了解電容器靜電與新技術(shù)

1、第七節(jié) 了解電容器 第八節(jié) 靜電與新技術(shù),學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.知道電容器的概念和平行板電容器的主要構(gòu)造．2．理解電容的概念及其定義或決定式．3．掌握平行板電容器電容的決定式，并能用其討論有關(guān)問題．4．知道靜電的危害，能正確利用靜電知識(shí)．,重點(diǎn)難點(diǎn)：關(guān)于電容器兩類典型問題的討論．易錯(cuò)問題：對(duì)定義式C＝ 的理解，有的同學(xué)錯(cuò)誤地理解為C與Q成正比，與U成反比．,一、電容器及電容器的充放電1．基本結(jié)構(gòu)：由兩個(gè)彼此

2、 又相互 的導(dǎo)體組成了一個(gè)電容器．,絕緣,靠近,2．電容器的充放電(1)充電：把電容器的兩個(gè)極板分別和電源的兩極相連使兩極板分別帶上 電荷的過程．(2)放電：把電容器的兩個(gè)極板相連，兩極板上的電荷互相 ，使電容器兩極板上的電荷發(fā)生 的過程．,等量異種,吸引,中和,3

3、．電場(chǎng)能：充電后的電容器因?yàn)閮蓸O板上有電荷，所以存在 ，而使電容器具有的能．4．額定電壓和擊穿電壓(1)額定電壓：電容器長(zhǎng)期工作時(shí)所能承受的 電壓．(2)擊穿電壓：把電容器的兩極板擊穿而使電容器損壞的 電壓．,電場(chǎng),最大,最小,?說明?　電容器的帶電荷量是指電容器一個(gè)極板所帶電荷量的絕對(duì)值，而不是指兩個(gè)極板所帶電荷量的絕對(duì)值之和．,二、電

4、容器的電容1．定義：電容器所帶電荷量Q與電容器兩極板間的電勢(shì)差U的 叫做電容器的電容．公式： .2．物理意義：電容是表示電容器容納 本領(lǐng)大小的物理量，數(shù)值上等于使兩極間的電勢(shì)差為 時(shí)，表示電容器需要帶的電荷量．,比值,電荷,1 V,3．單位：法，符號(hào)F，還有微法(μF)和皮法(pF)．關(guān)系：1 F＝106 μF＝1012 pF.4

5、．電容器的電容值僅由電容器的結(jié)構(gòu)決定，與所帶電荷量Q或所加電壓U ．,無關(guān),三、決定電容的因素1．實(shí)驗(yàn)探究(1)如圖1－7－1所示，保持Q和d不變，極板正對(duì)面積S越小，電勢(shì)差U ，表示電容C ．,圖1－7－1,越大,越小,(2)如圖1－7－2所示，保持Q和S不變，d越大，電勢(shì)差U ，表示電容C

6、 ．,圖1－7－2,越大,越小,(3)如圖1－7－3所示，保持Q、S不變，插入介質(zhì)后，電勢(shì)差U ，表示電容C ．,減小,增大,圖1－7－3,2．平行板電容器的電容C跟介電常數(shù)ε成 ，跟極板正對(duì)面積S成 ，跟極板間的距離d成 ．公式： ，當(dāng)極板間為真空時(shí)，

7、 .,正比,正比,反比,四、靜電的利用及防止靜電的危害1．靜電的利用靜電在技術(shù)上有很多的應(yīng)用，如激光打印、噴墨打印、靜電除塵、靜電復(fù)印等．利用靜電進(jìn)行除塵的最大特點(diǎn)是，先使空氣中的塵埃帶上 ，并在電場(chǎng)力的作用下被吸附到 上，當(dāng)塵埃累計(jì)到一定程度時(shí)，可以在 的作用下落入漏斗中，實(shí)現(xiàn)了除塵的作用．,靜電,金屬圓筒,重力,2．防止靜電的危害靜電產(chǎn)生危害的

8、必要條件是積累 的靜電荷，因此，防止靜電危害的方法是： 和 以避免靜電的積累．在油罐車的尾部常拖有一根鐵鏈，其作用是將靜電 大地．,足夠多,控制靜電的產(chǎn)生,把產(chǎn)生的靜電迅速引走,,導(dǎo)入,1．有一充電的平行板電容器，兩極板間電壓為3 V，先使它的電荷量減少3×1

9、0－4 C，于是電容器兩板間的電壓降為原來的 ，此電容器的電容是多大，電容器原來的帶電荷量是多少庫侖？若電容器極板上的電荷量全部放掉，電容器的電容是多大？,電容器原來的帶電荷量為Q，則Q＝CU＝1.5×10－4×3 C＝4.5×10－4 C電容器的電容是由本身結(jié)構(gòu)決定的，與是否帶電無關(guān)，所以電容器放掉全部電荷后，電容仍然是150 μF.答案：150 μF　4.5×10－4 C　

10、150 μF,二、電容器的充、放電1．充電過程：如圖1－7－4所示，原來不帶電的電容器與電源連接后，有逆時(shí)針方向的電流，使電容器上板帶正電，下板帶負(fù)電，且電荷量越來越大．,圖1－7－4,電容器兩板間電壓也越來越高，充電電流也越來越小，經(jīng)過足夠長(zhǎng)的時(shí)間后，電容器兩板間的電壓等于電源電壓，電路中的電流為零，電容器充電完畢．從能量的觀點(diǎn)看，充電過程就是電源的電能轉(zhuǎn)化為電容器的電場(chǎng)能的過程．,2．放電過程：如圖1－7－5所示，已充電的電容器

11、兩板間有電壓，儲(chǔ)存有電場(chǎng)能，當(dāng)把電容器與電阻連成回路時(shí)，電路中將有順時(shí)針方向的電流流過，電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電能并最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能．,圖1－7－5,隨著電容電荷量的減小，兩端電壓減小，放電電流也要減小，經(jīng)過足夠長(zhǎng)的時(shí)間，電容器上的等量異種電荷全部中和，電壓為零，電路中不再有電流，電容器放電完畢．,三、電容器中各物理量的變化關(guān)系1．平行板電容器連接在電源兩端時(shí)，電容器的d、S、ε發(fā)生變化，將引起電容器的C、Q、U、E怎樣變化？,2．一個(gè)空氣平行板

12、電容器，兩極板間相距d、正對(duì)面積為S，充以電荷量Q后，兩極板間電壓為U，為使電容器的電容加倍，可采用的辦法是(雙選) (　　)A．將電壓變?yōu)锽．將帶電荷量變?yōu)?QC．將極板間的距離變?yōu)镈．兩極板間充滿介電常數(shù)為2的電介質(zhì),解析：選CD.電容器的電容與電容器極板上的電量、電壓無關(guān)，所以選項(xiàng)A、B不正確；根據(jù)公式C＝ ，可以知道選項(xiàng)C、D正確．,(2008年高考寧夏理綜卷)如圖1－7－6所示，C為中間插有電介質(zhì)的電容器，a

13、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，在兩板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(雙選) (　　),例1,圖1－7－6,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),【答案】　BC【點(diǎn)評(píng)】　本題中P、Q間的整個(gè)

14、裝置等同于一個(gè)靜電計(jì)．,1. 21世紀(jì)，智能機(jī)器人將走進(jìn)千家萬戶，各種各樣的傳感器是智能機(jī)器人的核心部分之一．,圖1－7－7,傳感器是一種將感受的物理量(如光、熱、力、聲等)轉(zhuǎn)換成便于測(cè)量的量(一般是電學(xué)量)．如圖1－7－7所示是一種測(cè)定壓力的電容式傳感器，當(dāng)待測(cè)壓力(F)作用于可動(dòng)膜片電極上時(shí)，可對(duì)膜片產(chǎn)生壓力發(fā)生形變，引起電容的變化．將電容器、靈敏電流計(jì)和直流電源串聯(lián)，接成閉合電路，那么：①當(dāng)F向上壓膜片電極時(shí)，電容將減小?、诋?dāng)F

15、向上壓膜片電極時(shí)，電容將增大　③若電流計(jì)有示數(shù)，則壓力F發(fā)生變化?、苋綦娏饔?jì)有示數(shù)，則壓力F不發(fā)生變化,以上各項(xiàng)中正確的有 (　　)A．①③　　　　　　　　　　B．②③C．①④ D．②④解析：選B.F向上壓膜片電極時(shí)，膜片發(fā)生形變，板間距離減小，故電容增大，②對(duì)．當(dāng)F發(fā)生變化，可動(dòng)膜片形狀改變，板間距離改變，電容改變，由Q＝CU知電荷量要變化，就有充電或放電電流，電流計(jì)有示數(shù)，③對(duì)．正確選項(xiàng)為B.,(2010年

16、廣州六中檢測(cè))如圖1－7－8所示，,圖1－7－8,例2,電源電壓恒定，則接通開關(guān)S的瞬間，通過電阻R的電流方向是從________到______；平行板電容器充電穩(wěn)定后，在將兩板間距離增大的過程中，通過R的電流方向是從__________到____________；如果電容器充電平衡后，先斷開S，再將兩板間距離增大，在此過程中，R上________電流通過(填“有”或“無”)．,【解析】　電容器在充、放電過程中，電路中將有電流，電流方向

17、即為正電荷定向移動(dòng)方向．在接通S瞬間，電容器被充電，上極板帶正電，下極板帶負(fù)電，故電流方向由A到B；穩(wěn)定后，將兩板距離增大，根據(jù)C∝ ，電容減小，電容器帶電荷量Q＝CU，因?yàn)閁不變，所以電荷量Q減小，即電流方向由B到A；將開關(guān)斷開后，因?yàn)殡娙萜鲙щ姾闪坎蛔?，所以無論如何調(diào)節(jié)板間距離，均無電流通過．,【答案】　A　B　B　A　無【點(diǎn)評(píng)】　判斷電容器充、放電過程和電路中電流的方向，關(guān)鍵是看電容器極板上的電荷量是增

18、多還是減少．如果增多，則電流方向從負(fù)極板到正極板；如果減少，則電流方向由正極板流向負(fù)極板；如果電荷量不變，則電路中不會(huì)有電流．,2．如圖1－7－9所示是一個(gè)由電池、電阻R與平行板電容器組成的串聯(lián)電路．在增大電容器兩極板間距離的過程中(雙選) (　　),圖1－7－9,A．電阻R中沒有電流B．電容器的電容變小C．電阻R中有從a流向b的電流D．電阻R中有從b流向a的電流解析：選BC.由題知電容器兩板間電壓恒定，設(shè)已充電荷量為

19、Q，當(dāng)兩板間距離增大時(shí)，電容C變小，由Q＝CU可知帶電荷量Q將減小，必然有一部分正電荷通過電阻R回流．,(2010年汕頭模擬)當(dāng)一個(gè)電容器所帶電荷量為Q時(shí)，兩極板間的電勢(shì)差為U，如果所帶電荷量增大為2Q，則(　　),例3,A．電容器的電容增大為原來的2倍，兩極板間電勢(shì)差保持不變B．電容器的電容減小為原來的 倍，兩極板間電勢(shì)差保持不變C．電容器的電容保持不變，兩極板間電勢(shì)差增大為原來的2倍D．電容器的電容保持不變，兩

20、極板間電勢(shì)差減少為原來的,【解析】　本題考查對(duì)電容的定義式的理解，應(yīng)明確：對(duì)某一電容器而言，其電容的大小，取決于它的結(jié)構(gòu)，與它所帶的電荷量及兩極板間的電勢(shì)差無關(guān)．由于電容器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)不變，故其電容也不變．由電容的定義式C＝ 可知，當(dāng)所帶的電荷量增大為2Q時(shí)，兩極板間的電壓也相應(yīng)增大為2U，故本題正確選項(xiàng)為C.【答案】　C,3．一個(gè)平行板電容器，使它每板電量從Q1＝30×10－6C增加到Q2＝36×10－6

21、C時(shí)，兩板間電勢(shì)差從U1＝10 V增加到U2＝12 V，這個(gè)電容器的電容量多大？如要使兩板電勢(shì)差從10 V降為U′2＝6 V，則每板需減少多少電量？,解析：電量的增加量和電勢(shì)差的增加量分別為ΔQ＝Q2－Q1＝36×10－6C－30×10－6C＝6×10－6C，ΔU＝U2－U1＝12 V－10 V＝2 V.根據(jù)電容的定義，它等于每增加1 V電勢(shì)差所需增加的電量，即C＝

22、 ＝3×10－6 F＝3 μF.要使兩極板間電勢(shì)差降為6 V，則每板應(yīng)減少的電量為ΔQ′＝CΔU′＝3×10－6×(10－6)C＝12×10－6 C.,答案：3 μF　12×10－6 C,平行板電容器的電容C，兩極板間電壓U，兩板間場(chǎng)強(qiáng)E和帶電荷量Q，在下列情況下怎樣變化？(1)保持兩板與電源相連，只增大兩板間距離，則C________，U________，Q

23、________，E________.(2)給電容器充電穩(wěn)定后與電源斷開，再減小電容器板間距離，則C________，U________，Q________， E________.,例4,【答案】　(1)減小　不變　減小　減小　(2)增大　減小　不變　不變,4．如圖1－7－10所示，平行板電容器的兩個(gè)極板為A、B，B板接地，A板帶電荷量＋Q，板間電場(chǎng)內(nèi)有一固定點(diǎn)P.若將A板固定，B板下移一些，以下說法正確的是(雙選) (　

24、　),圖1－7－10,A．兩板間場(chǎng)強(qiáng)E可能變大B．兩板間場(chǎng)強(qiáng)E不變C．P點(diǎn)電勢(shì)φ升高D．P點(diǎn)電勢(shì)φ不變,解析：選BC.E＝ ，間距變化，E不變，故B正確；φ＝Ed，故C正確．,如圖1－7－11所示，水平放置的兩平行金屬板A、B相距為d，電容為C，開始時(shí)兩極板均不帶電，A板接地且中央有一小孔，現(xiàn)將帶電液滴一滴一滴地從小孔正上方h高處無初速地滴下，設(shè)每滴液滴的質(zhì)量為m，電荷量為q，落到B板后把電荷全部傳給

25、B板．則：,例5,(1)第幾滴液滴將在A、B間做勻速直線運(yùn)動(dòng)？(2)能夠達(dá)到B板的液滴不會(huì)超過多少滴？,圖1－7－11,【點(diǎn)評(píng)】　(1)第n滴在A、B板間做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，滴到B板上的液滴共(n－1)滴．(2)第n′滴不一定恰好到B板，有可能到半途就在電場(chǎng)力作用下返回．故n′不是整數(shù)時(shí)要只取整數(shù)．,5. (2010年惠州檢測(cè))相距為d的兩塊平行金屬板M、N，分別與電源的正、負(fù)極相連．電鍵閉合后M、N間產(chǎn)生勻強(qiáng)電場(chǎng)，一電子垂直于電場(chǎng)方

26、向，從M邊的邊緣射入電場(chǎng)，經(jīng)電場(chǎng)偏轉(zhuǎn)恰好打在N板的中央，如圖1－7－12所示．設(shè)電子總是從M板的邊緣以同樣的速度射入電場(chǎng)，并且兩板的正對(duì)面積不變，問：,(1)為使電子能飛出電場(chǎng)，M板在圖示平面內(nèi)應(yīng)如何移動(dòng)？(2)若先把電鍵斷開，為使電子能飛出電場(chǎng)，M板在圖示平面內(nèi)又應(yīng)如何移動(dòng)？,圖1－7－12,解析：電子在兩板間的勻強(qiáng)電場(chǎng)中做類似于平拋的曲線運(yùn)動(dòng)．要讓電子飛出電場(chǎng)，必須延長(zhǎng)飛行時(shí)間．(1)如果電鍵閉合，則兩板間的電壓不變，把M板向上