3静电平衡和电容器

静电平衡和电容器

1、静电感应现象

（1）静电感应现象：导体在电场中自由电荷重新分布的现象。 （2）静电感应因果关系

原因 现象 结果

（3）静电平衡

当导体内E =0时（自由电子定向移动停止），导体达到静电平衡状态。 ①静电平衡状态：导体中（包括表面）没有电荷定向移动的状态。 ②静电平衡的条件：导体内部场强为零，即内E =0。

③静电平衡状态下导体的特征： a 、导体内部场强处处为零。

b 、导体表面场强垂直表面。（原因：如果不垂直，场强就有一个沿导体表面的分量，自由电子还要发生定向移动）

c 、导体为等势体，表面为等势面。（原因：导体内部场强处处为零，在导体内部移动电荷时，电场力不做功，任意两点间电势差为零；电荷在导体表面移动时，电场力与位移垂直，电场力不做功）

④静电平衡导体的电荷分别特点

a 、导体内部没有电荷，电荷只分布在导体的表面。

b 、在导体外表面，越尖锐的位置，电荷的密度（单位面积的电荷量）越大，凹陷的位置几乎没有电荷。 2、尖端放电 （1）空气电离

气体分子中的电子在强电场的作用下发生剧烈的运动，挣脱原子核对它的束缚而成为自自电子，同时气体分子变成带正电荷的正离子，这个现象叫做空气的电离。 （2）尖端放电

中性的分子电离后后变成带负电的自由电子和失去电子带正电的离子，这些带电粒子在强电场的作用下加速，撞击空气中的分子，使它们进一步电离，产生更多的带电粒子，那些所

带电荷与导体尖端的电荷符号相反的粒子，由于被吸引而奔向尖端，与尖端上的电荷中和，

这相当于导体尖端失去电荷，这个现象叫做尖端放电。

（3）应用和防止

①应用：避雷针是利用尖端放电避免雷击的一种设施。

②防止：高压设备中导体的表面尽量光滑会减少电能的损失。

1、静电屏蔽

（1）定义：处于静电平衡状态的导体，内部场强处处为零，可以利用导体球壳（或金属网罩）封闭某区域，使该区域不再受外电场的影响，这一现象称为静电屏蔽。

（2）静电屏蔽的实质

利用静电屏蔽现象，使金属壳的感应电荷和外加场强的矢量和为零，好像是金属壳将电场“挡”在外面，即所谓的屏蔽作用，其实是壳内两种电荷并存，矢量和为零而已。

当金属壳达到静电平衡时，内部没有电场，因而金属的外壳会对其内部起到保护作用，使它内部不受外部电场影响。

（3）静电屏蔽的两种情况

①导体内空腔不受外界影响，如图甲

②接地导体空腔外部不受内部电荷影响，如图乙所示。

处于静电平衡的导体，内部场强处处为零的原因是（）

A、外电场不能进入导体内部

B、所有感应电荷在导体内部产生的合场强为零

C、外电场和所有感应电荷的电场在导体内部叠加的结果为零

D、以上解释都不正确

如图所示，金属壳放在光滑的绝缘水平垫上，能起到屏蔽外电场或内电场作用的是（）

如图所示，带电体Q靠近一个接地空腔导体，空腔里面无电荷，在静电平衡后，下列物理量中等于零的是（）

A、导体墙内任意点的场强

B、导体腔内任意点的电势

C、导体外表面的电荷量

D 、导体空腔内表面的电荷量

一个不带电金属球壳，在它的球心放入一个正电荷，其电场分布是图中的（）

如图所示，一导体球A 带有正电荷，当只有它存在时，它在空间P 点产生的电场强度大小为E A ，在A 球心与P 点连线上有一带负的点电荷B ，当只有它存在时，它在空间P 点产生的电场强度大小为E B ，当A 、B 同时存在时，根据场强叠加原理，P 点的场强大小应为（ ） A 、E B B 、E A +E B C 、B A E -E D 、以上说法都不对

在点电荷-Q 的电场中，一金属圆盘处于静止状态，若圆平面与点电荷在同一平面内，则盘上感应电荷在盘中A 点所激发的附加场强E 的方向在图中正确的是（ ）

如图所示，在球壳内部球心放置带电荷量为+Q 的点电荷，球壳内有A 点，壳壁中有B 点，壳外有C 点，则下列说法正确的是（ ） A 、E A >E C >E B

B 、A 、B 、

C 三点的电势C B A ϕϕϕ>= C 、E A >E B >E C

D 、A 、B 、C 三点的电势C B A ϕϕϕ>>

如图所示，两个相同的空心金属球M 和N ，M 带-Q 电荷，N 不带电（M 、N 相距很远，互不影响），胖碧昂各放一个不带电的金属球P 和R ，当将带正电Q 的小球分别放入M 和N 的空腔中时（ ）

A 、P 、R 上均出现感应电荷

B 、P 、R 上均没有感应电荷

C 、P 上有，而R 上没有感应电荷

D 、P 上没有，而R 上有感应电荷

1、电容器

（1）定义：两个彼此绝缘而又相互靠近的导体就构成了电容器。

（2）功能：电容器的主要作用是能够储存电荷或电能，这种储存在电场中的电能叫电场能

（4）电容器充电、放电过程特征

①充电过程：充电过程存在充电电流，此电流变化由大到小；电容器电荷量增加；电容器两极间电压增大；电容器中电场强度增强，两极板间电场能增大。

②放电过程：放电过程存在放电电流，此电流有大变小；电容器电荷量减少；电容器两极间电压减小；电容器中电场强度减弱，两极板件电场能减小。 （5）电容器的带电量

电容器的带电量是指电容器一个板上电电量的绝对值 2、电容 （1）定义

电容器所带电荷量Q 与两极板间电势差U 的比值叫电容

（2）定义式：U

Q C = （3）单位

在国际单位制中，电容的单位是法拉，简称法，符号是F 常用单位还有F μ、pF （F 10F 10pF 112-6-==μ）

（4）物理意义

电容是描述电容器容纳电荷本领大小的物理量，数值上等于电容器两极板间的电压增加1V 所增加的带电量。 （5）电容的另一定义式：U

Q

C ∆∆=

式中C 表示电容器的电容，U ∆表示两极间增加的电压，Q ∆表示当两极间电压增加U ∆时电容器所增加的电量。

3、平行板电容器的电容 （1）平行板电容器

在两个相距很近的平行金属板中间夹上一层绝缘物质——电介质（空气也是一种电介质），就组成一个最简单的电容器，叫做平行板电容器。 ①基本结构：由两块彼此绝缘互相靠近的导体组成

②带电特点：两板电荷等量异号，分布在两板相对的内侧 ③板间电场：板间形成匀强电场（不考虑边缘效应），场强大小E=d

U

，方向始终垂直板面。

（2）平行板电容器的电容：与平行板正对面积S 及电介质的相对介电常数r ε成正比，与板间的距离d 成反比。 公式：kd

r πε4S

C =

4、常用电容器 （1）分类方法

①按形状分：圆柱形电容器，平行板电容器，球形电容器等 ②按构造分：固定电容器，可变电容器，半可变电容器等

③按极板间使用的电介质分：空气电容器，真空电容器，塑料薄膜电容器，云母电容器，陶瓷电容器，电解电容器等。 （2）元件符号

① ：固定电容器，其电容C 是不变的。

② ：电解电容器，有“+”“-”极之分，连接时不能接错。

（3）电容器的击穿电压和额定电压

①击穿电压：电容器两极间电压超过某一数值，电介质被击穿，电容器损坏，这个极限电压称为电容器的击穿电压。