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

2012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

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：①导体表面上任何一点的场强方向跟该点外表

面垂直；②电荷只分布在导体外表面；③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 1 F＝106 μF ＝1012 pF . (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εr成正比，与两极板的距离d成反比，即C＝ . 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 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C′C＝，所以C′＝2C 由公式Q＝CU，U不变，则Q∝C Q′Q＝C′C ＝2，即Q′＝2Q 由E＝Ud，U一定，则E∝ E′E＝＝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、εr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，如图所示.以U表示两极板间的电压，E表示两极板间的场强，ε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 ) A.U变小，ε不变 B.E变大，ε不变 C.U变小，E不变 D.U 不变，ε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φP 不变，P点电势能ε＝φP•q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＝5.0 mm，电源电压U＝150 V.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＝1.10×10－6 m，油滴密度ρ＝1.05×103 kg/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 ＝1.6×10－19 C，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 ① 油滴的质量为m＝ρV＝ρ•π6D3 ② 阻力Ff＝kv ③ 把②③式代入①式得π6D3ρg＝kv0 ④ 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′ ⑤ 电场力FE＝Eq＝Udq ⑥ 空气阻力Ff′＝k v0 ⑦ 将⑥⑦式代入⑤式得Udq＝π6D3ρg＋kv0 ⑧ 由④⑧两式得 Udq＝π3D3ρg 解得q＝＝4.8×10－19 C 【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 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＝0.A、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10 V，R1＝4 Ω，R2＝6 Ω，C＝30 μF，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