高考物理一輪復(fù)習(xí)(要點(diǎn) 命題導(dǎo)向 策略)6-23靜電現(xiàn)象-電容器及其電容課件

課時(shí)23靜電現(xiàn)象電容器及其電容1.考點(diǎn)一靜電現(xiàn)象?基礎(chǔ)梳理?1．靜電感應(yīng)現(xiàn)象：當(dāng)把一個(gè)不帶電的導(dǎo)體放入電場中時(shí)，導(dǎo)體的兩端分別感應(yīng)出等量的正、負(fù)電荷，“近端”出現(xiàn)與施感電荷Q異號(hào)的感應(yīng)電荷，“遠(yuǎn)端”出現(xiàn)與施感電荷Q同號(hào)的感應(yīng)電荷．2.性質(zhì)：(1)導(dǎo)體兩端感應(yīng)電荷的電荷量q、q′，始終相等，一般情況下都比施感電荷的電量少，即|q|≤|Q|；(2)把導(dǎo)體接地時(shí)會(huì)有瞬間電流出現(xiàn)，始終是遠(yuǎn)端電荷被中和或?qū)氪蟮兀?.2．靜電平衡導(dǎo)體放入電場中時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)的自由電荷(如金屬導(dǎo)體中的自由電子)在電場力的作用下產(chǎn)生定向移動(dòng)而重新分布，在導(dǎo)體表面出現(xiàn)感應(yīng)電荷，當(dāng)感應(yīng)電荷產(chǎn)生的附加電場與原電場在導(dǎo)體內(nèi)部大小相等而方向相反，使得疊加場強(qiáng)為零時(shí)，自由電荷停止定向移動(dòng)，導(dǎo)體處于靜電平衡狀態(tài)．4.3．靜電屏蔽定義：導(dǎo)體處于靜電平衡，如果用金屬網(wǎng)罩(或金屬殼)將一部分空間包圍起來，在這一包圍空間以外的區(qū)域里，無論電場強(qiáng)弱如何、方向如何，而被包圍的空間內(nèi)部電場強(qiáng)度必然為零，因此金屬網(wǎng)罩(或金屬殼)對(duì)外電場有屏蔽作用，這種現(xiàn)象稱為靜電屏蔽．實(shí)質(zhì)：外部電場使金屬網(wǎng)罩或金屬殼上的電荷重新分布，形成感應(yīng)電場(附加電場)，當(dāng)靜電平衡時(shí)外部電場與感應(yīng)電場相平衡．實(shí)例：電子設(shè)備和電學(xué)儀器的外部套有金屬罩、通信電纜外部包有鉛皮、電子管用的金屬管殼等都是為了防止外界電場干擾．5.4．靜電現(xiàn)象概念：靜電現(xiàn)象是一種常見的自然現(xiàn)象，例如用塑料梳子梳頭發(fā)時(shí)梳子會(huì)吸引頭發(fā)，有時(shí)還會(huì)聽到響聲；脫下尼龍衣服時(shí)有時(shí)也會(huì)聽到響聲，而且在黑暗中還能夠看到火花．實(shí)質(zhì)：靜電一般是由于摩擦而產(chǎn)生的，當(dāng)兩個(gè)物體相互摩擦?xí)r分別帶上異號(hào)電荷，它們之間就產(chǎn)生了電勢差．電荷積累到一定數(shù)量，電勢差達(dá)到一定的數(shù)值時(shí)，帶電體之間發(fā)生放電現(xiàn)象，此時(shí)就可以看到火花、聽到響聲了．6.?疑難詳析?1．靜電現(xiàn)象的防止靜電會(huì)給人們帶來麻煩和危害．如印刷工業(yè)中紙張上的靜電吸引空氣中的塵埃和帶顏色的顆粒而使印刷質(zhì)量下降、合成纖維以及制藥生產(chǎn)的過程中由于靜電吸引空氣中的塵埃而使產(chǎn)品質(zhì)量下降、帶靜電多的人從電視機(jī)旁邊走過時(shí)，會(huì)給電視的圖像和聲音帶來干擾；靜電最大的危害是有可能因靜電火花而引起火災(zāi)和爆炸．7.如石油在管道中流動(dòng)時(shí)、含有煤塵的空氣在風(fēng)管中流動(dòng)時(shí)、向油罐內(nèi)灌油時(shí)都會(huì)因摩擦而產(chǎn)生靜電，一旦電荷積累過多達(dá)到相當(dāng)高的電壓時(shí)(可以達(dá)到上千伏甚至上萬伏)就會(huì)發(fā)生放電引起爆炸，在手術(shù)臺(tái)上就曾經(jīng)出現(xiàn)過靜電火花使乙醚爆炸的事故．防止靜電的危害最可靠的辦法是利用導(dǎo)線把設(shè)備接地，避免電荷積累．例如大型油罐需要有很多接地線、油罐車的尾部拖一根鐵鏈等；調(diào)節(jié)空氣的濕度也是防止靜電危害的有效方法，濕度增大時(shí)電荷隨時(shí)放出而無法積累，靜電危險(xiǎn)隨之排除．8.2．靜電現(xiàn)象的利用利用靜電除塵來回收物資和水泥粉塵、利用靜電噴涂對(duì)汽車以及電氣產(chǎn)品等進(jìn)行高質(zhì)量的涂漆、利用靜電分選對(duì)微觀粒子進(jìn)行辨別，靜電復(fù)印，靜電攝影等．9.考點(diǎn)二電容器及其電容?基礎(chǔ)梳理?1．電容器概念：兩個(gè)彼此絕緣而又相隔很近的導(dǎo)體，都可以構(gòu)成一個(gè)電容器．功能：電容器的基本功能是能夠儲(chǔ)存電荷和能量．使電容器帶電的過程叫做充電(儲(chǔ)存電能)；使充電后的電容器失去電荷的過程叫做放電(放出電能)．10.參數(shù)：電容、額定電壓、擊穿電壓(額定電壓是電容器長期工作所能夠承受的電壓，電容器的擊穿電壓是電容器所能夠允許的極限電壓，額定電壓低于極限電壓)．分類：按電容能否變化分為固定電容器和可變電容器；固定電容器有聚苯乙烯電容器和電解電容器．平行板電容器是最簡單、最基本的電容器．特例：平行板電容器的板間形成勻強(qiáng)電場(不考慮邊緣效應(yīng))，場強(qiáng)大小E＝U/d，方向垂直于板面．11.2．電容器的電容定義：電容器的帶電量(一個(gè)極板所帶電荷量的絕對(duì)值)跟它的兩板間的電勢差的比值．公式：C＝＝單位：法拉(F),1F＝1C/V,1F＝106μF,1μF＝106pF特例：平行板電容器的電容，和介電常數(shù)成正比，和正對(duì)面積成正比，和極板間的距離成反比，C＝12.?疑難詳析?對(duì)電容器儲(chǔ)存能量的理解1．若把一個(gè)充電的電容器用導(dǎo)線短路，可見放電火花(注意電容器在實(shí)際使用中，兩個(gè)極板不允許直接相連)，放電火花的能量必然是充了電的電容器中儲(chǔ)存的電能轉(zhuǎn)化而來．在電容器充電的過程中電源必然做功，才能克服靜電力把電荷從一個(gè)極板搬運(yùn)到另一個(gè)極板上．這時(shí)能量以電勢能的形式儲(chǔ)存在電容器中，放電時(shí)把這部分能量釋放出來．在一定的電壓下，電容器的電容C越大，電容器儲(chǔ)能越多，從這個(gè)意義上講，電容C的大小是它儲(chǔ)能本領(lǐng)大小的標(biāo)志．13.2．電容大小由電容器本身的介質(zhì)特性與幾何尺寸決定，與電容器是否帶電、帶電量的多少、板間電勢差的多少等均無關(guān)．14.15.2．關(guān)于電容器的題目，常見的有兩類典型問題：(1)電容器始終與電源相連時(shí)，兩板間的電勢差等于電源的電動(dòng)勢．(2)電容器充電后與電源斷開時(shí)，通常認(rèn)為其電荷量保持不變．16.題型一靜電現(xiàn)象的有關(guān)解釋[例1]如圖所示，使帶電的金屬球靠近不帶電的驗(yàn)電器，驗(yàn)電器的箔片張開．下列各圖表示驗(yàn)電器上感應(yīng)電荷的分布情況，正確的是 (

)17.[解析]本題以高中教材經(jīng)常涉及的驗(yàn)電器為切入點(diǎn)，通過和帶電體靠近這一物理過程考查了靜電感應(yīng)現(xiàn)象．驗(yàn)電器處在帶電金屬球的電場中，驗(yàn)電器本身不帶電，驗(yàn)電器的小金屬球?yàn)樵撾妶鲋锌拷└须姾傻摹敖恕?，所以感?yīng)出與施感電荷異號(hào)的電荷，驗(yàn)電器的箔片(為“遠(yuǎn)端”)感應(yīng)出與施感電荷同號(hào)的電荷，且驗(yàn)電器小金屬球和箔片上的感應(yīng)電荷量相等，驗(yàn)電器整體仍然不帶電，當(dāng)感應(yīng)電荷的電場與施感電荷的電場在驗(yàn)電器內(nèi)合場強(qiáng)為零時(shí)，自由電子停止定向移動(dòng)，達(dá)到靜電平衡狀態(tài)．根據(jù)以上分析，正確選項(xiàng)是B.[答案]

B18.題后反思：處理該題時(shí)注意聯(lián)系區(qū)別帶電體和驗(yàn)電器接觸時(shí)的靜電現(xiàn)象，兩者有明顯區(qū)別：前者是感應(yīng)起電，后者是接觸起電．如果帶電體和驗(yàn)電器的小金屬球接觸后位置如左圖中B圖所示，則由于同種電荷相斥，驗(yàn)電器的小金屬球上不會(huì)帶電，箔片會(huì)帶有負(fù)電，此時(shí)驗(yàn)電器的凈電荷即為負(fù)電荷．19.如圖1所示，不帶電的枕形導(dǎo)體的A，B兩端各貼有一對(duì)金箔．當(dāng)枕形導(dǎo)體的A端靠近一個(gè)帶電導(dǎo)體C時(shí)(

)

圖120.A．A端金箔張開，B端金箔閉合B．用手觸摸枕形導(dǎo)體時(shí)，A端金箔仍張開，B端金箔閉合C．用手觸摸枕形導(dǎo)體后，將手和導(dǎo)體C都移走，兩端金箔均張開D．選項(xiàng)A中兩端金箔分別帶異種電荷，選項(xiàng)C中兩端金箔帶同種電荷21.解析：根據(jù)靜電感應(yīng)現(xiàn)象，將帶正電的導(dǎo)體C放在枕形導(dǎo)體的附近，在A端出現(xiàn)了負(fù)電荷，在B端出現(xiàn)了正電荷，這并不是因?yàn)閷?dǎo)體中有了新的電荷，而是由于電荷的重新分布，選項(xiàng)A錯(cuò)誤．用手摸枕形導(dǎo)體時(shí)，B端不是最遠(yuǎn)端，人是導(dǎo)體，人的腳部甚至地球是最遠(yuǎn)端，這樣B端就不再有電荷，金箔會(huì)閉合．選項(xiàng)B正確．用手觸摸導(dǎo)體時(shí)，只有A端帶負(fù)電，將手和導(dǎo)體C移走后，不再有靜電感應(yīng)，A端所帶負(fù)電荷便分布在枕形導(dǎo)體上，A，B兩端均帶負(fù)電，兩端金箔均張開，選項(xiàng)C，D正確．答案：BCD22.題型二電容器相關(guān)物理量的變化問題圖223.[例2]如圖2所示，電源的電動(dòng)勢為U，電路中的開關(guān)為K，平行板電容器的板間距離為d，正對(duì)面積為S，介電常數(shù)為ε，電容為C.求：(1)K未閉合前，平行板電容器的電容、電勢差、電荷量、內(nèi)部電場強(qiáng)度分別為多大？(2)K閉合后，平行板電容器的電容、電勢差、電荷量、內(nèi)部電場強(qiáng)度分別為多大？(3)K閉合后又?jǐn)嚅_時(shí)，平行板電容器的電容、電勢差、電荷量、內(nèi)部電場強(qiáng)度分別為多大？24.(4)保持K始終閉合，使平行板電容器板間距離由d變成2d，平行板電容器的電容、電勢差、電荷量、內(nèi)部電場強(qiáng)度分別為多大？(5)保持K閉合后斷開，使平行板電容器板間距離由d變成2d，平行板電容器的電容、電勢差、電荷量、內(nèi)部電場強(qiáng)度分別為多大？25.[解析]

(1)K未閉合前，電容器還沒有充電，此時(shí)電勢差、電荷量、內(nèi)部電場強(qiáng)度皆為零，但是電容是由電容器本身的性質(zhì)決定的，故仍為C.(2)K閉合后，電容器被充電，依據(jù)題意可知，電容器的電壓為U；依據(jù)電場強(qiáng)度與電勢差的關(guān)系可得：電場強(qiáng)度E＝；依據(jù)C＝可得：Q＝CU.(3)K閉合后又?jǐn)嚅_，并沒有其它變化，則U、E、Q、C都不會(huì)變化，答案與(2)中相同．26.27.[答案]見解析28.

29.圖3兩塊大小、形狀完全相同的金屬平板平行放置，構(gòu)成一平行板電容器，與它相連接的電路如圖3所示．接通開關(guān)K，電源即給電容器充電 (

)30.A．保持K接通，減小兩極板間的距離，則兩極板間電場的電場強(qiáng)度減小B．保持K接通，在兩極板間插入一塊介質(zhì)，則極板上的電荷量增大C．?dāng)嚅_K，減小兩極板間的距離，則兩極板間的電勢差減小D．?dāng)嚅_K，在兩極板間插入一塊介質(zhì)，則兩極板間的電勢差增大31.解析：場強(qiáng)E＝，保持U不變(K接通)，減小d，E增大，故A錯(cuò)．插入介質(zhì)后，C增大，據(jù)Q＝CU可知極板上的電荷量增大，故B項(xiàng)正確．當(dāng)K斷開時(shí)，極板電荷量(Q)不變，減小板間距離，則C增大，據(jù)U＝可知U減小，故C項(xiàng)正確．?dāng)嚅_K時(shí)，Q不變，在兩極板間插入介質(zhì)，則C增大，則據(jù)U＝可知U減小，故D項(xiàng)錯(cuò)．答案：BC32.題型三帶電粒子在電容器中的運(yùn)動(dòng)問題[例3]下述為一個(gè)觀察帶電粒子在平行板電容器板間電場中的運(yùn)動(dòng)狀況的實(shí)驗(yàn)．現(xiàn)進(jìn)行下述操作：圖433.第一步，給如圖4所示真空中水平放置的平行板電容器充電，讓A、B兩極板帶上一定的電量，使得一個(gè)帶電油滴P在兩板間的勻強(qiáng)電場中恰能保持靜止?fàn)顟B(tài)．第二步，給電容器繼續(xù)充電使其電量突然增加ΔQ1，讓油滴開始豎直向上運(yùn)動(dòng)t秒．第三步，在上一步基礎(chǔ)上使電容器突然放電ΔQ2，觀察到又經(jīng)2t秒后，油滴剛好回到原出發(fā)點(diǎn)．設(shè)油滴在運(yùn)動(dòng)過程中未與極板接觸．求ΔQ1和ΔQ2的比值．34.[解析]設(shè)油滴質(zhì)量為m，帶電量為q，電容器板間距離為d，電容量為C.在第一步過程中，設(shè)電容器的充電量為Q，板間電壓為U0，場強(qiáng)為E0.受力情況如圖5(1)所示．圖535.

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37.題后反思：綜觀近幾年高考對(duì)電場部分考查，特別是新課標(biāo)實(shí)施的廣東、海南、山東等省份，總體印象是：回歸經(jīng)典、突出雙基、關(guān)注發(fā)展，試題既保持了良好的連續(xù)性和穩(wěn)定性，又體現(xiàn)出命題的創(chuàng)新性和靈活性．新高考的選拔愈來愈注重考查考生的能力和素質(zhì)，所以高考命題愈加明顯地滲透著物理思想、物理方法的考查，上述樣題就是通過對(duì)電場中的帶電粒子多運(yùn)動(dòng)過程的考查，間接考查了同學(xué)們綜合分析問題的能力．38.解決這類問題的關(guān)鍵是要掌握基本運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)．中學(xué)物理常見的基本運(yùn)動(dòng)有勻速直線運(yùn)動(dòng)、勻變速直線運(yùn)動(dòng)、平拋運(yùn)動(dòng)、勻速圓周運(yùn)動(dòng)等，這些基本運(yùn)動(dòng)中的任何兩種運(yùn)動(dòng)都可以構(gòu)成一個(gè)多運(yùn)動(dòng)過程問題，所以復(fù)習(xí)時(shí)應(yīng)加強(qiáng)此類型的訓(xùn)練，以提高分析和解決問題的能力．39.2010·淮南一模)如圖6所示，兩塊豎直放置的平行金屬板A、B，兩板相距d，兩板間電壓為U，一質(zhì)量為m的帶電小球從兩板間的M點(diǎn)開始以豎直向圖640.上的初速度v0運(yùn)動(dòng)，當(dāng)它到達(dá)電場中的N點(diǎn)時(shí)速度變?yōu)樗椒较?，大小變?yōu)?v0，求M、N兩點(diǎn)間的電勢差和電場力對(duì)帶電小球所做的功(不計(jì)帶電小球?qū)饘侔迳想姾删鶆蚍植嫉挠绊懀O(shè)重力加速度為g)．41.

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43.1．(2009·福建高考)圖7如圖7所示，平行板電容器與電動(dòng)勢為E的直流電源(內(nèi)阻不計(jì))連接，下極板接地．一帶電油滴位于電容器中的P點(diǎn)且恰好處于平衡狀態(tài)．現(xiàn)將平行板電容器的上極板豎直向上移動(dòng)一小段距離 (

)44.A．帶電油滴將沿豎直方向向上運(yùn)動(dòng)B．P點(diǎn)的電勢將降低C．帶電油滴的電勢能將減小D．若電容器的電容減小，則極板帶電量將增大45.解析：本題考查平行板電容器的動(dòng)態(tài)變化、勻強(qiáng)電場的電勢差與場強(qiáng)關(guān)系、物體的平衡條件等物理規(guī)律及電容、電勢和電勢能等物理概念；意在考查考生對(duì)基本規(guī)律和基本概念的理解，以及綜合分析、推理、判斷的能力．當(dāng)平行板電容器的上極板豎直向上移動(dòng)一小段距離時(shí)，兩極板之間的距離d增大，由C＝可知，電容C減小，由于移動(dòng)過程中兩極板與電源相連，兩極板間的電壓U不變，等于電源的電動(dòng)勢E，極板間的場強(qiáng)E場＝將變小，帶電油滴原來在重力和電場力的作用下平衡，帶電油滴所受的電場力豎直向上，極板移動(dòng)后，電場力F＝qE場會(huì)變小，油滴所受合力變?yōu)樨Q直向下，油滴將沿豎直方向向下運(yùn)動(dòng)，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；46.場強(qiáng)E場減小時(shí)，P點(diǎn)到電勢為零的負(fù)極板的距離dP沒變，由UP＝E場dP，P點(diǎn)的電勢將降低，故選項(xiàng)B正確；由油滴所受電場力方向可知，油滴帶負(fù)電，油滴在P點(diǎn)的電勢能εP＝－qUP，降低UP，－qUP的絕對(duì)值減小，則油滴的電勢能增大，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤；由電容的定義式C＝，U不變C減小時(shí)，Q要減小，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤．答案：B47.2．(2008·廣東高考)關(guān)于電容器的電容C、電壓U和所帶電荷量Q之間的關(guān)系，以下說法正確的是 (

)A．C由U確定B．C由Q確定C．C一定時(shí)，Q與U成正比D．C一定時(shí)，Q與U成反比解析：由公式C＝知，C一定時(shí)，Q∝U，C正確，D錯(cuò)誤，電容C是由電容器自身決定的物理量，與Q和U無關(guān)，A、B錯(cuò)誤．答案：C48.圖83．(2008·寧夏高考)如圖8所示，C為中間插有電介質(zhì)的電容器，a和b為其兩極板，a板接地；P和Q為兩豎直放置的平行金屬板，在兩極間用絕緣線懸掛一帶電小球；P板與b板用導(dǎo)線相連，Q板接地．開始時(shí)懸線靜止在豎直方向，在b板帶電后，懸線偏轉(zhuǎn)了角度α.在以下方法中，能使懸線的偏角α變大的是 (

)49.A．縮小a、b間的距離B．加大a、b間的距離C．取出a、b兩極板間的電介質(zhì)D．換一塊形狀大小相同、介電常數(shù)更大的電介質(zhì)50.解析：已知電容器C帶電量不變，a、Q兩極均接地，電勢為零，b、P兩極電勢相等．當(dāng)ab間距離縮小時(shí)，電容器C的電容變大，電壓U變小．即b、P兩板電勢減小，即P、Q間電壓減小，電場強(qiáng)度E減小，懸線偏角α減小，所以A錯(cuò)誤，B正確．取出a、b兩極板間電介質(zhì)時(shí)，電容器C的電容變小，電壓U變大，懸線偏角α增大，所以C正確．當(dāng)換一塊電介常數(shù)更大的電介質(zhì)時(shí)，電容器C的電容變大，電壓U變小，懸線偏角α減小，所以D錯(cuò)誤．答案：BC51.4．(2008·全國Ⅱ高考)一平行板電容器的兩個(gè)極板水平放置，兩極板間有一帶電量不變的小油滴，油滴在極板間運(yùn)動(dòng)時(shí)所受空氣阻力的大小與其速率成正比．若兩極板間電壓為零，經(jīng)一段時(shí)間后，油滴以速率v勻速下降；若兩極板間的電壓為U，經(jīng)一段時(shí)間后，油滴以速率v勻速上升．若兩極板間電壓為－U，油滴做勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)速度的大小、方向?qū)⑹?/p>