1、第 6、7 节电容器和电容_静电的应用及危害1富兰克林曾经利用莱顿瓶(电容器)储存风筝传递过来的雷电的电荷。2电容的定义式为 CQU，电容反映了电容器储存电荷能力的大小。3电容的大小仅取决于电容器本身，与 Q 和 U 无关，电容器不带电时，电容不受影响。4平行板电容器的电容与两板的正对面积 S、板间距离d、板间电介质有关。5静电的应用：静电屏蔽、静电喷漆、静电除尘、静电复印等。静电的危害：雷鸣闪电、火花放电、静电放电引起的电磁干扰等。6防止静电危害的方法：要尽快导走多余电荷，避免静电积累。一、电容器 电容1电容器(1)定义：由两个彼此又互相的导体组成。(2)平行板电容器：结构：由两块的平行金属
2、板组成。带电特点：两板带电荷，分布在两板相对的内侧。某一极板所带电荷量的规定为电容器的带电荷量。绝缘靠近彼此绝缘等量异种绝对值2电容器的充电、放电过程分析充电过程放电过程过程示意电荷运动正电荷向_极板移动，电容器所带电荷量_正电荷由正极板移向_极板，电容器所带电荷量_电流方向从电源正极流向_极板从_极板流出场强变化极板间的场强_极板间的场强_能量转化其他能量转化为_能电场能转化为_能电压变化两极板间电压_两极板间电压_正增加减少负正增大电场升高正减小其他降低3电容(1)定义：描述电容器储存电荷能力的物理量叫电容器的电容量，简称电容。(2)定义式：C_。(3)意义：描述电容器能力的物理量。(4)
3、单位：在国际单位制中，电容的单位是法拉，简称法，符号是 F。1 F1。常用单位：微法(F)和皮法(pF)。1 F106 F 1 pF F F。QU储存电荷 C/V 1061012二、平行板电容器的电容 常见电容器1实验探究：平行板电容器的电容与哪些因素有关？(1)方法：采取法，在电容器带电荷量 Q 不变的情况下，只改变电容器的极板正对面积 S、板间距离 d、板间电介质的相对介电常数 中的一个量。(2)静电计电势差的意义：由于静电计的金属球与其中一个极板相连，两者电势，静电计的金属外壳与另一个极板相连(或同时接地)，两者电势。所以静电计的电势差实质上也反映了_的电势差的大小。(3)结论：平行板电
4、容器的两板之间的正对面积 S 越大，电容 C 越大；板间距离 d 越大，电容 C 则越小；插入电介质后电容 C 增大。控制变量相等相等电容器两极板间2常用电容器(1)分类按电介质分：云母电容器、纸质电容器、陶瓷电容器、电解电容器等。按是否可变分：电容器、电容器等。(2)电容器的额定电压和击穿电压击穿电压：加在电容器两极板上的电压不能超过某一限度，超过这个限度，电介质将被，电容器损坏，这个极限电压称为击穿电压。额定电压：电容器工作所能承受的电压。电容器外壳上标的电压即是额定电压，这个值比击穿电压低。可变固定击穿正常三、静电的应用及危害1静电的应用(1)静电喷涂的工作原理：使精细的油漆液滴飞离喷嘴
5、时带上同种电荷，彼此，并在作用下飞向作为电极的工件。(2)激光打印机的工作原理：利用正、负电荷互相。排斥电场力吸引2静电的危害(1)雷雨云的雷鸣闪电给人类造成巨大损失。(2)静电火花点燃易燃物质引起和火灾。(3)静电放电引起电子设备的故障，造成干扰。爆炸电磁(4)静电放电击穿集成电路和精密的电子元件，或促使元件老化，降低生产成品率。(5)静电在工业中如电子工业、胶片和塑料工业、造纸印刷工业、纺织工业中等都会产生危害。3静电危害的防止(1)尽快导走多余电荷，避免静电积累。(2)调节空气的。(3)在易燃、易爆气体和粉尘聚集的场所保持良好的。湿度通风1自主思考判一判(1)给电容器充电的过程，电容器所
6、带电量在增大。()(2)电容器所带电荷量越大，电容器的电容越大。()(3)电容器两板间电压越大，电容器的电容越大。()(4)电解电容器接入电路时要注意其极性。()(5)防止静电危害就要保持空气干燥。()提示：电容器两极板间的电势差随电荷量的增加而增加，电荷量和电势差成正比，它们的比值是一个恒量，每一个电容器都有一个属于自己的QU常数，与所带电荷量的多少无关。这个比值反映了电容器容纳电荷的能力大小。定义式 CQU，Q、U 是正比关系，所以 CQUQU。2合作探究议一议(1)电容的定义式为 CQU，怎样理解这三个量之间的关系？某一电容器的QU是否变化？为什么电容的定义式又可写作 CQU？提示：电容
7、器的电容取决于极板的正对面积、极板间距离以及极板间的电介质。(2)电容器的电容取决于哪些因素？(3)为什么在油罐车的下部拖一条铁链？提示：油罐车下部的铁链是车的一条接地线，可以把多余的电荷引入大地，避免静电积累。1对电容的定义式 CQU的理解(1)电容由电容器本身的构造决定：电容器的电容是反映电容器容纳电荷本领的物理量，用比值 CQU来定义，但它却是由电容器自身的构造决定的，与所带电荷量 Q 和所加电压 U 无关。即使电容器不带电，其电容仍然存在，并且是一个确定的值。对公式 CQU及 C S4kd的理解及应用(2)通过 Q-U 图像来理解 CQU，如图 1-6-1 所示，在 Q-U 图像中，电
8、容是一条过原点的直线的斜率，其中 Q 为一个极板上所带电荷量的绝对值，U 为两极板间的电势差，可以看出，电容器电容也可以表示为 CQU，即电容器的电容的大小在数值上等于两极板间的电压增加(或减小)1 V 所需增加(或减少)的电荷量。图 1-6-1(3)通过 C-Q 图像或 C-U 图像理解。图 1-6-2由图像看出：C 与 Q、U 均无关。2C S4kd与 CQU的比较平行板电容器的电容 C 的决定式为 C S4kd，其中 为电介质的相对介电常数，S 为两极板正对面积，d 为两极板间距，k 为静电力常量。(注：此式高考不做要求，但记住后有利于有关动态问题的分析)CQUC S4kd公式类型意义联
9、系定义式决定式对某电容器 QU，即QUC 不变，反映容纳电荷的本领平行板电容器，C，CS，C1d，反映了影响电容大小的因素电容器容纳电荷的本领由 Q/U 来量度，由本身的结构(如平行板电容器的、S、d)来决定典例 板间距为 d 的平行板电容器所带电荷量为 Q 时，两极板间电势差为 U1，板间场强为 E1。现将电容器所带电荷量变为 2Q，板间距变为12d，其他条件不变，这时两极板间电势差为 U2，板间场强为 E2，下列说法正确的是()AU2U1，E2E1 BU22U1，E24E1CU2U1，E22E1DU22U1，E22E1思路点拨 解答本题时应把握以下两点：(1)恰当选择平行板电容器电容的决定
10、式 C S4kd和电容的定义式 CQU分析问题；(2)平行板电容器两极板间的场强 EUd。解析 U1QC QS4kd4kdQS，E1U1d 4kQS当电容器所带电荷量变为 2Q，板间距变为d2时，U2 2QC 2QS2kd4kdQSU1E2U2d28kQS 2E1，选项 C 正确。答案 C本题考查平行板电容器极板间电势差、场强与所带电荷量及板间距的关系，意在考查考生应用 EUd、CQU和 C S4kd综合分析问题的能力。1某平行板电容器的电容为 C，带电量为 Q，相距为 d，今在板间中点放一个电量为 q 的点电荷，则它受到的电场力的大小为()A.2kQqd2 B.4kQqd2 C.QqCd D
11、.2QqCd解析：由电容的定义式 CQU得，板间电压为 UQC。板间场强大小为 EUd。点电荷所受的电场力大小为 FqE，联立得到，FQqCd。答案：C2一充电后的平行板电容器保持两极板的正对面积、间距和电荷量不变，在两极板间插入一电介质，其电容 C 和两极板间的电势差 U 的变化情况是()AC 和 U 均增大BC 增大，U 减小CC 减小，U 增大DC 和 U 均减小解析：由公式 C S4kd知，在两极板间插入一电介质，其电容 C增大，由公式 CQU知，电荷量不变时 U 减小，B 正确。答案：B3有一充电的平行板电容器，两板间电压为 3 V，现使它的电荷量减少 3104 C，于是电容器两板间
12、的电压降为原来的13，此电容器的电容是多大？电容器原来的带电荷量是多少库仑？若电容器极板上的电荷量全部放掉，电容器的电容是多大？解析：电容器两极板间电势差的变化量为U113 U233 V2 V，由 CQU，得 C31042F1.5104F150 F。设电容器原来的电荷量为 Q，则QCU1.51043 C4.5104 C。电容器的电容是由本身决定的，与是否带电无关，所以电容器放掉全部电荷后，电容仍然是 150 F。答案：150 F 4.5104 C 150 F平行板电容器的两类动态分析问题 1第一类动态变化：两极板间电压 U 恒定不变2第二类动态变化：电容器所带电荷量 Q 恒定不变典例 (多选)
13、如图 1-6-3 所示，一平行板电容器与电源 E 和电流表相连接，接通开关 S，电源即给电容器充电，下列说法中正确的是()图 1-6-3A保持 S 接通，使两极板的面积错开一些(仍平行)，则两极板间的电场强度减小B保持 S 接通，减小两极板间的距离，则电流表中有从左到右的电流流过C断开 S，增大两极板间的距离，则两极板间的电压增大D断开 S，在两极板间插入一块电介质板，则两极板间的电势差减小思路点拨电容器动态问题的分析思路：解析 先明确物理量 C、Q、U、E 中保持不变的量，再依据物理公式来讨论。保持开关 S 接通，电容器上电压 U 保持不变，正对面积 S 减小时，由 EUd可知 U 和 d
14、都不变，则场强 E 不变，A 错误。减小距离 d 时，由 C1d可知电容 C 增大，因为开关 S 接通 U 不变，由 QCU 得电荷量 Q 将增大，故电容器充电，电路中有充电电流，B 正确。断开开关 S 后，电容器的电荷量 Q 保持不变，当 d 增大时电容 C 减小，由 CQU可得电压 U 将增大，C 正确。插入电介质，增大，电容 C 增大，因为断开 S 后 Q 不变，由 CQU知电压 U 将减小，D 正确。答案 BCD平行板电容器的动态变化问题的分析方法抓住不变量分析变化量，其理论依据是：(1)首先明确不变量，是电荷量 Q 不变，还是电压 U 不变。(2)用电容决定式 C S4kd分析电容的
15、变化。(3)用电容定义式 CQU分析 Q 或 U 的变化。(4)用 EUd分析场强的变化。1.(多选)用控制变量法，可以研究影响平行板电容器的因素(如图 1-6-4)。设两极板正对面积为 S，极板间的距离为 d，静电计指针偏角为。实验中，极板所带电荷量不变，则()A保持 S 不变，增大 d，则 变大B保持 S 不变，增大 d，则 变小C保持 d 不变，增大 S，则 变小D保持 d 不变，增大 S，则 不变图 1-6-4答案：AC解析：保持 S 不变，增大 d，由电容器的决定式 C S4kd知，电容变小，电量 Q 不变；由电容的定义式 CQU分析可知电容器板间电压增大，则 变大。故 A 正确，B
16、 错误。保持 d 不变，增大 S，由电容器的决定式 C S4kd知，电容变大，电量 Q 不变，由电容的定义式 CQU分析可知电容器板间电压减小，则 变小。故 C 正确，D 错误。2.如图 1-6-5 所示电路中，A、B 为两块竖直放置的金属板，G 是一只静电计，开关 S 合上后，静电计指针张开一个角度。下述哪些做法可使指针张角增大()图 1-6-5A使 A、B 两板靠近一些B使 A、B 两板正对面积错开一些C断开 S 后，使 A、B 两板靠近一些D断开 S 后，使 A、B 正对面积错开一些解析：图中静电计的金属杆接 A 板，外壳和 B 板均接地，静电计显示的是 A、B 两极板间的电压，指针张角
17、越大，表示两极板间的电压越高，当合上 S 后，A、B 两板与电源两极相连，板间电压等于电源电压，静电计指针张角不变；当断开 S后，板间距离减小，A、B 两板间电容增大，正对面积减小，A、B 两板间的电容变小，而电容器电荷量不变，由 CQU可知，正对面积减小使板间电压 U 增大，从而静电计指针张角增大，故 D 正确。答案：D3(多选)如图 1-6-6 所示，一带电油滴悬浮在平行板电容器两极板 A、B 之间的 P点，处于静止状态。现将极板 A 向下平移一小段距离，但仍在 P 点上方，其他条件不变。下列说法中正确的是()A液滴将向下运动B液滴将向上运动C极板带电荷量将增加D极板带电荷量将减少图 1-
18、6-6解析：电容器板间的电压保持不变，当将极板 A 向下平移一小段距离时，根据 EUd分析得知，板间场强增大，液滴所受电场力增大，液滴将向上运动。故 A 错误，B 正确。将极板 A 向下平移一小段距离时，根据电容的决定式 C S4kd得知电容 C 增大，而电容器的电压 U 不变，极板带电荷量将增大。故 C 正确，D 错误。答案：BC静电现象的应用 1应用静电现象的基本原理一般是让带电的物质微粒在电场力作用下奔向并吸附到异性电极或带电体上，理解这一原理是解决这类问题的关键。2强电场电离空气后，电子在电场力作用下向高电势运动，从而使微粒吸附电子而带负电。1对于静电喷漆的说法，下列正确的是()A当油
19、漆从喷枪喷出时，油漆粒子带正电，物体也带正电，相互排斥而扩散开来B当油漆从喷枪喷出时，油漆粒子带负电，物体不带电，相互吸引而被物体吸附C从喷枪喷出的油漆粒子带正电，相互排斥而扩散开来，被吸附在带负电的物体上D因为油漆粒子相互排斥而扩散开来，所以静电喷漆虽喷漆均匀但浪费油漆解析：喷枪喷出的油漆粒子带正电，因相互排斥而散开，形成雾状，被喷涂的物体带负电，对雾状油漆产生引力，把油漆吸到表面，从而减少了浪费，所以只有 C 正确。答案：C2(多选)如图 1-6-7 为静电除尘器除尘机理的示意图。尘埃在电场中通过某种机制带电，在电场力的作用下向集尘极迁移并沉积，以达到除尘的目的。下列表述正确的是()图 1
20、-6-7A到达集尘极的尘埃带正电荷B电场方向由集尘极指向放电极C带电尘埃所受电场力的方向与电场方向相同D同一位置带电荷量越多的尘埃所受电场力越大答案：BD 解析：集尘极与电源的正极相连带正电，放电极带负电，尘埃在电场力作用下向集尘极迁移，说明尘埃带负电荷，A 项错误；电场方向由集尘极指向放电极，B 项正确；带电尘埃带负电，因此所受电场力方向与电场方向相反，C 项错误；同一位置电场强度一定，由 FqE 可知，尘埃电荷量越多，所受电场力越大，D 项正确。3.利用静电除尘器可以消除空气中的粉尘，静电除尘器由金属管 A 和悬在管中的金属丝 B 组成，A 和 B分别接到高压电源的正极和负极，其装置示意图如图 1-6-8 所示，A、B 之间有很强的电场，距 B 越近，场强_(选填“越大”或“越小”)。B 附近的气体分子被电离成为电子和正离子。粉尘吸附电子后被吸附到_(选填“A”或“B”)上，最后在重力作用下落入下面的漏斗中。图 1-6-8答案：越大 A “多练提能熟生巧”见“课时跟踪检测(六)”(单击进入电子文档)