1、第20讲 电场知识的应用,-2-,-3-,考点一,考点二,考点三,电容器的电容 核心知识整合 1.电容器 任何两个彼此绝缘又相距很近的 组成电容器,它带电时,两导体总是带 电荷,电容器所带的电荷量指其中一个极板所带电荷量的绝对值。 2.电容 (1)物理意义:电容是电容器的一个基本属性,表示电容器_的本领,仅由电容器本身的构造决定。 (2)定义式:,(3)单位:法拉(F),常用单位有微法(F),皮法(pF), 1 F= F= pF。,导体,等量异种,容纳电荷,106,1012,-4-,3.平行板电容器的电容: ,其中r是电介质的相对介电常数(大于1)。,考点一,考点二,考点三,-5-,考点一,考
2、点二,考点三,关键能力提升 命题点一 电容器基本概念 【例1】 (2018浙江台州高三上学期期末质量评估)下列有关电容器知识的描述,正确的是( )A.图甲为电容器充电示意图,充完电后电容器上极板带正电,两极板间电压U等于电源电动势E B.图乙为电容器放电示意图,若电容器上极板带电量为+Q,则放电过程中通过电流表的电流方向从右向左,流过的总电量为2Q C.图丙为电解电容器的实物图和符号,图丁为可变电容器及其符号,两种电容使用时都应严格区分正负极 D.图丙中的电容器上标有“400 V,68 F”字样,说明该电容器只有两端加上400 V的电压时电容才为68 F,答案,解析,-6-,考点一,考点二,考
3、点三,易错警示1.电容器上标注的为安全电压和电容。在安全电压下,电容器均能正常工作,电容大小不变。 2.电容器内部能存储电荷和存储电能,不能进行能量转化,这是和电源的区别,因此外接用电器时放电时,电流逐渐变小,而电源外接用电器时,电流恒定。,-7-,考点一,考点二,考点三,【例2】 中国设计制造的全球首创超级电容储能式现代电动公交车已下线运营。这种超级电动公交车的核心是我国自主研发、全球首创的“超级电容器”。如图所示,这种电容器安全性高,可反复充放电100万次以上,使用寿命长达十二年,且容量超大(达到9 500 F),能够在10 s内完成充电。下列说法正确的是( )A.该“超级电容器”能储存电
4、荷 B.该“超级电容器”的电容随电压的增大而增大 C.该“超级电容器”放电过程中把化学能转化为电能 D.充电时电源的正极应接“超级电容器”的负极,答案,解析,-8-,考点一,考点二,考点三,命题点二 平行板电容器动态分析 【例3】 如图所示,用静电计可以测量已充电的平行板电容器两极之间的电势差,现使B板带正电,A板带负电,则下列说法不正确的是( )A.将A板稍微向右移,静电计指针张角将变小 B.若将A板稍微向上移,静电计指针张角将变小 C.若将A板拿走,静电计指针张角不为零 D.若将玻璃板插入两极板之间,静电计指针张角将变小,答案,解析,-9-,考点一,考点二,考点三,方法技巧电容器两端与电源
5、断开,在移动极板或改变其他因素时,保持Q不变。,-10-,考点一,考点二,考点三,【例4】 电容式加速度传感器的原理结构如图所示,质量块右侧连接轻质弹簧,左侧连接电介质,弹簧与电容器固定在外框上。质量块可带动电介质移动改变电容。则( )A.电介质插入极板间越深,电容器电容越小 B.当传感器以恒定加速度运动时,电路中有恒定电流 C.若传感器原来向右匀速运动,突然减速时弹簧会伸长 D.当传感器由静止突然向右加速瞬间,电路中有顺时针方向电流,答案,解析,-11-,考点一,考点二,考点三,易错警示若在平行板电容器间插入云母、木板或电介质等非导体,则改变电容器的介电常数r;若在与金属板接近的地方插入金属
6、板等导体,则是改变了电容器的间距d。 方法技巧电容器保持与电源相连,在移动极板或改变其他因素时,保持两端电压不变。,-12-,考点一,考点二,考点三,电场中的力电综合 核心知识整合 1.带电粒子(或带电体)在电场中的直线运动 (1)做直线运动的条件 粒子所受合外力F合=0,粒子或 ,或做 运动。 粒子所受合外力F合0,且与初速度方向在同一条直线上,带电粒子将做 运动或 运动。 (2)用动力学观点分析,静止,匀速直线,匀加速直线,匀减速直线,-13-,考点一,考点二,考点三,-14-,考点一,考点二,考点三,2.带电粒子在电场中的偏转 (1)条件分析:带电粒子垂直于电场线方向进入匀强电场。 (2
7、)运动性质: 运动。 (3)处理方法:分解成相互 的两个方向上的 ,类似于 。,匀变速曲线,垂直,直线运动,平抛运动,-15-,考点一,考点二,考点三,(4)运动规律: 沿初速度方向做 运动,运动时间,匀速直线,-16-,考点一,考点二,考点三,沿电场力方向,做 运动,匀加速直线,-17-,考点一,考点二,考点三,3.带电粒子在匀强电场中偏转时的两个结论 (1)不同的带电粒子从静止开始经过同一电场加速后再从同一偏转电场射出时,偏移量和偏转角总是相同的。,-18-,考点一,考点二,考点三,-19-,考点一,考点二,考点三,命题点一 粒子在电场中直线运动 【例5】 (2018浙江杭州预测)如图所示
8、,金属板A、B水平放置,两板中央有小孔S1、S2,A、B与直流电源连接。闭合开关,从S1孔正上方O处由静止释放一带电小球,小球刚好能到达S2孔,不计空气阻力,要使此小球从O点由静止释放后穿过S2孔,应( )A.仅上移A板适当距离 B.仅下移A板适当距离 C.断开开关,再上移A板适当距离 D.断开开关,再下移A板适当距离,答案,解析,-20-,考点一,考点二,考点三,【例6】 如图所示,一充电后的平行板电容器的两极板相距l。在正极板附近有一质量为m1、电荷量为q(q0)的粒子;在负极板附近有另一质量为m2、电荷量为-q的粒子。在电场力的作用下,两粒子同时从静止开始运动。已知两粒子同时经过一平行于
9、正极板且与其相距 的平面。若两粒子间相互作用力可忽略,不计重力,则m1m2为( )A.32 B.21 C.52 D.31,答案,解析,-21-,考点一,考点二,考点三,方法技巧解决粒子在电场中直线运动问题的两种方法 1.根据带电粒子受到的电场力,用牛顿第二定律求出加速度,结合运动学公式确定带电粒子的运动情况。此方法只适用于匀强电场。 2.根据电场力对带电粒子所做的功等于带电粒子动能的变化求解。此方法既适用于匀强电场,也适用于非匀强电场。,-22-,考点一,考点二,考点三,命题点二 带电粒子在电场中偏转 【例7】 (多选)三个质量相等,分别带正电、负电和不带电的粒子,从带电平行金属板左侧中央以相
10、同的水平初速度v0先后垂直电场进入,并分别落在正极板的A、B、C三处,O点是下极板的左端点,且OC=2OA,AC=2BC,如图所示,则下列说法正确的是( )A.三个粒子在电场中运动的时间之比tAtBtC=234 B.三个粒子在电场中运动的加速度之比aAaBaC=134 C.三个粒子在电场中运动时动能的变化量之比EkAEkBEkC=36169 D.带正、负电荷的两个粒子的电荷量之比为720,答案,解析,-23-,考点一,考点二,考点三,【例8】 如图所示,在两条平行的虚线内存在着宽度为l、电场强度为E的匀强电场,在与右侧虚线相距也为l处有一与电场平行的屏。现有一电荷量为+q、质量为m的带电粒子(
11、重力不计),以垂直于电场线方向的初速度v0射入电场中,v0方向的延长线与屏的交点为O。试求:(1)粒子从射入到打到屏上所用的时间; (2)粒子刚射出电场时的速度方向与初速度方向夹角的正切值tan ; (3)粒子打在屏上的点P到O点的距离x。,-24-,考点一,考点二,考点三,-25-,考点一,考点二,考点三,-26-,考点一,考点二,考点三,方法技巧分析粒子在电场中偏转运动的两种方法 1.分解观点:垂直射入匀强电场的带电粒子,在电场中只受电场力作用,与重力场中的平抛运动相类似,研究这类问题的基本方法是将运动分解,可分解成平行电场方向的匀加速直线运动和垂直电场方向的匀速直线运动。 2.功能观点:
12、首先对带电粒子进行受力分析,再进行运动过程分析,然后根据具体情况选用公式计算。若选用动能定理,则要分清有多少个力做功,是恒力做功还是变力做功,同时要明确初、末状态及运动过程中的动能的增量。若选用能量守恒定律,则要分清带电粒子在运动中共有多少种能量参与转化,哪些能量是增加的,哪些能量是减少的。,-27-,考点一,考点二,考点三,静电现象的应用 核心知识整合 1.静电感应现象 导体的内部有大量的 ,对金属导体来说,是由做热振动的正离子和在它们之间做无规则热运动的自由电子组成的。如图甲所示,将一不带电金属导体ABCD放入电场强度为E0的电场中,导体内的自由电子在电场力的作用下,逆着电场线定向移动,使
13、导体一侧集聚负电荷,另一侧则集聚等量的正电荷,这种现象叫作 。,自由电荷,静电感应现象,-28-,考点一,考点二,考点三,2.静电平衡状态 由于静电感应,在导体两侧出现等量异种电荷,在导体内部形成与电场E0反向的电场E,叠加后使导体内的电场强度 减弱,如图乙所示。随着导体两侧感应电荷继续增加,E增强,合电场强度E内将逐渐减小,直到导体内部各点的合电场强度 时为止,这时导体内的自由电子不再发生定向移动,我们就说导体达到了 ,如图丙所示。,E内=E0+E,E内=0,静电平衡状态,-29-,考点一,考点二,考点三,3.处于静电平衡状态的导体的特征 (1) 处处为 。 (2)静电荷只分布在导体的 。
14、(3)整个导体是个 ,它的表面是个 。 (4)导体表面上任何一点的电场强度方向跟该点的表面 。 4.静电平衡状态下导体上的电荷分布 (1) , 。这是因为,假如导体内部有电荷,导体内部的电场就不可能为0,自由电荷就会发生定向移动,导体也就没有处于静电平衡状态。 (2)在导体外表面,越 的位置电荷的密度(单位面积的电荷量) ,凹陷的位置几乎 。,内部电场强度 0,外表面,等势体,等势面,垂直,导体内部没有电荷,电荷只分布在导体的表面,尖锐,越大,没有电荷,-30-,考点一,考点二,考点三,5.尖端放电 (1)空气的电离: 导体尖端的电荷密度 ,附近的电场 ,空气中残留的带电粒子在强电场的作用下发
15、生剧烈的运动,把空气中的气体分子撞“散”,也就是使分子中的 ,这个现象叫作 。 (2)尖端放电 中性分子电离后变成带负电的自由电子和失去电子而带正电的离子,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 ,这相当于导体从尖端失去电荷,这个现象叫作 。,很大,很强,正负电荷分离,空气的电离,中和,尖端放电,-31-,考点一,考点二,考点三,(3)尖端放电的应用和防止: 应用: 是利用尖端放电避免建筑物遭受雷击的设备。 将燃气灶中的电子打火器的放电电极做成针状,加上电压时容易
16、产生电火花。 防止:高压设备中导体的表面要尽量 。,避雷针,光滑,-32-,考点一,考点二,考点三,6.静电屏蔽 把一个电学仪器放在封闭的金属壳里,即使壳外有电场,由于壳内电场强度保持为 ,所以外电场对壳内的仪器不会产生影响。金属壳的这种作用叫作 。 7.静电屏蔽的应用和危害 (1)应用:电子仪器和电子设备外面套有金属网罩,通信电缆外包一层铅皮等,可防止外电场的干扰。电力工人高压带电作业时,身着用金属丝网制成的衣帽、手套、鞋子,可以对人体起到静电屏蔽作用,使人安全工作。 (2)危害:航天飞机、飞船返回地球大气层时,由于飞船与大气层的高速摩擦而产生高温,在飞船的周围形成一层等离子体,它对飞船产生
17、静电屏蔽作用,导致地面控制中心与飞船的通信联系暂时中断。对航天员来说,这是一个危险较大的时间段。,0,静电屏蔽,-33-,考点一,考点二,考点三,命题点一 静电平衡 【例9】 如图所示,将一不带电的绝缘枕形导体P放在正电荷的电场中,导体P的A、B两端分别带上了负电荷和等量的正电荷,另外,导体内部还有两点C、D,则下列说法错误的是( )A.导体上A、B两端的电势高低关系是A=B B.导体上A、B两端的电势高低关系是AED0,答案,解析,-34-,考点一,考点二,考点三,易错警示静电平衡指导体中没有电荷移动的状态,其特点是: 1.导体内部电场强度处处为零,没有电场线(叠加后的)。 2.净电荷分布在
18、导体的外表面,电荷在导体表面的分布是不均匀的,尖端附近的电荷分布较密,附近的电场也较强。 3.对孤立的带电导体,净电荷分布在外表面,导体所带电荷在内部任一处产生的电场强度矢量和为零。 4.导体表面任何一点的电场强度方向与该处的表面垂直。,-35-,考点一,考点二,考点三,命题点二 静电屏蔽 【例10】 如图所示,P是一个带电体,N是一个不带电的金属空腔,在哪种情况中,放在绝缘板上的小纸屑S不会被吸引( )A. B. C. D.,答案,解析,-36-,1,2,3,4,5,1.比值定义法,就是在定义一个物理量的时候采取比值的形式定义。用比值法定义的物理概念在物理学中占有相当大的比例。下列不属于比值
19、定义法的是( ),答案,解析,-37-,1,2,3,4,5,2.(20172018学年浙江嘉兴第一中学高一下学期期中)某电容器标注的是“400 V 22 F”,则下列说法中正确的是 ( )A.该电容器接在400 V以下电压两端,可正常工作 B.该电容器只有接在400 V电压两端,才能正常工作 C.接在200 V电压两端,电容值为11 F D.不管哪类电容器,都不用考虑引出线与电源的哪个极相连,答案,解析,-38-,1,2,3,4,5,3.(2018浙江诸暨中学月考)如图,一个由电池、电阻R和平行板电容器组成的串联电路,在增大电容器两板间距的过程中( ) A.电阻R中没有电流 B.电容器的电容变
20、大 C.电阻中R有电流从A流向B D.电阻中R有电流从B流向A,答案,解析,-39-,1,2,3,4,5,4.如图是一个说明示波管工作的原理图,电子经加速电场(加速电压为U1)加速后垂直进入偏转电场,离开偏转电场时偏转量是h,两平行板间的距离为d,电压为U2,板长为l,每单位电压引起的偏移 ,叫作示波管的灵敏度,为了提高灵敏度,可采用下列哪些方法( )A.增大U2 B.减小l C.减小d D.增大U1,答案,解析,-40-,1,2,3,4,5,5.电工穿的高压作业服是用铜丝编织的,下列说法正确的是 ( ) A.铜丝编织的衣服不容易拉破,所以用铜丝编织衣服 B.电工被铜丝编织的衣服所包裹,使体内的电势保持为零,对人体起保护作用 C.电工被铜丝编织的衣服所包裹,使体内的电场强度保持为零,对人体起保护作用 D.铜丝必须达到一定的厚度,才能对人体起到保护作用,答案,解析,
