：动片与定片可变：动片与定片固定固定21 6.电容电容表示电容器容纳电荷本领的物表示电容器容纳电荷本领的物理量理量 (1)定义式：定义式：C= = . (2)单位：单位： ，1F= F= pF. (3)平行板电容器的电容的决定式：平

15、行板电容器的电容的决定式：C= . (4)电容器的电容由其本身的性质决定电容器的电容由其本身的性质决定（导体大小、形状、相对位置及电介质）（导体大小、形状、相对位置及电介质）决定，与电容器电荷量，电势差决定，与电容器电荷量，电势差 .QUQU法拉法拉(F)1061012S/4kd无关无关22 （5）电容的连接：电容的连接： （6）电容器两种典型问题的讨论：电容器两种典型问题的讨论： 保持两极板与电源连接，则电容器两保持两极板与电源连接，则电容器两极板间的电压不变（等于电源电动势）：极板间的电压不变（等于电源电动势）：Q=CUC，而，而 充电后断开电源，则带电荷量充电后断开电源，则带电荷量Q不变

16、：不变：14SSUCEkdddd，1,.SdCUEdSS23 2.怎样分析电容器的动态变化？怎样分析电容器的动态变化？ (1)先分清是先分清是Q与与U中的哪个量恒定不中的哪个量恒定不变：一直与电源连接时变：一直与电源连接时U不变，充电不变，充电后与电源断开时后与电源断开时Q不变不变. (2)用决定式用决定式C=S/4kd判断电容判断电容C的变化的变化.24 (3)由定义式由定义式 判断判断Q与与U中发生中发生变化的量的变化变化的量的变化. (4)由由 (U不变时不变时)或或 (Q不变时不变时)分析场强的变化分析场强的变化.其中因为其中因为 所以所以QCUUEdQES4UQkQEdCdS，.QE

17、S25 3.怎样求平行板电容器中电荷在某点的电怎样求平行板电容器中电荷在某点的电势和电势能？势和电势能？ 选定某一极板为零电势，用选定某一极板为零电势，用=Ed计算电场中某点的电势及判断其变化，其计算电场中某点的电势及判断其变化，其中中d为该点到零电势极板的垂直距离，当为该点到零电势极板的垂直距离，当该点垂直指向零电势极板的方向与电场方该点垂直指向零电势极板的方向与电场方向相同时取向相同时取“+”，反之取，反之取“-”. 由由Ep=q，进一步判断电荷，进一步判断电荷q在电场在电场中该点的电势能中该点的电势能Ep的变化，此时要注意的变化，此时要注意Ep、q和和都有正负之分都有正负之分.26 4.

18、电容式传感器的原理是怎样的？电容式传感器的原理是怎样的？ 电容器的电容电容器的电容C决定于极板正对面积决定于极板正对面积S，极板间距离极板间距离d以及极板间的介质这几个以及极板间的介质这几个因素，如果某一物理量因素，如果某一物理量(如角度如角度、位移、位移x、深度、深度h)的变化能引起电容的变化，的变化能引起电容的变化，那么，通过测定电容器的电容就可以确那么，通过测定电容器的电容就可以确定上述物理量的变化，这一种用途的电定上述物理量的变化，这一种用途的电容器称为电容式传感器容器称为电容式传感器.27 2.平行板电容器的动态分析平行板电容器的动态分析 图图(a)是某同学设计的电容式速度传是某同学设计的电容式速度传感器原理图，其中上板为固定极板，下板感器原理图，其中上板为固定极板，下板为待测物体，