专题1.5 静电现象与电容器-2019-2020学年高二物理同步题型学案（人教版选修3-1）

2019-2020学年高二物理同步题型学案（人教版选修3-1） 专题1.5 静电现象与电容器 【学习目标】 1.知道什么是静电平衡状态，理解处于静电平衡状态导体的特性。知道什么是静电屏蔽及其有关应用。 知道导体上电荷的分配规律。了解尖端放电现象。 2.知道电容器的概念，认识常见的电容器，通过实验感知电容器的充、放电现象。3.理解电容的定义及定义方法，掌握电容的定义、公式、单位，并会应用定义式进行简单的计算。 3.了解影响平行板电容器大小的因素，了解平行板电容器的电容公式。知道改变平行板电容器电容大小的方法。 【知识要点】 一、静电平衡状态下导体的电场和电荷分布 1．静电感应现象：处于电场中的导体，由于电场力的作用，电荷出现重新分布的现象。 2．静电平衡状态：导体中(包括表面上)没有电荷定向移动的状态。 3．静电平衡状态的特征 (1)处于静电平衡状态的导体，内部的场强处处为零。 (2)处于静电平衡状态的导体，外部表面附近任何一点的场强方向必跟该点的表面垂直。 (3)处于静电平衡状态的整个导体是个等势体，导体的表面为等势面。 4．导体上电荷的分布 (1)导体内部没有电荷，电荷只分布在导体的外表面。 (2)在导体表面，越尖锐的位置，电荷的密度(单位面积的电荷量)越大，凹陷的位置几乎没有电荷。 二、尖端放电和静电屏蔽 1．电离：导体尖端的电荷密度很大，附近的场强很强，空气中的带电粒子剧烈运动，使空气分子被撞“散”而使正、负电荷分离的现象。 2．尖端放电：导体尖端的强电场使附近的空气电离，电离后的异种离子与尖端的电荷中和，相当于导体从尖端失去电荷的现象。 3．静电屏蔽：静电平衡时，导体壳内空腔里的电场处处为零，外电场对壳内不会产生影响。 4．尖端放电和静电屏蔽的应用、防止 (1)尖端放电 ①应用：避雷针是利用尖端放电避免雷击的一种设施。 ②防止：高压设备中导体的表面尽量光滑，减少电能的损失。 (2)静电屏蔽的应用 ①电学仪器和电子设备外面会有金属罩，通讯电缆外面包一层铅皮，可以防止外电场的干扰。 ②电工高压带电作业时，穿戴金属丝网制成的衣、帽、手套、鞋子，可以对人体起到静电屏蔽作用，使人安全作业。 三、电容和电容器 1．电容器：两个相互靠近又彼此绝缘的导体组成一个电容器。 2．电容器的充电和放电 (1)充电：使电容器两极板带上等量异种电荷的过程叫作充电。如图甲所示。 特征：两极板所带等量异种电荷均匀分布在两极板相对的内表面。 电容器充电示意图　　　电容器放电示意图 甲　　　　　　　　　　乙 (2)放电：使充电后的电容器失去电荷的过程叫作放电。如图乙所示。 特征：放电过程是储存在电场中的电能转化为其他形式的能的过程。 (3)电容器的带电荷量是指其中一个极板所带电荷量的绝对值。 3．电容 (1)定义：电容器所带的电荷量Q与电容器两极板间的电势差U的比值，公式为C＝。 (2)物理意义：表示电容器容纳电荷的本领的大小。 (3)单位：在国际单位制中是法拉(F)，1 F＝1 C/V，1 F＝106μF＝1012pF。 四、平行板电容器 1．平行板电容器 (1)结构：由两个相互平行且彼此绝缘的金属板构成。 (2)电容的决定因素：电容C与两极板间的相对介电常数εr成正比，跟极板的正对面积S成正比，跟极板间的距离d成反比。 (3)电容的决定式：C＝，εr为电介质的相对介电常数。当两极板间是真空时：C＝，式中k为静电力常量。 2．电容器的额定电压和击穿电压 (1)额定电压：电容器能够长期正常工作时的电压。 (2)击穿电压：电介质被击穿时在电容器两极板上的极限电压，若电压超过这一限度，则电容器就会损坏。 【题型分类】 题型一、对静电平衡的理解 【例1】在真空中有两个点电荷A和B，电荷量分别为－Q和＋2Q，相距为2l，如果在两个点电荷连线的中点O有一个半径为r(r≪l)的空心金属球，且球心位于O点，如图所示，则球壳上的感应电荷在O处的场强的大小为多少？方向如何？ 【题后反思】求处于静电平衡状态的导体的感应电荷产生的场强的方法是： (1)运用E＝k求出外电场场强E外的大小和方向。 (2)由于导体处于静电平衡状态，则满足静电平衡条件E合＝0。 (3)由E外＋E感＝0，求出感应电场E感的大小和方向。 【同类练习】 如图所示，一个方形的金属盒原来不带电，现将一个带电荷量为＋Q的点电荷放在盒左边附近，达到静电平衡后，盒上的感应电荷在盒子内部产生的电场分布情况正确的是(　　) A　　　　B　　　　C　　　　D 题型二、静电平衡导体的电荷分布及分析方法 【例2】(多选)如图所示，在绝缘板上放有一个不带电的金箔验电器A和一个带正电荷的空腔导体B.下列实验方法中能使验电器箔片张开的是(　　) A．用取电棒C(带绝缘柄的导体棒)先跟B的内壁接触一下后再跟A接触 B．用取电棒