2017-2018学年高中物理 第一章 静电场 6 电容器和电容 7 静电的应用及危害学案 教科版选修3-1

1、6.电容器和电容7.静电的应用及危害学 习 目 标知 识 脉 络1.知道什么是电容器以及常见的电容器知道电容器充电和放电的含义2理解电容的概念及其定义式C，并能进行有关运算(重点、难点)3知道平行板电容器的电容与哪些因素有关，了解公式C并能用其讨论分析有关问题(难点)4了解静电现象，知道静电的应用和危害.电 容 器 和 电 容1电容器(1)构造：两个彼此绝缘又相互靠近的导体就可以组成一个电容器如两块平行金属板正对、靠近且两板间充满绝缘物质(电介质)，这两板就组成了平行板电容器(2)电容器的带电荷量：是指其中一个极板所带电荷量的绝对值(3)电容器的充电和放电(如图161所示)：图161充电：使电

2、容器两个极板带上等量异种电荷的过程叫做充电放电：使充电后的电容器两极板的异种电荷中和的过程叫做放电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，公式为C.(2)物理意义表示电容器容纳电荷本领的大小(3)单位在国际单位制中是法拉(F)，1 F1 C/V,1 F106F1012 pF.1电容大的电容器带电荷量一定多()2电容为C的电容器所带电荷量为Q，若电荷量增大为2Q，则电容变为2C.()3电容器的一个极板带正电荷，另一极板带等量负电荷，其带电荷量指的是一个极板上电荷量的多少()给电容器充电时，电容器所带电荷量增加，两极板间的电场强度怎样变化？储存的电能怎样变化？【提示】

3、电场强度增大，储存的电能增加照相机的电子闪光灯能发出强烈的闪光，这时通过闪光灯的电流相当大，有时可达几千安图162探讨1：照相机的电源能够提供的电流却非常小，为何电子闪光灯能发出强烈的闪光？【提示】这是因为照相机中有电容器，照相机中的电源先给电容器充电，当闪光灯被触发后，电容器中储存的能量瞬间释放出来，从而使灯管内气体发出耀眼的白光探讨2：电子闪光灯发光的过程是充电还是放电？其电容变吗？【提示】放电过程不变 1电容器的充放电过程充电过程放电过程电流流向电流变化减小减小极板电量增加减小板间电场增强减弱结果板间电压与电源相同两极板带等量异种电荷板间电压为零极板电荷中和2.对电容的定义式C的理解(1

4、)电容由电容器本身的构造决定电容器的电容是反映电容器容纳电荷本领的物理量，用比值C来定义，但电容的大小与Q、U无关，是由电容器本身的构造决定的(2)通过QU图像理解，如图163所示，QU图像是一条过原点的直线，其中Q为一个极板上所带电荷量的绝对值，U为两板间的电势差，直线的斜率表示电容大小因而电容器的电容也可以表示为C，即电容的大小在数值上等于两极板间的电压增加(或减小)1 V所增加(或减小)的电荷量图163一个平行板电容器，使它每板电荷量从Q130106 C增加到Q236106 C时，两板间的电势差从U110 V增加到U2，求：(1)这个电容器的电容多大？(2)U2为多少？(3)如要使两极板

5、电势差从10 V降为U26 V，则每板需减少多少电荷量？【解析】(1)电容器的电容C F3106 F3 F.(2)因为电容器的电容不变，所以U2 V12 V.(3)根据电容的定义，它等于每增加(或减少)1 V电势差所需增加(或减少)的电荷量，即C，要求两极板间电势差降为6 V，则每板应减少的电荷量为QCU3106(106) C12106 C.【答案】(1)3 F(2)12 V(3)12106 C某平行板电容器的电容为C，带电荷量为Q，相距为d，今在板间中点放一个电荷量为q的点电荷，则它受到的静电力的大小为() 【导学号：】A.B.C. D.【解析】根据公式C，E，FEq可得该电荷受到的静电力大

6、小为F，故选项C正确【答案】C两个公式的应用公式C是公式C的推论，在解析有关电荷变化量或极板间电压变化量的题目中，应用C比应用C更便捷解题时，两个公式要灵活应用平 行 板 电 容 器 的 电 容 、 常 用 电 容 器1平行板电容器(1)结构由两个相互平行且彼此绝缘的金属板构成(2)电容的决定因素电容C与两极板间的相对介电常数成正比，跟极板的正对面积S成正比，跟极板间的距离d成反比(3)电容的决定式C，r为电介质的相对介电常数当两极板间是真空时：C，式中k为静电力常量2常用电容器(1)分类(2)电容器的额定电压和击穿电压额定电压：电容器能够长期正常工作时的电压击穿电压：电介质被击穿时在电容器两

7、极板上的极限电压，若电压超过这一限度，则电容器就会损坏1加在电容器两极板间的电压能超过击穿电压()2电容器外壳上标的是额定电压()3将电介质插入平行板电容器时，电容器的电容将变小()在选用电容器时应注意什么问题？【提示】要注意电容器上所标的两个参数即电容和额定电压在研究“影响平行板电容器电容大小的因素”的实验中，连入了静电计图164探讨1：静电计的作用是什么？【提示】用静电计测量已经充电的平行板电容器两极间的电势差U，从指针偏转角度的大小可推知U的大小探讨2：d变时，极板上电荷量有何特点？【提示】保持不变1板间电场强度的两个公式(1)板间电压与电场强度的关系公式：E.(2)板间电场强度的决定公

8、式：E(或E)，即板间电场强度正比于电荷的面密度(公式的推导：E，所以E)2平行板电容器的两类典型问题两类问题始终与电源连接充电后与电源断开不变量U不变Q不变自变量dS因变量E，d变大，E变小；d变小，E变大EQ，S变大，E变小；S变小，E变大QU，d变大，Q变小；d变小，Q变大UQ，S变大，U变小；S变小，U变大(多选)如图165所示，用静电计可以测量已充电的平行板电容器两极板之间的电势差U，现使B板带正电，则下列判断正确的是() 【导学号：】图165A增大两极板之间的距离，指针张角变大B将A板稍微上移，静电计指针张角将变大C若将玻璃板插入两板之间，则静电计指针张角变大D若将A板拿走，则静电

9、计指针张角变为零【解析】电容器上所带电荷量一定，由公式C知，当d变大时，C变小，再由C得U变大；当A板上移时，正对面积S变小，C也变小，U变大；当插入玻璃板时，C变大，U变小；当将A板拿走时，相当于使d变得更大，C更小，故U应更大，故选项A、B正确，选项C、D错误【答案】AB如图166所示，先接通开关S使电容器充电，然后断开开关S.当增大两极板间距离时，电容器所带电荷量Q、电容C、两板间电势差U、电容器两极板间场强E的变化情况是()图166AQ变小，C不变，U不变，E变小BQ变小，C变小，U不变，E不变CQ不变，C变小，U变大，E不变DQ不变，C变小，U变小，E变小【解析】电容器充电后再断开开

10、关S，其所带的电荷量不变；由C可知，d增大时，C变小；又因为U，所以U变大；对于场强E，由于E，U，所以E.由以上分析可知，间距d增大，E不变因此C正确【答案】C一平行板电容器两极板之间充满云母介质，接在恒压直流电源上若将云母介质移出，则电容器() 【导学号：】A极板上的电荷量变大，极板间的电场强度变大B极板上的电荷量变小，极板间的电场强度变大C极板上的电荷量变大，极板间的电场强度不变D极板上的电荷量变小，极板间的电场强度不变【解析】平行板电容器电容的表达式为C，将极板间的云母介质移出后，导致电容器的电容C变小由于极板间电压不变，据QCU知，极板上的电荷量变小再考虑到极板间电场强度E，由于U、

11、d不变，所以极板间电场强度不变，选项D正确【答案】D对平行板电容器定性分析的解题步骤：(1)确定不变量.电容器与电源相连时，电压U不变；电容器充电后与电源断开时，所带电荷量Q不变.(2)根据决定式C和S、r、d的变化分析平行板电容器电容的变化.(3)根据定义式C分析电容器所带电荷量Q或两极板间电压U的变化.(4)用E或Ef(Q,S)分析电容器两极板间场强的变化，或根据电容器带电量Q的变化分析回路中的电流方向.静 电 的 应 用 及 危 害1静电的应用静电可以被人们利用，例如静电喷涂、静电屏蔽、静电除尘、静电复印机、激光打印机等都用到了静电现象其中，激光打印机是利用正负电荷相互吸引的原理制成的2

12、静电的危害由于静电极易产生并且能形成较高的电压，所以静电有时给人类生活和生产带来危害和麻烦例如，雷电可造成人畜伤亡、造成安全事故、引起森林大火、干扰无线电通信等；静电放电可引起爆炸和火灾，造成电磁干扰、击穿集成电路和电子元件等3防止静电危害的方法(1)要尽快导走多余电荷，避免静电积累最简单又最可靠的办法是用导线把设备接地如大型油罐车下部拖的铁链，就起到这样的作用(2)调节空气的湿度，让积累的电荷容易随时放出，无法进一步积累，也是防止静电危害的有效方法(3)在易燃易爆气体和粉尘聚集的场所保持良好的通风，清除静电火花的积累也是十分重要的防静电措施1油罐车后面拖一条接地铁链是将静电导入大地，避免电荷

13、积累()2对于易产生静电的机械零件，尽量使用导体材料()3避雷针安装在高大建筑物的顶端，而不必接地()避雷针为什么可以防止雷击？图167【提示】避雷针可以通过尖端放电，使电荷不断向大气释放中和空气中的电荷，达到避免雷击的目的探讨：你知道家用电视机、收音机外壳的制作材料为何一般是塑料，而不用金属的主要原因吗？图168【提示】若用金属制作家用电视机、收音机外壳，用电器的金属外壳就形成静电屏蔽，电磁信号就难以被电视机、收音机这类电磁波接收器接收，电视机、收音机就不能正常工作1静电的产生两种不同的物体相互摩擦可以起电，甚至干燥的空气与衣物摩擦也会起电摩擦起的电在能导电的物体上可迅速流动传导，而在不导电

14、的绝缘体如化纤、毛织物等物体上就不会流失而形成静电，并聚集起来，当达到一定的电压时就产生放电现象，产生火花并发出声响2产生放电现象的原因通常情况下空气是不导电的，但是如果电场特别强，达到106 V/m时，气体分子中的正、负电荷受到方向相反的强电场力，有可能被“撕”开，这个现象叫做空气的电离，电离后空气中存在着负离子、正离子和自由电子，这些离子在强电场作用下加速运动，高速运动的离子撞击气体分子，使更多的分子电离，这时空气成为导体，于是产生了放电现象，也就是空气被击穿而导电通常情况下空气是不导电的，但是当击穿电场达到6.0105 V/m时空气将被电离而发生放电现象，已知某次闪电的长度为300米，发

15、生闪电前瞬间两云层之间的电压大约为多少？【解析】两云层d300 m间能形成的电压为：UEd6.0105300 V1.8108 V.【答案】1.8108 V(多选)为了防止静电的危害，应尽快把产生的静电导走，下面措施中是防止静电危害的是()A油罐车后面装一条拖地的铁链B电工钳柄上套有绝缘胶套C飞机轮上装搭地线D纺织车间中保持适当的湿度【解析】选项A、C、D中均是把静电导走，故A、C、D正确电工钳柄上套有绝缘胶套是为了保持绝缘，以防止触电，B错【答案】ACD防止静电危害的对策和措施(1)要尽快导走多余电荷，避免静电积累，可用导线把设备接地(2)调节空气的湿度(3)在易燃易爆气体和粉尘聚集的场所保持

16、良好的通风，消除静电火花的引爆条件学业分层测评(六) (建议用时：45分钟) 1电容器是一种常用的电子元件下列对电容器认识正确的是() 【导学号：】A电容器的电容表示其储存电荷的能力B电容器的电容与它所带的电荷量成正比C电容器的电容与它两极板间的电压成反比D电容的常用单位有F和pF,1 F103 pF【解析】C是电容的定义式，不是决定式，故C与Q、U无关，B、C错.1 F106 pF，D错电容是表示电容器储存电荷的能力的物理量，A选项正确【答案】A2(多选)下列是描述对给定的电容器充电时其电荷量Q、电压U、电容C之间相互关系的图像，其中正确的是()【解析】对于给定电容器的电容是由电容器本身决定

17、的，与电容器的带电荷量Q的大小和两极板间的电压U的大小无关，不能认为C与Q成正比，与U成反比，故D正确，A、B错误而C图告诉我们电容器所带的电荷量与极板间的电压成正比，其比值即电容器的电容不变，故C正确【答案】CD3请用学过的电学知识判断下列说法正确的是()A电工穿绝缘衣比穿金属衣安全B制作汽油桶的材料用金属比用塑料好C小鸟停在单根高压输电线上会被电死D打雷时，呆在汽车里比呆在木屋里要危险【解析】电工穿金属衣可以起到静电屏蔽的作用，选项A错误；制作汽油桶的材料用金属可使与空气摩擦产生的静电流入地下，减少静电积累，因此制作汽油桶的材料用金属比用塑料好，选项B正确；小鸟停在单根高压输电线上，两脚之

18、间的电压几乎为零，没有电流从小鸟身上通过，所以小鸟不会被电死，选项C错误；现在的汽车一般都是金属物件，可以起到静电屏蔽的作用，使该汽车内部基本不受影响，所以呆在汽车里比呆在木屋里要安全，选项D错误【答案】B4(多选)某电容器上标有“1.5 F9 V”字样，则该电容器()A所带电荷量不能超过1.5106 CB所带电荷量不能超过1.35105 CC所加电压不应超过9 VD该电容器的击穿电压为9 V【解析】电容器上标出的电压为额定电压，即电容器正常工作时的电压，击穿电压大于额定电压，故C对，D错而由C可得，QCU，当电容器两极板间电压恰为9 V时，电容器所带的电荷量达到最大值，即Q1.51069 C

19、1.35105 C.【答案】BC5如图169所示的实验中，关于平行板电容器的充、放电，下列说法正确的是() 【导学号：】图169A开关接1时，平行板电容器充电，且上极板带正电B开关接1时，平行板电容器充电，且上极板带负电C开关接2时，平行板电容器充电，且上极板带正电D开关接2时，平行板电容器充电，且上极板带负电【解析】开关接1时，平行板电容器充电，上极板与电源正极相连而带正电，A对，B错；开关接2时，平行板电容器放电，放电结束后上、下极板均不带电，C、D错【答案】A6一充电后的平行板电容器保持两极板的正对面积、间距和电荷量不变，在两极板间插入一电介质，其电容C和两极板间的电势差U的变化情况是(

20、)AC和U均增大BC增大，U减小CC减小，U增大DC和U均减小【解析】由C可知，插入电介质后，r增大，电容C增大；由U可知U减小，故选B.【答案】B7板间距为d的平行板电容器所带电荷量为Q时，两极板间电势差为U1，板间场强为E1.现将电容器所带电荷量变为2Q，板间距变为d，其他条件不变，这时两极板间电势差为U2，板间场强为E2，下列说法正确的是() 【导学号：】AU2U1，E2E1BU22U1，E24E1CU2U1，E22E1DU22U1，E22E1【解析】U1，E1.当板间距变为d时，由C可知电容变为2C，而所带电荷量也变为2Q，故U2U1，E222E1，C选项正确【答案】C8有一充电的平行

21、板电容器，两极板间电压为3 V，先使它的电荷量减少3104 C，于是电容器两板间的电压降为原来的，此电容器的电容是多大？若电容器极板上的电荷量全部放掉，电容器的电容是多大？【解析】电容器两极板间电势差的变化量为UU2 V由C，有C F1.5104 F150 F电容器的电容是由本身决定的，与是否带电无关，所以电容器放掉全部电荷后，电容仍是150 F.【答案】150 F150 F9在如图1610所示的电路中，闭合开关S，用电压为U的直流电源对平行板电容器充电，要使电容器两板间电压大于U，可采取的办法为()图1610A先将S断开，然后将两板间距离拉大一些B先将两板间距离拉大一些，然后将S断开C先将两

22、板正对面积减少一些，然后将S断开D先将S断开，然后将两板间距离减小一些【解析】若先断开S，则Q不变化，再将电容器的两板间距离拉大，C减小，由U知U增大，选项A正确；若先拉大两板间距离，电压U不变，再断开S，U仍不变化，选项B错误；若先将两板正对面积减少，电压U不变，再将S断开，U仍不变化，选项C错误；若先将S断开，Q不变化，再将两板间距离减小时，C增大，由U知U减小，选项D错误【答案】A10(多选)在如图1611所示的实验装置中，一带电平行板电容器的极板A与一静电计相接，极板B接地若极板A稍向右移动一点，则下列说法中正确的是() 【导学号：】图1611A静电计指针偏角变小B静电计指针偏角变大C极板上的电荷量几乎不变，两极板间的电压变大D极板上的电荷量几乎不变，两极板间的电压变小【解析】极板A稍向右移动一点，电容器间的距离增大，则由C可知