电容器专题优秀PPT.ppt

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1、静电平衡状态下导体的电场静电平衡状态下导体的电场静电平衡状态静电平衡状态:导体内自由电子导体内自由电子不再定向移动不再定向移动的状态的状态 静电平衡状态静电平衡状态 静电平衡状态下导体的电场静电平衡状态下导体的电场、导体内部场强到处为零、导体内部场强到处为零处在静电平衡状态的导体的特点处在静电平衡状态的导体的特点2、导体是等势体、导体是等势体,表面为等势面表面为等势面3、导体外部表面旁边场强方向与、导体外部表面旁边场强方向与该点的表面垂直该点的表面垂直地球是一个极大的导体，可以认为处于静电平衡状地球是一个极大的导体，可以认为处于静电平衡状态，所以它是一个等势体。这是我们可以选大地做态，所以它是

2、一个等势体。这是我们可以选大地做零电势体的一个缘由。零电势体的一个缘由。思索：思索：电荷在导体外表面的分布又是怎样的呢？电荷在导体外表面的分布又是怎样的呢？均匀球形导体均匀球形导体 在导体的外表面，越尖锐的位置电荷的密度（单在导体的外表面，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位面积的电荷量）越大，凹陷的位置几乎没有电荷1.导导体体自自身身带带电电处处于于静静电电平平衡衡，下下列列说说法法中中正确的是正确的是()A.导体内部场强是导体内部场强是0，所以电势也是，所以电势也是0B.电电荷荷只只分分布布在在外外表表面面，曲曲率率半半径径小小的的地地方方场强大，所以电

3、势高场强大，所以电势高C.电电荷荷只只分分布布在在外外表表面面，电电场场线线确确定定和和外外表表面到处垂直面到处垂直D.以上说法均不正确以上说法均不正确C 2、如图，为一空腔球形导体（不带电）现将、如图，为一空腔球形导体（不带电）现将一个带正电的小球一个带正电的小球A放入腔中，当静电平衡放入腔中，当静电平衡时，图中时，图中a,b,c三点的场强大小关系是（三点的场强大小关系是（）A.EaEbEcB.Ea=EbEcC.Ea=Eb=EcD.EaEc EbDbca思索：思索：abc三点电势有什么关系？三点电势有什么关系？3、长为L的导体棒原来不带电，现将一电荷量为+q的点电荷放在与棒的左端距离为R的地

4、方，如图所示。达到静电平衡后，棒上的感应电荷在棒内中点O处产生的场强有多大？方向如何？RLO O+q二、电容器、电容二、电容器、电容1.1.电容器电容器 (1)(1)组成组成:由两个彼此由两个彼此 又相互又相互 的导体组成的导体组成.(2)(2)带电量带电量:一个极板所带电量的一个极板所带电量的 .(3)(3)电容器的充、放电电容器的充、放电 充电充电:使电容器带电的过程使电容器带电的过程,充电后电容器两板带上等量的充电后电容器两板带上等量的 ,电容器中储存电容器中储存 .放电放电:使充电后的电容器失去电荷的过程使充电后的电容器失去电荷的过程,放电过程中放电过程中 转化为其他形式的能转化为其他

5、形式的能.绝缘绝缘靠近靠近确定值确定值异种电荷异种电荷电场能电场能电场电场能能2.2.电容电容 (1)(1)定义定义:电容器所带的电容器所带的 与电容器两极板间的电势与电容器两极板间的电势 差差U U的比值的比值.(2)(2)定义式定义式:(3)(3)物理意义物理意义:表示电容器表示电容器 本事大小的物理量本事大小的物理量.(4)(4)单位单位:法拉法拉(F)1 F=F=1012 pF(F)1 F=F=1012 pF电荷量电荷量Q Q容纳电荷容纳电荷10106 63.3.平行板电容器平行板电容器 (1)(1)影响因素影响因素:平行板电容器的电容与平行板电容器的电容与 成正比成正比,与介与介 质

6、的质的 成正比成正比,与与 成反比成反比.(2)(2)确定式确定式:C=,k:C=,k为静电力常量为静电力常量.特殊提示特殊提示电容器的电容大小是由本身的特性确定的电容器的电容大小是由本身的特性确定的,与极板间电压以及电与极板间电压以及电容器带电多少容器带电多少,带不带电荷无关带不带电荷无关.正对面积正对面积介电常数介电常数两板间的距离两板间的距离(2)(2)平行板电容器充电后平行板电容器充电后,切切断与电源的连接断与电源的连接,因此电容器因此电容器带电荷量带电荷量Q Q不变不变,当电容器的当电容器的d d、S S、变更时变更时,将引起电容器将引起电容器的的C C、U U、E E变更变更.(Q

7、.(Q不变不变)(1)(1)平行板电容器充电后平行板电容器充电后,接接着与电源的两极相连着与电源的两极相连,因此因此两两 极板间的电压不变极板间的电压不变,当当电容器的电容器的d d、S S、变更时变更时,将引起电容器的将引起电容器的C C、Q Q、E E的的变更变更.(U.(U不变不变)2.电容器的动态分析方法电容器的动态分析方法三三.平行板电容器的两种典型状况的探讨：平行板电容器的两种典型状况的探讨：C Sd C=Q/U E=U/d QS1.若两板始终跟电源连接若两板始终跟电源连接U保持不变保持不变a.d增大，增大，C将减小，将减小，Q将减小，将减小，E将减小将减小b.S增大，增大，C将增

8、大，将增大，Q将增大，将增大，E将保持不变。将保持不变。c.插入介质插入介质，C将增大，将增大，Q将增大，将增大，E将保持不变。将保持不变。d.插入确定厚度的导体板，相当于插入确定厚度的导体板，相当于d减小，减小，C将增大，将增大，Q将增大，将增大，E将增大。将增大。2.若充电后与电源断开若充电后与电源断开Q保持不变保持不变a.d增大，增大，C将减小，将减小，U将增大，将增大，E将保持不变将保持不变b.S增大，增大，C将增大，将增大，U将减小，将减小，E将减小。将减小。c.插入介质插入介质，C将增大，将增大，U将减小，将减小，E将减小。将减小。d.插入确定厚度的导体板，相当于插入确定厚度的导体

9、板，相当于d减小，减小，C将增大，将增大，U将减小，将减小，E将保持不变。将保持不变。题型题型1 1 感应起电问题感应起电问题【例【例1 1】如图如图1 1所示所示,将带电棒移近两个不带将带电棒移近两个不带 电的导体球甲、乙电的导体球甲、乙,两个导体球起先时互两个导体球起先时互 相接触且对地绝缘相接触且对地绝缘,下述几种方法中能使下述几种方法中能使 两球都带电的是两球都带电的是()()A.A.先把两个球分开先把两个球分开,再移走带电棒再移走带电棒 B.B.先移走带电棒先移走带电棒,再把两个球分开再把两个球分开 C.C.先使甲球瞬时接触地先使甲球瞬时接触地,再移走带电棒再移走带电棒 D.D.使带

10、电棒与甲球瞬时接触使带电棒与甲球瞬时接触,再移走带电棒再移走带电棒 解析解析 先把两个小球分开先把两个小球分开,再移走带电棒再移走带电棒,这是感应起电这是感应起电,两球带上了异种电荷两球带上了异种电荷,故故A A正确正确;先移走带电棒先移走带电棒,甲、乙球上甲、乙球上图图1 1ACD电荷中和电荷中和,均不带电均不带电,B,B错误错误;先使甲球瞬时接触地先使甲球瞬时接触地,再移走棒再移走棒,也也是感应起电是感应起电,两球带上了同种电荷两球带上了同种电荷(与带电棒电荷异性与带电棒电荷异性,两个球上两个球上与带电棒同性的电荷被排斥到大地中与带电棒同性的电荷被排斥到大地中),C),C正确正确;使带电棒

11、与甲球使带电棒与甲球瞬时接触瞬时接触,再移走带电棒再移走带电棒,这是接触起电这是接触起电,甲、乙两球带上了同种甲、乙两球带上了同种电荷电荷,D,D正确正确.方法提炼方法提炼起电问题的分析方法起电问题的分析方法:(1)(1)使物体带电的三种方式使物体带电的三种方式:摩擦起电摩擦起电;感应起电感应起电;接触带接触带电电.(2)(2)感应起电实质上是导体的静电平衡问题感应起电实质上是导体的静电平衡问题,不带电体放入电场不带电体放入电场中中,电荷重新分布电荷重新分布,将此物体分为两部分则每部分都带电将此物体分为两部分则每部分都带电,或将此或将此物体接地物体接地,物体也会带电物体也会带电.变式练习变式练

12、习1 1 如图如图2 2所示的是一个带正电的验电器所示的是一个带正电的验电器,当一个金属当一个金属球球A A靠近验电器上的金属小球靠近验电器上的金属小球B B时时,验电器中金属箔片的张角减验电器中金属箔片的张角减小小,则则 ()()A.A.金属球金属球A A可能不带电可能不带电B.B.金属球金属球A A确定带正电确定带正电C.C.金属球金属球A A可能带负电可能带负电D.D.金属球金属球A A确定带负电确定带负电解析解析 验电器上的金属箔片和金属球都带有正电荷验电器上的金属箔片和金属球都带有正电荷,金属箔片金属箔片之所以张开之所以张开,是由于箔片上的正电荷相互排斥造成的是由于箔片上的正电荷相互

13、排斥造成的.当验电器当验电器金属箔片的张角减小时金属箔片的张角减小时,说明箔片上的正电荷确定比原来削减说明箔片上的正电荷确定比原来削减了了,由于金属球由于金属球A A只是靠近验电器而没有与验电器上的金属球只是靠近验电器而没有与验电器上的金属球B B发生接触发生接触,要考虑感应起电的影响要考虑感应起电的影响.当金属球当金属球A A靠近时靠近时,验电器的验电器的图图2 2AC金属球金属球B B、金属杆包括金属箔片整体相当于一个导体、金属杆包括金属箔片整体相当于一个导体,金属球金属球A A离离金属球金属球B B较近较近,而离金属箔片较远而离金属箔片较远.假如金属球假如金属球A A带正电带正电,验电器

14、上验电器上的正电荷确定向远处移动的正电荷确定向远处移动,则金属箔片上的电荷量不会削减则金属箔片上的电荷量不会削减,所所以选项以选项B B是错误的是错误的.假如金属球假如金属球A A带负电带负电,验电器上的正电荷会由验电器上的正电荷会由于引力作用向近端移动于引力作用向近端移动,造成金属箔片上的电荷量削减造成金属箔片上的电荷量削减,所以选所以选项项C C是正确的是正确的.假如金属球假如金属球A A不带电不带电,由于受到金属球由于受到金属球B B上正电荷的上正电荷的影响影响,金属球金属球A A上靠近上靠近B B的部分也会由于静电力的作用出现负电荷的部分也会由于静电力的作用出现负电荷,而这些负电荷反过

15、来会使得验电器上的正电荷向金属球而这些负电荷反过来会使得验电器上的正电荷向金属球B B移动移动,效果与金属球效果与金属球A A带负电荷一样带负电荷一样.所以选项所以选项A A也是正确的也是正确的,选项选项D D是错是错误的误的.题型题型2 2 电容器两类动态问题分析电容器两类动态问题分析 例例2 2-1 如图所示如图所示,一平行板电容器充电后与电源断开一平行板电容器充电后与电源断开,负极负极 板接地板接地,在两极板间有一正电荷在两极板间有一正电荷(电荷量很小电荷量很小)固定在固定在P P点点.以以E E 表示两极板间的场强表示两极板间的场强,U U表示电容器的电压表示电容器的电压,E Ep p

16、表示正电荷在表示正电荷在P P 点的电势能点的电势能.若保持负极板不动若保持负极板不动,将正极板移到图中虚线所示将正极板移到图中虚线所示 位置位置,则则 ()()A.A.U U变小变小,E E不变不变 B.B.E E变大变大,E Ep p不变不变 C.C.U U变大变大,E Ep p不变不变 D.D.U U不变不变,E Ep p不变不变A思路点拨思路点拨 解决平行板电容器的动态变更问题解决平行板电容器的动态变更问题,首先要抓住不首先要抓住不变量变量,然后利用物理量之间的关系求解然后利用物理量之间的关系求解,本题不变量是电容器的本题不变量是电容器的电荷量电荷量.解析解析 将正极板移到图中虚线所示

17、的位置时将正极板移到图中虚线所示的位置时,电容变大电容变大,依据依据恒定恒定,则场强则场强E E不变不变;由于场强由于场强E E不变不变,P,P点与下极板电势差点与下极板电势差U=EdU=Ed不不变变,所以所以P P点电势点电势 不变不变,Ep,Ep不变不变.由以上分析可知选项由以上分析可知选项A A正确正确.(对于场强对于场强E E的分析的分析,不能干脆利用不能干脆利用E=E=分析分析,因为因为U U减小减小,d,d也减也减小小,无法确定无法确定E E的变更的变更).).【拓展探究】【拓展探究】例例2中中,若保持正极板不动若保持正极板不动,将负极板向上平移确将负极板向上平移确定距离定距离,结

18、论如何结论如何?解析解析 负极板向上平移负极板向上平移,电容变大电容变大,由由C=可知可知,U变小变小;又又 ，则，则E不变不变;P点与下极板电势差点与下极板电势差U=Ed,d变小变小,故故U变小变小,即即 变小变小,Ep变小变小.答案答案 A变式练习变式练习2-12-1 如图如图4 4所示所示,用电池对电容器充电用电池对电容器充电,电路电路a a、b b之之间接有一灵敏电流表间接有一灵敏电流表,两极板之间有一个电荷两极板之间有一个电荷q q处于静止状态处于静止状态.现将两极板的间距变大现将两极板的间距变大,则则 ()()A.A.电荷将向上加速运动电荷将向上加速运动B.B.电荷将向下加速运动电

19、荷将向下加速运动C.C.电流表中将有从电流表中将有从a a到到b b的电流的电流D.D.电流表中将有从电流表中将有从b b到到a a的电流的电流解析解析 充电后电容器的上极板充电后电容器的上极板A A带正电带正电.不断开电源不断开电源,增大两板增大两板间距间距,U,U不变、不变、d d增大增大.由由E=E=知两极板间场强减小知两极板间场强减小.场强减小会场强减小会使电荷使电荷q q受到的电场力减小受到的电场力减小,电场力小于重力电场力小于重力,合力向下合力向下,电荷电荷q q向下加速运动向下加速运动.由由C=C=知电容知电容C C减小减小.由由Q=CUQ=CU知极板所带电荷知极板所带电荷量削减

20、量削减.会有一部分电荷返回电源会有一部分电荷返回电源,形成逆时针方向的电流形成逆时针方向的电流,电电流表中将会有由流表中将会有由b b到到a a的电流的电流,选项选项B B、D D正确正确.答案答案 BD BD变式变式2-2 96年全国年全国.在右图所示的试验装置中在右图所示的试验装置中,平行板电容器平行板电容器的极板的极板B与一灵敏的静电计相接与一灵敏的静电计相接,极板极板A接地接地.若极板若极板A稍向上移稍向上移动一点动一点,由视察到的静电计指针变更作出平行板电容器电容变由视察到的静电计指针变更作出平行板电容器电容变小的结论的依据是小的结论的依据是 ().(A)两极板间的电压不变两极板间的

21、电压不变,极板上的电量变小极板上的电量变小(B)两极板间的电压不变两极板间的电压不变,极板上的电量变大极板上的电量变大(C)极板上的电量几乎不变极板上的电量几乎不变,两极板间的电压变小两极板间的电压变小(D)极板上的电量几乎不变极板上的电量几乎不变,两极板间的电压变大两极板间的电压变大D01年安徽春年安徽春 一个平行板电容器，两板之间的距离一个平行板电容器，两板之间的距离d和两板面积和两板面积S都可以调整，电容器两板与电池相连接，以都可以调整，电容器两板与电池相连接，以Q表示电表示电容器的电量，容器的电量，E表示两板间的电场强度，则表示两板间的电场强度，则（）A.当当d增大、增大、S不变时，不

22、变时，Q减小，减小，E减小减小B.当当S 增大、增大、d不变时，不变时，Q增大，增大，E增大增大C.当当d减小、减小、S增大时，增大时，Q增大，增大，E增大增大D.当当S减小、减小、d增大时，增大时，Q不变，不变，E增大增大A C 两块大小、形态完全相同的金属平两块大小、形态完全相同的金属平板平行放置，构成一平行板电容器，与它相连接的电板平行放置，构成一平行板电容器，与它相连接的电路如图所示，接通开关路如图所示，接通开关K，电源即给电容器充电，电源即给电容器充电.（）A保持保持K接通，减小两极板间的距离，则两极接通，减小两极板间的距离，则两极板间电场的电场强度减小板间电场的电场强度减小B保持保

23、持K接通，在两极板间插入一块介质，则接通，在两极板间插入一块介质，则极板上的电量增大极板上的电量增大C断开断开K，减小两极板间的距离，则两极板间，减小两极板间的距离，则两极板间的电势差减小的电势差减小D断开断开K，在两极板间插入一块介质，则两极，在两极板间插入一块介质，则两极板间的电势差增大板间的电势差增大KRE+-03年江苏高考年江苏高考5B C00年全国年全国44.对于水平放置的平行板电容器，下列说法正确的对于水平放置的平行板电容器，下列说法正确的是是 ()（A）将两极板的间距加大，电容将增大）将两极板的间距加大，电容将增大（B）将两极板平行错开，使正对面积减小，电容）将两极板平行错开，使

24、正对面积减小，电容将减小将减小（C）在下板的内表面上放置一面积和极板相等、）在下板的内表面上放置一面积和极板相等、厚度小于极板间距的陶瓷板，电容将增大厚度小于极板间距的陶瓷板，电容将增大（D）在下板的内表面上放置一面积和极板相等、）在下板的内表面上放置一面积和极板相等、厚度小于极板间距的铝板，电容将增大厚度小于极板间距的铝板，电容将增大B C D例例3-1：随随着着生生活活质质量量的的提提高高，自自动动干干手手机机已已进进入入家家庭庭，洗洗手手后后，将将湿湿手手靠靠近近自自动动干干手手机机，机机内内的的传传感感器器便便驱驱动动电电热热器器加加热热，有有热热空空气气从从机机内内喷喷出出，将将湿湿

25、手手烘烘干干。手手靠靠近近干干手手机机能能使使传传感感器器工工作作，是是因因为为 （）A.变更了湿度变更了湿度 B.变更了温度变更了温度C.变更了磁场变更了磁场 D.变更了电容变更了电容D变式变式3-1（01年全国理综）年全国理综）如图示，一个平行板电容器，其电如图示，一个平行板电容器，其电容为容为C，带电量为，带电量为Q，上板带正电，现将一个摸索电荷，上板带正电，现将一个摸索电荷q由两板由两板间间A点移动到点移动到B点，点，A、B两点间的距离为两点间的距离为s，连线，连线AB与极板间与极板间的夹角为的夹角为30，则电场力对摸索电荷所做的功等于，则电场力对摸索电荷所做的功等于 （）A.qCsQ

26、d B.qQsCd C.qQs 2 Cd D.qCs2Qd 30ABdC 变式变式3-2(01年广东年广东)：如图示，平行板电容器经开：如图示，平行板电容器经开关关S与电池连接，与电池连接，a 处有一带电量特别小的点电荷，处有一带电量特别小的点电荷，S是闭合的，是闭合的，a表示表示a点的电势，点的电势，f表示点电荷受到表示点电荷受到的电场力，现将电容器的的电场力，现将电容器的B板向下略微移动，使两板向下略微移动，使两板间的距离增大，则板间的距离增大，则 （）A.a变大，变大，f 变大变大B.a变大，变大，f 变小变小C.a不变，不变，f 不变不变D.a不变，不变，f 变小变小aBASB04年全

27、国理综年全国理综21、一平行板电容器的电容为一平行板电容器的电容为C，两，两板间的距离为板间的距离为d，上板带正电，电量为，上板带正电，电量为Q，下板带负，下板带负电，电量也为电，电量也为Q，它们产生的电场在很远处的电势，它们产生的电场在很远处的电势为零。两个带异号电荷的小球用一绝缘刚性杆相连，为零。两个带异号电荷的小球用一绝缘刚性杆相连，小球的电量都为小球的电量都为q，杆长为，杆长为l，且，且l d。现将它们从。现将它们从很远处移到电容器内两板之间，处于图示的静止状很远处移到电容器内两板之间，处于图示的静止状态（杆与板面垂直），在此过程中电场力对两个小态（杆与板面垂直），在此过程中电场力对两

28、个小球所做总功的大小等于多少？（设两球移动过程中球所做总功的大小等于多少？（设两球移动过程中极板上电荷分布情况不变）极板上电荷分布情况不变）（）C DA B0A+q-q+Q-Ql+q-q+Q-Ql解：解：在电场中，带正电荷的小球所在处的电势为在电场中，带正电荷的小球所在处的电势为1，带负电荷的小球所在处的电势为带负电荷的小球所在处的电势为2，将电荷从很远处移到电容器内两板间，电场力对将电荷从很远处移到电容器内两板间，电场力对两球分别做功为两球分别做功为W1、W2，由电场力做功的定义由电场力做功的定义 W=qU始终始终=q（始始-终终）W1=q（0-1）W2=-q（0 2）电场力对两个小球所做总

29、功的大小为电场力对两个小球所做总功的大小为W W=W1+W2=q（2-1）=-qEl=-qlu/d=-qlQCd题型题型4 4 带电粒子在板间运动问题分析带电粒子在板间运动问题分析例例3 3、下述为一个视察带电粒子在平行板电容器板间电场中的、下述为一个视察带电粒子在平行板电容器板间电场中的运动状况的试验运动状况的试验.现进行下述操作现进行下述操作:第一步第一步,给如图给如图5 5所示真空中水平放置的所示真空中水平放置的平行板电容器充电平行板电容器充电,让让A A、B B两极板带上两极板带上确定的电荷量确定的电荷量,使得一个带电油滴使得一个带电油滴P P在两板间的匀强电场中恰在两板间的匀强电场中

30、恰能保持静止状态能保持静止状态.其次步其次步,给电容器接着充电使其电荷量突然增加给电容器接着充电使其电荷量突然增加Q1,Q1,让油滴让油滴起先竖直向上运动起先竖直向上运动t t秒秒.第三步第三步,在上一步基础上使电容器突然放电在上一步基础上使电容器突然放电Q2,Q2,视察到又经视察到又经2t2t秒后秒后,油滴刚好回到原动身点油滴刚好回到原动身点.设油滴在运动过程中未与极设油滴在运动过程中未与极板接触板接触.求求Q1Q1和和Q2Q2的比值的比值.解析解析 设油滴质量为设油滴质量为m,m,带电荷量为带电荷量为q,q,电容器板间距离为电容器板间距离为d,d,电电容量为容量为C.C.在第一步过程中在第

31、一步过程中,设电容器的电荷量为设电容器的电荷量为Q,Q,板间电压为板间电压为U0,U0,场强为场强为E0.E0.受力状况如下图受力状况如下图(1)(1)所示所示.由题意得由题意得qE0=mg qE0=mg 在其次步过程中在其次步过程中,设板间电压为设板间电压为U1,U1,场强为场强为E1,E1,油滴的加速度大小油滴的加速度大小为为a1,t sa1,t s末的速度为末的速度为v1,v1,位移为位移为x,x,受力状况如图受力状况如图(2)(2)所示所示.U1=(Q+Q1)/C E1=U1/d U1=(Q+Q1)/C E1=U1/d qE1-mg=ma1 x=a1t2 qE1-mg=ma1 x=a1t2 v1=a1t v1=a1t 在第三步过程中在第三步过程中,设板间电压为设板间电压为U2,U2,场强为场强为E2,E2,油滴的加速度大小油滴的加速度大小为为a2,a2,受力状况如图受力状况如图(3)(3)所示所示.变式41板长为L的平行金属板与水平面成角放置，板间有匀强电场，一个带电荷量为q，质量为m的液滴，以速度v0垂直于电场线方向射入两板间，如图所示，射入后液滴沿直线运动，两极板间的电场强度E_，液滴离开电场时的速度为_