高中物理静电场电场的应用学案

静电场（四）电场的应用

应用（一）电容器静电现象的应用

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1. 电容器

⑴任何两个彼此而又相距的导体都可以构成电容器。

⑵把电容器的两个极板分别与电池的两极相连，两个极板就会带上等量异种电荷。这一过程叫电容器的。其中任意一块板所带的电荷量的绝对值叫做电容器的；用导线把电容器的两板接通，两板上的电荷将发生，电容器不再带电，这一过程叫做。

2. 电容

⑴电容器跟的比值，叫做电容器的电容，用符号表示。

⑵定义式：C= ,若极板上的电量增加ΔQ时板间电压增加ΔU,则C=。

⑶单位：法拉，符号：F，与其它单位的换算关系为：１F＝F

m＝pF

⑷意义：电容是描述电容器储存电荷本领大小的物理量，在数值上等于把电容器两极板间的电势差增加１V所增加的电量。

3. 平行板电容器

⑴一般说来，构成电容器的两个导体的正对面积S，距离d，这个电容器的电容就越大；两个导体间的性质也会影响电容器的电容。

⑵表达式：板间为真空时：C=，

插入介质后电容变大

e倍：C=，k为静电力常数，r e称为相对（真空）介电常数。

r

4. 静电平衡状态下的导体

⑴处于静电平衡下的导体，内部场强处处为。

⑵处于静电平衡下的导体，表面附近任何一点的场强方向与该点的表面。

⑶处于静电平衡下的导体是个，它的表面是个。

⑷静电平衡时导体内部电荷，电荷只分布于导体的。

导体表面，越尖的位置，电荷密度，凹陷部分几乎没有电荷。

5.尖端放电

导体尖端的电荷密度很大，附近电场很强，能使周围气体分子，与尖端电荷电性相反的离子在电场作用下奔向尖端，与尖端电荷，这相当于使导体尖端失去电荷，这一现象叫尖端放电。如高压线周围的“光晕”就是一种尖端放电现象，避雷针做成蒲公花形状，高压设备应尽量光滑分别是生活中利用、防止尖端放电。

6. 静电屏蔽

处于电场中的空腔导体或金属网罩，其空腔部分的合场强 ，即能把外电场遮住，使内部不受外电场的影响，这就是静电屏蔽。如电学仪器的外壳常采用金属、三条高压线的上方还有两导线与地相连等都是静电屏蔽在生活中的应用。

二、静电平衡下的导体

典例3 如图，接地的金属球A 的半径为R ，一点电荷的电量Q ，到球心距离为r ，该点电荷的电场在球心O 处的场强等于：（

）

电容器 静电现象的

应用

名师点睛

一、平行板电容器的动态分析

(1) 确定不变量，分析是电压不变还是所带电荷量不变。

(2) 根据决定式C ＝

εr S

4πkd

分析平行板电容器电容的变化。

(3) 根据定义式C ＝Q

U

分析

电容器所带电荷量或两极板间电压的变化。

(4) 根据E ＝U d

分析电容器极板间场强的变化。

典例探究

典例1 一平行板电容器的两个极板分别与一电源正、

负极相连，如图所示，在保持开关闭合的情况下，将电容器极板距离增大，则电容器的电容C 、带电荷量Q 、极板间的场强E 的变化( )

A.C 、Q 、E 都逐渐增大

B.C 、Q 、E 都逐渐变小

C.C 、Q 逐渐减小，E 不变

D.C 、E 逐渐减小，Q 不变

典例2 如图所示，平行板电容器与电动势为E 的直流

电源(内阻不计)连接，下极板接地。一带电油滴位于两板中央的P 点且恰好处于平衡状态。现将平行板电容器的上极板竖直向下移动一小段距离，则

A.带电油滴将沿竖直方向向上运动

B.带电油滴将沿竖直方向向下运动

C.P 点的电势将降低

D.电容器的电容减小，电容器的带电量将减小

典例4 如图，将一不带电的空腔导体A的顶部与一外壳接地的静电计相连，又将另一个带正电的导体B向A移动，最后B与A接触，此过程中（）

A.B与A靠近时验电器指针不张开，接触时张角变大

B.B与A靠近时，验电器指针张开，且张角不断变大

C.B与A靠近过程中空腔A内场强不断变大

D.B与A靠近过程中感应电荷在空腔A内的场强不断变大

应用（二）带电粒子在电场中的运动

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1. 研究对象分类

⑴基本粒子及各种离子：如电子、质子、α粒子等，因为质量很小，所以重力比电场力，重力可忽略不计。

⑵带电颗粒或微粒，如尘埃、液滴、小球等质量较大，其重力一般情况下忽略。

2. 带电粒子在电场中的加速直线运动

⑴若粒子作匀变速运动（图甲），则可采用动力学方法求解，即先求加速度a=，然后由运动学公式求速度。

甲乙

⑵用能量的观点分析：合外力对粒子所作的功等于带电粒子。即：，

此式对于电场、非直线运动均成立。

对于多级加速器（图乙），是利用两个金属筒缝间的电场加速，则W电＝n qU

×

３. 带电粒子在电场中的偏转（垂直于场射入）

⑴运动状态分析：粒子受恒定的电场力，在场中作运动。

⑵处理方法：采用的方法来分析处理——（运动的分解）。

2

1

2

v t

at

t

ìï

ïï

ïï

íï

ïï

ïï

î

垂直于电场方向匀速运动：x=

沿着电场方向作初速为的匀加速：y=

两个分运动联系的桥梁：时间相等

设粒子带电量为q，质量为m，如图，

两平行金属板间的电压为Ｕ，板长为L，板间距离为d。则场强，加速度，通过偏转极板的时间：侧移量：y=偏转角：

tan

at

v

q==

（U偏、Ｕ加分别表示加速电场电压和偏转电场电压）

带电粒子从极板的中线射入匀强电场，其出射时速度方向的反向延长线交于入射线的中点。所以侧移

距离也可表示为：tan

2

L

y q

=

4.示波管原理

⑴构造：、，荧光屏（如图）

⑵工作原理

如果在偏转电极XX¢和Y Y¢之间都没有加电压，则电子枪射出的电子沿直线打在荧光屏中央，在屏上产生一个。YY＇上所加的是待显示的信号电压U，在屏上产生的竖直偏移y＇与U成。XX＇上所加的机内锯齿形电压，叫。当扫描电压和信号电压的周期相同时，荧光屏上将出现稳定的波形。