第20講電場知識的應(yīng)用,考點一,考點二,考點三,電容器的電容 核心知識整合 1.電容器 任何兩個彼此絕緣又相距很近的組成電容器,它帶電時,兩導體總是帶電荷,電容器所帶的電荷量指其中一個極板所帶電荷量的絕對值。 2.電容 (1)物理意義:電容是電容器的一個基本屬性,表示電容器_的本領(lǐng),僅由電容器本身的構(gòu)造決定。 (2)定義式:,(3)單位:法拉(F),常用單位有微法(F),皮法(pF), 1 F= F= pF。,導體,等量異種,容納電荷,106,1012,3.平行板電容器的電容: ,其中r是電介質(zhì)的相對介電常數(shù)(大于1)。,考點一,考點二,考點三,考點一,考點二,考點三,關(guān)鍵能力提升 命題點一電容器基本概念 【例1】 (2018浙江臺州高三上學期期末質(zhì)量評估)下列有關(guān)電容器知識的描述,正確的是() A.圖甲為電容器充電示意圖,充完電后電容器上極板帶正電,兩極板間電壓U等于電源電動勢E B.圖乙為電容器放電示意圖,若電容器上極板帶電量為+Q,則放電過程中通過電流表的電流方向從右向左,流過的總電量為2Q C.圖丙為電解電容器的實物圖和符號,圖丁為可變電容器及其符號,兩種電容使用時都應(yīng)嚴格區(qū)分正負極 D.圖丙中的電容器上標有“400 V,68 F”字樣,說明該電容器只有兩端加上400 V的電壓時電容才為68 F,答案,解析,考點一,考點二,考點三,易錯警示1.電容器上標注的為安全電壓和電容。在安全電壓下,電容器均能正常工作,電容大小不變。 2.電容器內(nèi)部能存儲電荷和存儲電能,不能進行能量轉(zhuǎn)化,這是和電源的區(qū)別,因此外接用電器時放電時,電流逐漸變小,而電源外接用電器時,電流恒定。,考點一,考點二,考點三,【例2】 中國設(shè)計制造的全球首創(chuàng)超級電容儲能式現(xiàn)代電動公交車已下線運營。這種超級電動公交車的核心是我國自主研發(fā)、全球首創(chuàng)的“超級電容器”。如圖所示,這種電容器安全性高,可反復充放電100萬次以上,使用壽命長達十二年,且容量超大(達到9 500 F),能夠在10 s內(nèi)完成充電。下列說法正確的是() A.該“超級電容器”能儲存電荷 B.該“超級電容器”的電容隨電壓的增大而增大 C.該“超級電容器”放電過程中把化學能轉(zhuǎn)化為電能 D.充電時電源的正極應(yīng)接“超級電容器”的負極,答案,解析,考點一,考點二,考點三,命題點二平行板電容器動態(tài)分析 【例3】 如圖所示,用靜電計可以測量已充電的平行板電容器兩極之間的電勢差,現(xiàn)使B板帶正電,A板帶負電,則下列說法不正確的是() A.將A板稍微向右移,靜電計指針張角將變小 B.若將A板稍微向上移,靜電計指針張角將變小 C.若將A板拿走,靜電計指針張角不為零 D.若將玻璃板插入兩極板之間,靜電計指針張角將變小,答案,解析,考點一,考點二,考點三,方法技巧電容器兩端與電源斷開,在移動極板或改變其他因素時,保持Q不變。,考點一,考點二,考點三,【例4】 電容式加速度傳感器的原理結(jié)構(gòu)如圖所示,質(zhì)量塊右側(cè)連接輕質(zhì)彈簧,左側(cè)連接電介質(zhì),彈簧與電容器固定在外框上。質(zhì)量塊可帶動電介質(zhì)移動改變電容。則() A.電介質(zhì)插入極板間越深,電容器電容越小 B.當傳感器以恒定加速度運動時,電路中有恒定電流 C.若傳感器原來向右勻速運動,突然減速時彈簧會伸長 D.當傳感器由靜止突然向右加速瞬間,電路中有順時針方向電流,答案,解析,考點一,考點二,考點三,易錯警示若在平行板電容器間插入云母、木板或電介質(zhì)等非導體,則改變電容器的介電常數(shù)r;若在與金屬板接近的地方插入金屬板等導體,則是改變了電容器的間距d。 方法技巧電容器保持與電源相連,在移動極板或改變其他因素時,保持兩端電壓不變。,考點一,考點二,考點三,電場中的力電綜合 核心知識整合 1.帶電粒子(或帶電體)在電場中的直線運動 (1)做直線運動的條件 粒子所受合外力F合=0,粒子或,或做運動。 粒子所受合外力F合0,且與初速度方向在同一條直線上,帶電粒子將做運動或運動。 (2)用動力學觀點分析,靜止,勻速直線,勻加速直線,勻減速直線,考點一,考點二,考點三,考點一,考點二,考點三,2.帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn) (1)條件分析:帶電粒子垂直于電場線方向進入勻強電場。 (2)運動性質(zhì):運動。 (3)處理方法:分解成相互的兩個方向上的,類似于。,勻變速曲線,垂直,直線運動,平拋運動,考點一,考點二,考點三,(4)運動規(guī)律: 沿初速度方向做運動,運動時間,勻速直線,考點一,考點二,考點三,沿電場力方向,做運動,勻加速直線,考點一,考點二,考點三,3.帶電粒子在勻強電場中偏轉(zhuǎn)時的兩個結(jié)論 (1)不同的帶電粒子從靜止開始經(jīng)過同一電場加速后再從同一偏轉(zhuǎn)電場射出時,偏移量和偏轉(zhuǎn)角總是相同的。,考點一,考點二,考點三,考點一,考點二,考點三,命題點一粒子在電場中直線運動 【例5】 (2018浙江杭州預(yù)測)如圖所示,金屬板A、B水平放置,兩板中央有小孔S1、S2,A、B與直流電源連接。閉合開關(guān),從S1孔正上方O處由靜止釋放一帶電小球,小球剛好能到達S2孔,不計空氣阻力,要使此小球從O點由靜止釋放后穿過S2孔,應(yīng)() A.僅上移A板適當距離 B.僅下移A板適當距離 C.斷開開關(guān),再上移A板適當距離 D.斷開開關(guān),再下移A板適當距離,答案,解析,考點一,考點二,考點三,【例6】 如圖所示,一充電后的平行板電容器的兩極板相距l(xiāng)。在正極板附近有一質(zhì)量為m1、電荷量為q(q0)的粒子;在負極板附近有另一質(zhì)量為m2、電荷量為-q的粒子。在電場力的作用下,兩粒子同時從靜止開始運動。已知兩粒子同時經(jīng)過一平行于正極板且與其相距 的平面。若兩粒子間相互作用力可忽略,不計重力,則m1m2為() A.32B.21 C.52D.31,答案,解析,考點一,考點二,考點三,方法技巧解決粒子在電場中直線運動問題的兩種方法 1.根據(jù)帶電粒子受到的電場力,用牛頓第二定律求出加速度,結(jié)合運動學公式確定帶電粒子的運動情況。此方法只適用于勻強電場。 2.根據(jù)電場力對帶電粒子所做的功等于帶電粒子動能的變化求解。此方法既適用于勻強電場,也適用于非勻強電場。,考點一,考點二,考點三,命題點二帶電粒子在電場中偏轉(zhuǎn) 【例7】 (多選)三個質(zhì)量相等,分別帶正電、負電和不帶電的粒子,從帶電平行金屬板左側(cè)中央以相同的水平初速度v0先后垂直電場進入,并分別落在正極板的A、B、C三處,O點是下極板的左端點,且OC=2OA,AC=2BC,如圖所示,則下列說法正確的是() A.三個粒子在電場中運動的時間之比tAtBtC=234 B.三個粒子在電場中運動的加速度之比aAaBaC=134 C.三個粒子在電場中運動時動能的變化量之比EkAEkBEkC=36169 D.帶正、負電荷的兩個粒子的電荷量之比為720,答案,解析,考點一,考點二,考點三,【例8】 如圖所示,在兩條平行的虛線內(nèi)存在著寬度為l、電場強度為E的勻強電場,在與右側(cè)虛線相距也為l處有一與電場平行的屏?，F(xiàn)有一電荷量為+q、質(zhì)量為m的帶電粒子(重力不計),以垂直于電場線方向的初速度v0射入電場中,v0方向的延長線與屏的交點為O。試求: (1)粒子從射入到打到屏上所用的時間; (2)粒子剛射出電場時的速度方向與初速度方向夾角的正切值tan ; (3)粒子打在屏上的點P到O點的距離x。,考點一,考點二,考點三,考點一,考點二,考點三,考點一,考點二,考點三,方法技巧分析粒子在電場中偏轉(zhuǎn)運動的兩種方法 1.分解觀點:垂直射入勻強電場的帶電粒子,在電場中只受電場力作用,與重力場中的平拋運動相類似,研究這類問題的基本方法是將運動分解,可分解成平行電場方向的勻加速直線運動和垂直電場方向的勻速直線運動。 2.功能觀點:首先對帶電粒子進行受力分析,再進行運動過程分析,然后根據(jù)具體情況選用公式計算。若選用動能定理,則要分清有多少個力做功,是恒力做功還是變力做功,同時要明確初、末狀態(tài)及運動過程中的動能的增量。若選用能量守恒定律,則要分清帶電粒子在運動中共有多少種能量參與轉(zhuǎn)化,哪些能量是增加的,哪些能量是減少的。,考點一,考點二,考點三,靜電現(xiàn)象的應(yīng)用 核心知識整合 1.靜電感應(yīng)現(xiàn)象 導體的內(nèi)部有大量的,對金屬導體來說,是由做熱振動的正離子和在它們之間做無規(guī)則熱運動的自由電子組成的。如圖甲所示,將一不帶電金屬導體ABCD放入電場強度為E0的電場中,導體內(nèi)的自由電子在電場力的作用下,逆著電場線定向移動,使導體一側(cè)集聚負電荷,另一側(cè)則集聚等量的正電荷,這種現(xiàn)象叫作。,自由電荷,靜電感應(yīng)現(xiàn)象,考點一,考點二,考點三,2.靜電平衡狀態(tài) 由于靜電感應(yīng),在導體兩側(cè)出現(xiàn)等量異種電荷,在導體內(nèi)部形成與電場E0反向的電場E,疊加后使導體內(nèi)的電場強度減弱,如圖乙所示。隨著導體兩側(cè)感應(yīng)電荷繼續(xù)增加,E增強,合電場強度E內(nèi)將逐漸減小,直到導體內(nèi)部各點的合電場強度 時為止,這時導體內(nèi)的自由電子不再發(fā)生定向移動,我們就說導體達到了,如圖丙所示。,E內(nèi)=E0+E,E內(nèi)=0,靜電平衡狀態(tài),考點一,考點二,考點三,3.處于靜電平衡狀態(tài)的導體的特征 (1)處處為。 (2)靜電荷只分布在導體的。 (3)整個導體是個,它的表面是個。 (4)導體表面上任何一點的電場強度方向跟該點的表面。 4.靜電平衡狀態(tài)下導體上的電荷分布 (1),。這是因為,假如導體內(nèi)部有電荷,導體內(nèi)部的電場就不可能為0,自由電荷就會發(fā)生定向移動,導體也就沒有處于靜電平衡狀態(tài)。 (2)在導體外表面,越的位置電荷的密度(單位面積的電荷量),凹陷的位置幾乎。,內(nèi)部電場強度 0,外表面,等勢體,等勢面,垂直,導體內(nèi)部沒有電荷,電荷只分布在導體的表面,尖銳,越大,沒有電荷,考點一,考點二,考點三,5.尖端放電 (1)空氣的電離: 導體尖端的電荷密度,附近的電場,空氣中殘留的帶電粒子在強電場的作用下發(fā)生劇烈的運動,把空氣中的氣體分子撞“散”,也就是使分子中的,這個現(xiàn)象叫作。 (2)尖端放電 中性分子電離后變成帶負電的自由電子和失去電子而帶正電的離子,這些帶電粒子在強電場的作用下加速,撞擊空氣中的分子,使它們進一步電離,產(chǎn)生更多的帶電粒子。那些所帶電荷與導體尖端的電荷符號相反的粒子,由于被吸引而奔向尖端,與尖端上的電荷,這相當于導體從尖端失去電荷,這個現(xiàn)象叫作。,很大,很強,正負電荷分離,空氣的電離,中和,尖端放電,考點一,考點二,考點三,(3)尖端放電的應(yīng)用和防止: 應(yīng)用:是利用尖端放電避免建筑物遭受雷擊的設(shè)備。 將燃氣灶中的電子打火器的放電電極做成針狀,加上電壓時容易產(chǎn)生電火花。 防止:高壓設(shè)備中導體的表面要盡量。,避雷針,光滑,考點一,考點二,考點三,6.靜電屏蔽 把一個電學儀器放在封閉的金屬殼里,即使殼外有電場,由于殼內(nèi)電場強度保持為,所以外電場對殼內(nèi)的儀器不會產(chǎn)生影響。金屬殼的這種作用叫作。 7.靜電屏蔽的應(yīng)用和危害 (1)應(yīng)用:電子儀器和電子設(shè)備外面套有金屬網(wǎng)罩,通信電纜外包一層鉛皮等,可防止外電場的干擾。電力工人高壓帶電作業(yè)時,身著用金屬絲網(wǎng)制成的衣帽、手套、鞋子,可以對人體起到靜電屏蔽作用,使人安全工作。 (2)危害:航天飛機、飛船返回地球大氣層時,由于飛船與大氣層的高速摩擦而產(chǎn)生高溫,在飛船的周圍形成一層等離子體,它對飛船產(chǎn)生靜電屏蔽作用,導致地面控制中心與飛船的通信聯(lián)系暫時中斷。對航天員來說,這是一個危險較大的時間段。,0,靜電屏蔽,考點一,考點二,考點三,命題點一靜電平衡 【例9】 如圖所示,將一不帶電的絕緣枕形導體P放在正電荷的電場中,導體P的A、B兩端分別帶上了負電荷和等量的正電荷,另外,導體內(nèi)部還有兩點C、D,則下列說法錯誤的是() A.導體上A、B兩端的電勢高低關(guān)系是A=B B.導體上A、B兩端的電勢高低關(guān)系是AED0,答案,解析,考點一,考點二,考點三,易錯警示靜電平衡指導體中沒有電荷移動的狀態(tài),其特點是: 1.導體內(nèi)部電場強度處處為零,沒有電場線(疊加后的)。 2.凈電荷分布在導體的外表面,電荷在導體表面的分布是不均勻的,尖端附近的電荷分布較密,附近的電場也較強。 3.對孤立的帶電導體,凈電荷分布在外表面,導體所帶電荷在內(nèi)部任一處產(chǎn)生的電場強度矢量和為零。 4.導體表面任何一點的電場強度方向與該處的表面垂直。,考點一,考點二,考點三,命題點二靜電屏蔽 【例10】 如圖所示,P是一個帶電體,N是一個不帶電的金屬空腔,在哪種情況中,放在絕緣板上的小紙屑S不會被吸引() A.B.C.D.,答案,解析,1,2,3,4,5,1.比值定義法,就是在定義一個物理量的時候采取比值的形式定義。用比值法定義的物理概念在物理學中占有相當大的比例。下列不屬于比值定義法的是(),答案,解析,1,2,3,4,5,2.(20172018學年浙江嘉興第一中學高一下學期期中)某電容器標注的是“400 V22 F”,則下列說法中正確的是 () A.該電容器接在400 V以下電壓兩端,可正常工作 B.該電容器只有接在400 V電壓兩端,才能正常工作 C.接在200 V電壓兩端,電容值為11 F D.不管哪類電容器,都不用考慮引出線與電源的哪個極相連,答案,解析,1,2,3,4,5,3.(2018浙江諸暨中學月考)如圖,一個由電池、電阻R和平行板電容器組成的串聯(lián)電路,在增大電容器兩板間距的過程中() A.電阻R中沒有電流 B.電容器的電容變大 C.電阻中R有電流從A流向B D.電阻中R有電流從B流向A,答案,解析,1,2,3,4,5,4.如圖是一個說明示波管工作的原理圖,電子經(jīng)加速電場(加速電壓為U1)加速后垂直進入偏轉(zhuǎn)電場,離開偏轉(zhuǎn)電場時偏轉(zhuǎn)量是h,兩平行板間的距離為d,電壓為U2,板長為l,每單位電壓引起的偏移 ,叫作示波管的靈敏度,為了提高靈敏度,可采用下列哪些方法() A.增大U2B.減小l C.減小dD.增大U1,答案,解析,1,2,3,4,5,5.電工穿的高壓作業(yè)服是用銅絲編織的,下列說法正確的是 () A.銅絲編織的衣服不容易拉破,所以用銅絲編織衣服 B.電工被銅絲編織的衣服所包裹,使體內(nèi)的電勢保持為零,對人體起保護作用 C.電工被銅絲編織的衣服所包裹,使體內(nèi)的電場強度保持為零,對人體起保護作用 D.銅絲必須達到一定的厚度,才能對人體起到保護作用,答案,解析,