1、1.7 静电现象的应用学案【自主学习】1:什么是静电平衡状态?有哪些特征?2:处于静电平衡状态的导体,电荷如何分布?3:什么叫尖端放电?其应用有哪些?4:静电屏蔽的实质是什么?【考点突破】典型例题1:如图所示,不带电的导体B在靠近带正电的导体A后,P端及Q端分别感应出负电荷和正电荷,则以下说法正确的是()A 若用导线将Q端接地,然后断开,再取走A,则导体B将带负电B 若用导线将Q端接地,然后断开,再取走A,则导体B将带正电C若用导线将Q端接地,然后断开,再取走A,则导体B将不带电D若用导线将P端接地,然后断开,再取走A,则导体B将带正电解析:用导线将Q接地后,导体B与地球构成一个大导体,其距A
2、较近的为P端,仍带感应负电荷;其距A较远处,不再是Q端,而是地球,将感应出正电荷;而Q端成为大导体的中间部分将不会有感应电荷。所以,导体B将带负电荷。答案:A反馈训练一:在下列措施中,哪些能将产生的静电导走()A 飞机轮子上搭地线 B印染车间保持湿度C复印图片 D电工钳柄装有绝缘套典型例题2:如图所示,在真空中把一个导体向带负电荷的小球慢慢靠近(不接触),下列说法正确的有()A B端的感应电荷越来越多B导体内的电场强度越来越大C导体的感应电荷在M点产生的场强恒大于在N点产生的场强D导体的感应电荷在M、N两点产生的场强相等解析:注意这是讨论静电感应带电体与导体慢慢靠近的过程,要注意电荷的动态运动
3、,由场强叠加的原理可知B端感应电荷越来越多,A对;导体内场强为零,B错;因M点距离P较近,原场强大,感应电荷的场强与原场强叠加为零,所以感应电荷在M点产生的场强大于在N点产生的场强。答案:A、C反馈训练2:如图所示,带电体Q靠近一个接地空腔导体,空腔里面无电荷。在静电平衡后,下列物理量中等于零的是()A 导体腔内任意点的场强B 导体腔内任意点的电势C 导体外表面的电荷量D导体空腔内表面的电荷量典型例题3:如图所示,将悬在绝缘细线上带正电的小球A放在不带电的金属空心球壳B内(与内壁不接触)。外加一个水平向右的场强为E的匀强电场,对于最后的结果,下列判断正确的是()AB的右端带正电,A向左偏BB的
4、右端带正电,A不偏左也不偏右CB的左端带正电,A向右偏DB的左端带负电,A不偏左也不偏右解析:导体空腔处于外电场中时,由于静电感应的作用,导体球壳的左端将感应出负电荷,右端将感应出正电荷,而导体空腔内部完全不受外加电场的影响,故A不会偏转,故A、C错误,B、D正确。答案:B、D反馈训练3:如图所示,带正电的导体球A置于原来不带电的空腔导体球B内,a、c分别为导体A、B内的点,b为导体A和B之间的一点,下列说法正确的是()A a、b、c三点的电势都相等B a点的场强为零,但电势最高C b点的场强为零,但电势大于零D a、b、c三点的场强都为零【考点巩固】1.(单选)下列现象中,不能用静电知识解释
5、的是( )A晚上脱化纤毛衣时会有火花产生 B油罐车尾部常拖一条铁链 C通信卫星采用硅光电池板提供电能 D电视机屏幕上会吸附灰尘2.(单选)下列属于防止静电现象的是 A静电除尘 B静电复印 C油罐车用铁链拖地运行 D静电喷涂3.(单选)如图所示,用金属网把验电器罩起来,再使带电金属球靠近验电器,则下面关于验电器箔片的说法正确的是A箔片张开B箔片不张开C带电金属球电量足够大时才会张开D箔片张开的原因是金属网罩感应带电产生的电场4. (多选)如图所示,面积足够大的、板间距离为d的两平行金属板竖直放置,与直流电压为U的电源连接,板间放一半径为R(2Rd)的绝缘金属球壳,C、D是球壳水平直径上的两点,则
6、以下说法正确的是()A. 由于静电感应,球壳上C、D两点电势差为B.由于静电感应,球壳中心O点场强为零C.用手摸一下球壳,再拿去平行金属板,球壳带正电D.用手摸一下球壳,再拿去平行金属板,球壳带负电5.如图所示为一空腔球形导体(不带电),现将一个带正电荷的小金属球A放入空腔中,当静电平衡时,图中a、b、c三点的场强E和电势的关系是()A EaEbEc,abcBEaEbEc,abCEaEbEc,abcDEaEcEb,abc6.把一个带正电的小球A,放入带绝缘支架不带电的空心球壳B内,但不与B的内壁接触,如图所示,达到静电平衡后,下列说法正确的是()A 球壳B内空腔处的场强为零B 球壳外部空间的场
7、强为零C球壳B的内表面上无感应电荷 D若将球壳B接地则带负电7. 如图所示,P是一个带电体,N是一个不带电的金属空腔,在下列情况中,放在绝缘板上的小纸屑(图中S)不会被吸引的是()8.如图,实心金属球A半径为R,带电量为Q,点电荷B带电量为q.B与A球间的距离为r.当B不存在而只有A存在且达到静电平衡状态时,电荷Q在球心O处的电场强度等于_.当点电荷B也同时存在并达到静电平衡时,球心O处的电场强度等于_,金属球上的电荷在球心O处产生的场强的大小等于_。1.7静电现象的应用答案与解析二、【自主学习】问题1:处于静电平衡的导体,没有电荷的定向移动。内部场强处处为零,外表面附近任何一点的场强必跟该点
8、垂直,且是一个等势体,导体表面为等势面。问题2:处于静电平衡的导体内部没有电荷,电荷只分布在导体的外表面,越尖锐的位置,电荷的密度越大,凹陷的位置,几乎没有电荷。问题3:从导体尖端失去电荷的现象叫做尖端放电。避雷针就是利用尖端放电的异种设施。问题4:静电屏蔽实质是利用了静电感应现象,使金属壳内的感应电场和外加电场的矢量和为零,两种电场并存,即所谓的屏蔽。三、【考点突破】反馈训练1:答案:A、B,飞机在飞行中与空气摩擦时,飞机外表面聚集了大量静电荷,降落时会对地面人员带来危害及火灾隐患,因此飞机降落时要及时导走机身聚集的静电,采取的措施是在轮胎上安装地线或用导电橡胶制造轮胎;在印染工作车间也同样
9、容易产生静电,静电给车间带来火灾隐患,为防止火灾发生,其中安全措施之一就是保持车间湿度,从而通过湿润的空气及时导走静电;在复印图片环节中,刚好需要应用静电,在电工钳柄装有绝缘套是防止导电,保障电工的安全。反馈训练2:答案:A、B、D,静电平衡状态下的导体内部场强处处为零,且内表面不带电,故选项A、D正确。由于导体接地,故整个导体的电势为零,选项B正确。导体外表面受带电体Q的影响,所带电荷量不为零,故选项C不正确。反馈训练3:答案:B,导体A、B各为一个等势面,其内的各点场强为零,即EaEc0,带正电的A在B的内、外表面各感应出负、正电荷,A外B内的空间电场线方向由A指向B,Eb0,故电势abc
10、0,所以A错,B对,C、D错。四【考点巩固】1. C 2.C 3.B 4.BD 5. 答案D空腔球形导体在正电荷A的电场中感应的结果如右图所示,从电场线的疏密可确定a点场强大于c点场强,而b点场强为零,故EaEcEb,而沿着电场线电势降低,故abc,D选项正确6. D,空腔内有带电小球A,由于静电感应,在空腔的内表面感应出负电荷,外表面感应出等量的正电荷,所以在空腔B的内、外空间电场强度均不为零球壳接地后离带电体A较远的球壳外表面的电荷入地(实质是大地上的电子通过接地线跟球壳外表面的正电荷中和),使空腔B只带负电空腔B接地后,空腔外的电场强度为零,即球壳内的电场被接地的金属球壳罩住,对壳外不产
11、生影响,这种现象也是静电屏蔽接地的空腔导体或金属网罩可以使其外部不受内部带电体电场的影响正确选项为D7. 答案AD小纸屑是绝缘体,当处于电场中时,虽不会像导体一样出现电荷的定向移动,但内部的极性分子也会在电场力的作用下转动,使异种电荷一端更靠近施感电荷,因而也会受到施感电荷的吸引力A中由于静电屏蔽,P的电场影响不到导体N的内部,即N内部无电场,所以S不会被吸引,A正确B中N没有接地,P的电场会影响到N外部,即S处有电场,S会被吸引C中P和S都处于导体N的外部,S处有电场,会被吸引D中N被接地,内部电场不影响导体外部,即S处无电场,不会被吸引,D正确8.0,0,1.8 电容器的电容【考纲要求】常
12、见电容器,I级要求。电容器的电压、电荷量和电容的关系,I级要求。【自主学习】1:电容器的构造及电容器的充放电特点?2:电容器的带电特点?3:电容的定义、定义式及单位和单位的物理意义?4:通过实验如何定性的理解平行板电容器电容的决定因素?5:生活中有哪些常见的电容?【考点突破】典型例题1:对于给定的电容器,描述其电容C、电荷量Q、电压U之间相应关系的图应是下图中的()ABCD解析:考点:电容器:电容器的电容由本身的性质决定,与Q和U无关解答:解: 是电容的定义式,电容器电容的大小与电容的带电量Q以及电容器两极板之间的电压无关,电容器电容的决定式为:,只要电容器不变其电容就不发生变化,故ACD错误
13、,B正确故选:B点评:解决本题的关键掌握电容的定义式为,知道C与Q和U无关,根据Q=CU,知Q与U成正比,同时理解电容器电容大小与那些因素有关反馈训练1:两块正对的平行金属板之间夹上一层电介质,就组成了一个平行板电容器,要改变电容器的电容,可以改变( )A 两板间的电压U B 电容器所带的电量QC 两极板间的间距 D 两极板间的正对面积S典型例题2:如图所示,A、B为平行板电容器的金属板,G为静电计开始时开关S闭合,静电计指针张开一定角度为了使指针张开角度增大一些,应该采取的措施是()A断开开关S后,将A、B两极板靠近一些B断开开关S后,将A、B两极板分开一些C保持开关S闭合,将A、B两极板靠
14、近一些D保持开关S闭合,将A、B两极板分开一些解析:考点:电容器的动态分析,常见的两种情况:一是电容器始终和电源连接,此时U恒定;二是电容器充电后与电源断开,此时Q一定。分析:要使张角增大,则应增大两点间的电势差;则根据电容的性质可分别判断各措施是否有效解答:解:A、若充电后断开,则两极板上的电量不变,将两板靠近,则d减小,C增大,由Q=UC可知两板间的电势差减小,故A错误;B、由A的分析可知,两板间的电势差增大,故验电器的张角增大,故B正确;C、保持开关闭合时,极板两端的电压不变,故无论如何调节验电器的张角均不变,故CD均错误;故选B反馈训练2:如右图所示,平行板电容器与电动势为E的直流电源
15、(内阻不计)连接,下极板接地一带电油滴位于电容器中的P点且恰好处于平衡状态现将平行板电容器的上极板竖直向上移动一小段距离()A带电油滴将沿竖直方向向上运动BP点的电势将降低C带电油滴的电势能将减小D若电容器的电容减小,则极板带电荷量将增大典型例题3:如图,一平行板电容器的两个极板竖直放置,在两极板间有一带电小球,小球用一绝缘清线悬挂于O点。现给电容器缓慢充电,使两级板所带电荷量分别为Q和Q,此时悬线与竖直方向的夹角为/6。再给电容器缓慢充电,直到悬线和竖直方向的夹角增加到/3,且小球与两极板不接触。求第二次充电使电容器正极板增加的电荷量。 解析:主要考查电容器带电体的受力分析,要从力学和电学两
16、个方面结合分析。第一次充电后,设电容器的电容为C,则第一次充电Q后,电容器两极板间电势差, 两板间为匀强电场,场强,设电场中小球带电量为q,则所受电场力小球在电容器中受重力,电场力和拉力平衡,由平衡条件有: 综合以上各式得: 第二次充电后,电容器带电量为Q,同理可得: 解得:所以反馈训练3:如图所示,将平行板电容器两极板分别与电池正、负极相接,两板间一带电液滴恰好处于静止状态现贴着下板插入一定厚度的金属板,则在插入过程中( )A电容器的带电量不变 B电路将有逆时针方向的短暂电流C带电液滴仍将静止 D带电液滴将向下做加速运动【考点巩固】1对电容C,以下说法正确的是()A电容器充电荷量越大,电容增
17、加越大B电容器的电容跟它两极板所加电压成反比C电容器的电容越大,所带电荷量就越多D对于确定的电容器,它所充的电荷量跟它两极板间所加电压的比值保持不变2某一电容器外壳上标注的是:“300 V5 F”,则下列说法正确的是()A该电容器可在300 V以下电压下正常工作B该电容器只能在300 V电压时正常工作C电压是200 V时,电容仍是5 FD使用时只需考虑工作电压,不必考虑电容器的引出线与电源的哪个极相连3如图所示,电源A的电压为6 V,电源B的电压为8 V,当开关S从A转到B时(电容器的电容为2 F),通过电流计的电荷量为()A4106C B12106CC16106C D28106C4如图所示,
18、一个平行板电容器板间距离为d,当对其加上电压后,A、B两板的电势分别为和,下述结论正确的是()A电容器两极板间可形成匀强电场,电场强度的大小EB电容器两极板间各点的电势有的相同、有的不同,有正的、有负的、有的为零C若只减小两极板间的距离d,该电容器的电容C要增大,极板上所带的电荷量Q也会增加D若有一个电子穿越两极板之间的电场,则此电子的电势能一定会减小5. 如图所示,将平行板电容器与电池组相连,两板间的带电尘埃恰好处于静止状态若将两板缓慢地错开一些,其他条件不变,则()A电容器带电荷量不变B尘埃仍静止C. 检流计中有ab的电流D检流计中有ba的电流 6. 如图所示为电容器C与电压为U的电源连接
19、成的电路,当电键K与1接通时,电容器A板带_电,B板带_电,这一过程称电容器的_过程. 电路稳定后,两板间的电势差为_当K与2接通时,流过导体acb的电流方向为_,这就是电容器的_过程7. 如图所示,用静电计测量电容器两板间的电势差,不改变两板的带电荷量,把A板向右移,静电计指针偏角将_;把A板竖直向下移,静电计指针偏角将_;在A、B板间插入一块电介质,静电计指针偏角将_8如图所示,平行板电容器的两个极板A、B分别接在电压为60 V的恒压电源上,两极板间距为3 cm,电容器带电荷量为6108C,A极板接地求:(1)平行板电容器的电容;(2)平行板电容器两板之间的电场强度;(3)距B板为2 cm
20、的C点处的电势9. 如图8所示,有的计算机键盘的每一个键下面都连一小块金属片,与该金属片隔有一定空气间隙的是另一块小的固定金属片,这两片金属片组成一个小电容器,该电容器的电容C可用公式Cr计算,式中常量r91012 F/m,S表示金属片的正对面积,d表示两金属片间的距离当键按下时,此小电容器的电容发生变化,与之相连的电子线路就能检测是哪个键被按下了,从而给出相应的信号设每个金属片的正对面积为50 mm2,键未按下时两金属片的距离为0.6 mm.如果电容变化0.25 pF,电子线路恰能检测出此信号,则键至少需要被按下多大距离?81.8电容器的电容三【考点突破】反馈训练1:D反馈训练2:B反馈训练
21、3:B四【考点巩固】1D解析电容器的电容是由电容器本身的因素决定的,与电容器的带电荷量Q和两极板间的电压无关所以D对2. 答案AC解析“300 V5 F”表示使用该电容器时正常工作的最大电压为300 V,电容器的电容始终为5 F,所以A、C正确,B错而且电容器的极板上分别带正负电荷,所以在使用时仍需区分电源与哪个极相连所以D错3答案D解析先后在电容器上变化的电压为U14 V,根据公式QCU210614 C28106 C.4答案BC解析电容器两极板间的电势差U()2,场强E,选项A错误;由UEd得,电场中某点到B板的电势差UxBx()Edd,xd,当d时,Ux0,选项B正确;U不变,当d减小时,
22、C增大,带电荷量QCU增大,选项C正确;电子的电势能如何变化要看电子进入电场和射出电场时的位置关系,选项D错误5答案BC解析电容器与电源相连,所以两极板间电压不变两板错开一些,正对面积S将减小,由C得C减小由QUC得,Q减小,电容器放电,电子从b向a运动,所以电流从a向b.由E得,E不变,所以尘埃仍静止6答案 负 正 充电 U bca 放电解析电键接1时,电容器与电源串联,电源给电容器充电,A板带负电,B板带正电,电路稳定后,两板间电势差为U;当K接2时,电容器放电,电流方向为bca.7答案减小增大减小解析A板右移,两板间距减小,由C、U得:C增大,Q不变,U减小,静电计偏角将减小;A板下移,
23、S减小,C减小,U增大,偏角增大;A、B间插入电介质,C增大,U减小,偏角减小8. 答案(1)1109 F(2)2103 V/m,方向竖直向下(3)20 V解析(1)由电容定义式C F1109 F(2)两板之间为匀强电场E V/m2103 V/m,方向竖直向下(3)C点距A板间距离为dACddBC1 cmA与C间电势差UACEdAC20 V又UACAC,A0可得C20 V.9答案0.15 mm解析按下键时电容C增大,由C代入数据得:d20.45 mm所以dd1d20.15 mm.19带电粒子在电场中的运动【考纲要求】带电粒子在电场中的运动,II级要求。示波管,I级要求。【自主学习】1:我们学过
24、的物体在衡力作用下的运动形式有哪?2:些带电粒子在电场中的加速规律和常用的处理方法是什么? 3:电粒子在电场中的偏转中,它的运动和受力有什么特点?与我们前面学习的什么运动类似?4:如何处理带电粒子在电场中的偏转?5:示波管的工作原理是什么?【考点突破】典型例题1:让原来静止的氢核,氘核,氚的混合物经同一电场加速过程中或加速线束后,它们具有( ) A.相同的速度 B.相同的动能 C.相同的加速度 D.以上都不对解析:B一是知道三种粒子的电量和质量;二是要用动能定理来解决带电粒子的加速问题。反馈训练1:如图所示,水平放置的A、B两平行金属板相距为d,现有质量为m,电量为-q的小球,从距A板高h处自
25、由下落,通过小孔C进入电场,但没能到达B板,求AB间电势差的最小值. 典型例题2:.如图所示,在两条平行的虚线内存在着宽度为L、场强为E的匀强电场,在与右侧虚线相距L处有一与电场平行的屏现有一电荷量为+q、质量为m的带电粒子(重力不计),以垂直于电场线方向的初速度v0射入电场中,v0方向的延长线与屏的交点为O.试求:(1)粒子从射入到打到屏上所用的时间;(2)粒子刚射出电场时的速度方向与初速度方向间夹角的正切值tan a;(3)粒子打到屏上的点P到O点的距离s.解:(1)根据题意,粒子在垂直于电场线的方向上做匀速直线运动,所以粒子从射入到打到屏上所用的时间(2)设粒子射出电场时沿平行电场线方向
26、的速度为vy根据牛顿第二定律,粒子在电场中的加速度为: 所以, 所以粒子刚射出电场时的速度方向与初速度方向间夹角的正切值为(3)设粒子在电场中的偏转距离为y,则 又 解得:反馈训练2:竖直放置的平行金属板A、B连接一恒定电压,两个电荷M和N以相同的速率分别从极板A边缘和两板中间沿竖直方向进入板间电场,恰好从极板B边缘射出电场,如图所示,不考虑电荷的重力和它们之间的相互作用,下列说法正确的是( )A.两电荷的电荷量可能相等B.两电荷在电场中运动的时间相等C.两电荷在电场中运动的加速度相等D.两电荷离开电场时的动能相等典型例题3:一束电子流在经U5000V的加速电压加速后,在距两极板等距处垂直进入
27、平行板间的匀强电场,如图所示,若两板间距d1.0cm,板长l5.0cm,那么,要使电子能从平行板间飞出,两个极板上最多能加多大电压?解析:在加速电压一定时,偏转电压U越大,电子在极板间的偏距就越大当偏转电压大到使电子刚好擦着极板的边缘飞出,此时的偏转电压,即为题目要求的最大电压加速过程,由动能定理得:eUmv 进入偏转电场,电子在平行于板面的方向上做匀速在垂直于板面的方向做匀加速直线运动,加速度:a 偏距yat2 能飞出的条件为y 解式得:UV4.0102V即,要使电子能飞出,所加电压最大为400V.反馈训练3:如图所示,从灯丝发出的电子经加速电场加速后,进入偏转电场,若加速电压为U1,偏转电
28、压为U2,要使电子在电场中的偏转量y增大为原来的2倍,下列方法中正确的是()A使U1减小到原来的1/2B使U2增大为原来的2倍C使偏转极板的长度增大为原来的2倍D使偏转极板间的距离减小为原来的1/2 【考点巩固】1一带电粒子在电场中只受电场力作用时,它不可能出现的运动状态是()A匀速直线运动 B匀加速直线运动C匀变速曲线运动 D匀速圆周运动2. 如图所示,M、N是真空中的两块平行金属板,质量为m、电荷量为q的带电粒子,以初速度v0由小孔进入电场,当M、N间电压为U时,粒子恰好能到达N板,如果要使这个带电粒子到达M、N板间距的后返回,下列措施中能满足要求的是(不计带电粒子的重力)()A使初速度减
29、为原来的B使M、N间电压加倍 C使M、N间电压提高到原来的4倍D使初速度和M、N间电压都减为原来的 3一电子以初速度v0沿垂直场强方向射入两平行金属板间的匀强电场中,现减小两板间的电压,则电子穿越两平行板所需的时间()A随电压的减小而减小B随电压的减小而增大C与电压无关D随两板间距离的增大而减小4带电粒子经加速电场加速后垂直进入两平行金属板间的偏转电场,要使它离开偏转电场时偏转角增大,可采用的方法有()A增加带电粒子的电荷量 B增加带电粒子的质量C增大加速电压 D增大偏转电压5一束带有等量电荷量的不同离子从同一点垂直电场线进入同一匀强偏转电场,飞离电场后打在荧光屏上的同一点,则()A离子进入电
30、场的初速度相同B离子进入电场的初动量相同C离子进入电场的初动能相同D离子在电场中的运动时间相同6. 如图所示,氕、氘、氚的原子核自初速为零经同一电场加速后,又经同一匀强电场偏转,最后打在荧光屏上,那么()A经过加速电场过程,电场力对氚核做的功最多B经过偏转电场过程,电场力对三种核做的功一样多C三种原子核打在屏上时的速度一样大D三种原子核都打在屏上的同一位置上7一个电子以4.0107 m/s的初速度沿电场线方向射入电场强度为2.5104 N/C的匀强电场中,问:这个电子在电场中能前进多远?用的时间是多少?这段距离上的电势差是多少V.?(电子质量m0.911030 kg)8. 如图所示,A为粒子源
31、,F为荧光屏在A和极板B间的加速电压为U1,在两水平放置的平行导体板C、D间加有偏转电压U2.现分别有质子和粒子(氦核)由静止从A发出,经加速后以水平速度进入C、D间,最后打到F板上不计粒子的重力,它们能打到F的同一位置上1.9带电粒子在电场中的运动四【考点巩固】反馈训练1:由动能定理得,得反馈训练2:AB反馈训练3答案:ABD【考点巩固】1答案A2答案BD3答案C4答案D解析同一加速电场、同一偏转电场,偏转角为tan ,U为偏转电压,D正确5答案C解析由题意知,不同粒子的偏转距离相同,yat2()2,故选项C正确6答案解析同一加速电场、同一偏转电场,三种粒子带电荷量相同,在同一加速电场中电场
32、力对它们做的功都相同,在同一偏转电场中电场力对它们做的功也相同,A错,B对;由于质量不同,所以打在屏上的速度不同,C错;再根据偏转距离公式或偏转角公式y,tan 知,与带电粒子无关,D对7答案0.182 m9.1109 s4.55103 V解析电子在电场中做匀减速直线运动,由牛顿第二定律得电子的加速度aeE/m 电子在电场中前进的时间tv0/a 电子在电场中前进的距离xat2/2 由解得x0.182 m,t9.1109s这段距离上的电势差UEx4.551038答案能 解析设粒子的质量为m,带电荷量为q,偏转电场的极板长为L,两板间距为d.在加速过程中由动能定理有:qU1mv在偏转电场中,粒子的运动时间t加速度a沿电场方向上的速度vat粒子射出电场时速度的偏转角度设为tan 偏移量yat2联立解得:tan ,y可见y、tan 与带电粒子的m、q无关,只由加速电场和偏转电场来决定,所以质子和粒子能打到F上的同一位置