1、第一章静电场第6、7节 电容器和电容 静电的应用及危害课标解读 1.知道电容器的概念，认识常见的电容器，通过实验了解电容器的充、放电现象.2.理解电容的概念及定义，掌握电容的定义式、单位，并会应用定义式进行简单的计算.3.通过实验了解影响平行板电容器电容大小的因素，了解平行板电容器的电容决定式，知道改变平行板电容器的电容大小的方法.4.了解静电的产生、应用及危害，掌握静电危害的预防方法01 课前 自主梳理02 课堂 合作探究03 核心 素养提升04 课后 巩固提升课时作业一、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_平行放置的金属板组成带电特
2、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隔开等量异种绝对值(3)电容器的充、放电过程充电：指使电容器带电的过程，充电电流流向_，充电后两极板带等量异种电荷放电：指使充电后的电容器失去电荷的过程，放电电流流向_充、放电过程中的能量变化电容器充电后，电容器中就储存了电能，将电容器两极连接，异种电荷通过放电中和，储存的电能就释放出来，转化为其他形式的能量，例如发光、发热等正极板负极板2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)单位：在国际单位制中，电容的单
3、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判断(1)任何两个彼此绝缘而又相互靠近的导体，都能组成电容器，与这两个导体是否带电无关()(2)电容器所带的电荷量是指两个极板所带电荷量的代数和()(3)电容器充电时储存电能，放电时释放电能()答案：(1)(2)(3)二、平行板电容器的电容 常用电容器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、板间电介质的介电常数中的一个量(2)静电计电势差的意义：由于
4、静电计的金属球与其中一个极板相连，两者电势相等，静电计的金属外壳与另一个极板相连(或同时接地)，两者电势相等，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(4)平行板电容器的决定式：C S4kd，其中k为静电力常量控制变量电容器两极板间2常用电容器(1)分类按电介质分：_电容器、_电容器、陶瓷电容器、_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：加在电容器两极间的电压不能超过某一限度，超过这一限度，绝缘介质将被_，致使电容器损坏，这个极
5、限电压称为击穿电压额定电压：电容器_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许多云母纸质电解可变固定击穿正常工作三、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、负电荷互相吸引排斥电场力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(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
6、、纺织工业中等都会产生危害爆炸电磁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_湿度通风试做 以下叙述中属于静电危害的是(1)_；属于静电防止的是(2)_；属于静电利用的是(3)_A在建筑物顶上安装避雷针B人在地毯上行走后接触金属把手时有触电的感觉C在油罐车上连接搭地铁链D静电植绒、静电复印答案：(1)B(2)AC(3)D要点一 对电容器及电容的理解1电容器的充电、放电过程分析充电过程放电过程电路结构将电容器接在电源上形成回路将已充电的电容器与导体连接形成回路过程分析(1)回路中有逆时针方向的充电电流(2)与电源正极连接
7、的极板带上正电荷，与电源负极连接的极板带上等量的负电荷(3)充电完毕，电容器两极板间的电压等于电源电压，电路中电流为零(1)回路中有顺时针方向的放电电流(2)电流从电容器正极板流向负极板(3)放电完毕，电容器上的等量异种电荷全部中和，电路中没有电流，极板间电压为零能量分析由电源获得的电能转化为电容器的电场能储存的电场能转化为其他形式的能量(如：内能，光能)2.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，利用比值 CQU定义，但电容的大小与 Q、U 无关，是由电容器本身的构造决定的(2)通过 Q-U 图像理解如图所示，Q-U 图像是一
8、条过原点的直线，其中 Q 为一个极板上所带电荷量的绝对值，U 为两板间的电势差，直线的斜率表示电容大小，因而电容器的电容也可以表示为 CQU，即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 所增加(或减小)的电荷量例 1 一个平行板电容器，使它每板电荷量从 Q13105 C 增加到 Q23.6105C 时，两板间的电势差从 U110 V 增加到 U212 V，求这个电容器的电容多大？思路点拨 由电容的定义式 CQU知 QCU，可求出对应电压 U1、U2 的电荷量 Q1、Q2，根据 Q2Q1C(U2U1)即 CQ2Q1U2U1计算解析 电荷量的增加量和电势差的增加量分别为QQ2Q13
9、.6105 C3105 C6106 C，UU2U112 V10 V2 V.根据电容的定义，它等于每增加 1 V 电势差所需增加的电荷量，即 CQU61062F3106 F3 F.答案 3 F电容器的电容等于带电荷量 Q 与电压 U 的比值QU，因为对同一电容器，C 是定值，故有 CQ1U1Q2U2QU，计算时可直接应用 CQU.1根据电容的定义式 CQU知()A电容器的电容越大，则电容器所带电荷量应越多B电容器两极板间电压越大，电容越大C电容器的电容与电荷量成正比，与电压成反比D电容器的电容不随带电荷量及两极板间电压的变化而变化解析：认识到电容器的电容是由电容器本身决定的，与所带电荷量、两极板
10、间的电压无关公式 CQU是定义式，它可以适用于任何电容器，但绝不能说 C 与 Q 成正比，或 C 与 U 成反比答案：D2如图所示，电源电压恒定，则接通开关 S 的瞬间，通过电阻 R 的电流方向是从_到_，平行板电容器充电，电路稳定后，在将两极板间距离增大的过程中，通过 R 的电流方向是从_到_；如果电容器充电后，先断开 S，再将两极板间距离增大，在此过程中，R 上_(选填“有”或“无”)电流通过解析：电容器在充、放电过程中，电路中将有电流流过，电流方向为正电荷定向移动的方向在接通 S 的瞬间，电容器充电，上极板带正电，下极板带负电，故通过 R的电流方向为由 A 到 B；稳定后，将两极板间距离
11、增大，根据 CSd 得，电容减小，因为 U 不变，所以电容器极板上的电荷量 QCU 减小，即通过 R 的电流方向为由 B到 A；将开关 S 断开后，因为电容器所带电荷量不变，所以无论如何调节极板间距离，R 上均无电流通过答案：A B B A 无C 的大小与 Q、U 无关，只跟电容器本身有关，当 Q0 时，U0，而 C 并不为零要点二 平行板电容器的两类典型问题分析1平行板电容器电容的决定因素(1)对于平行板电容器，其大小跟两极板间的电介质的介电常数 成正比，与正对面积 S 成正比，与板间距离 d 成反比(2)决定式：C S4kd(k 是静电力常量)说明：公式 C S4kd是电容的决定式，说明电
12、容器的电容由电容器本身的因素决定，与是否带电无关2平行板电容器的两类问题定电压问题定电荷量问题情形电容器始终与电源连接电容器充电后与电源断开不变量U 不变Q 不变关系式C S4kdSdQCU US4kdSdEUd1dC S4kdSdUQCQ4kdS dSEUd QCd4kQS 1S特别提醒(1)平行板电容器的电容与极板间距离 d、正对面积 S、电介质的相对介电常数 间的关系为 C S4kd(决定式)；(2)平行板电容器内部是匀强电场，EUd；(3)电容器电容的定义式 CQU.例 2(多选)两块大小、形状完全相同的金属平板平行放置，构成一平行板电容器，与它相连接的电路如图所示，接通开关 S，电源
13、即给电容器充电，则()A保持 S 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B保持 S 接通，在两极板间插入一块介质，则极板上的电荷量增大C断开 S，减小两极板间的距离，则两极板间的电势差减小D断开 S，在两极板间插入一块介质，则两极板间的电势差增大思路点拨(1)保持 S 接通，电容器的电压不变；(2)断开 S，电容器的电荷量不变；(3)讨论电容器问题用到的三个公式为 CQU、EUd、C S4kd.解析 S 接通时，两极板间电压不变，减小两极板间距，由 EUd知 E 增大，故 A错由 C S4kd知，插入介质 C 增大，又因 QCU 知 Q 增大，故 B 正确S 断开后，电荷量 Q
14、 不变，板间距减小时电容 C 增大，由 CQU知，电势差 U 减小，故选项 C正确插入介质 C 增大，U 减小，故选项 D 错误答案 BC(1)电容器的动态问题一般有两类：Q 不变；U 不变分析时要先确定是哪个量不变(2)分析思路一般是先由 C S4kd分析 C 的变化，再由 CQU分析 Q 或 U 的变化，进而由 EUd或 E4kQS 分析 E 等其他相关量的变化1一充电后的平行板电容器保持两板的正对面积、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：根据
15、C S4kd，当 S、d 不变，增大时，电容 C 增大，根据 UQC，Q 不变，C 增大，所以电势差 U 减小，B 正确答案：B2(多选)如图所示，电路中 A、B 为两块竖直放置的金属板，C 是一只静电计，开关S 合上后，静电计指针张开一个角度，下述做法可使静电计指针张角增大的是()A使 A、B 两板靠近一些B使 A、B 两板正对面积减小一些C断开 S 后，使 B 板向右平移一些D断开 S 后，使 A、B 正对面积减小一些解析：静电计显示的是 A、B 两极板间的电压，指针张角越大，表示两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不变，静电计指针张角不变；当断
16、开 S 后，板间距离增大，正对面积减小，都将使 A、B 两板间的电容变小，而电容器所带的电荷量不变，由 CQU可知，板间电压 U 增大，从而静电计指针张角增大所以本题的正确答案是 C、D.答案：CD(1)平行板电容器动态分析的基本思路：在判断电容器相关物理量的变化时，首先要弄清哪些量是不变的，然后根据不变量和相关公式推断其他待分析量的变化情况若电容器充电后与电源断开，则带电荷量 Q 不变；若电容器始终与电源相连，则电压 U 不变分析电容器物理量变化常用的公式有 C S4kd、CQU和 EUd.(2)静电计是测量电势差的仪器，不能用于测直流电路中两点的电压静电计张角越大，说明极板间电势差越大平行
17、板电容器中带电粒子的平衡及运动问题带电粒子在平行板电容器中的运动问题是静电场与力学知识的综合，分析方法与力学问题的分析方法基本相同先分析受力情况，再分析运动状况和运动过程，然后选用恰当的规律(如牛顿运动定律、动能定理或能量守恒定律)解题典例 如图所示，一平行板电容器跟一电源相接，当 S 闭合时，平行板电容器极板A、B 间的一带电液滴恰好静止若将两板间距离增大为原来的两倍，那么液滴的运动状态如何？若先将 S 断开，再将两板间距离增大为原来的两倍，液滴的运动状态又将如何？思路点拨 解答本题时应注意以下三个方面：(1)开关 S 断开、闭合时电容器的状态不同；(2)液滴的状态与受力的关系；(3)液滴所
18、受电场力的变化与电场强度变化的关系解析 S 闭合时，EUd，Eqmg当 d2d 时，EUdU2dE2合外力 Fmg12Eq12mgma所以 ag2，方向向下液滴将向下做初速度为零，加速度为12g 的匀加速直线运动S 断开时，电容器上带的电荷量保持不变，由 CQU、EUd、C S4kd，得 E4kQS.当 d2d 时，由 EQS可知，E 不变因此，液滴受力情况不变，仍处于静止状态答案 见解析素养提升练1.(多选)如图所示，两块水平放置的平行正对的金属板 a、b 与电池相连，在距离两板等距的 M 点有一个带电液滴处于静止状态若将 a 板向下平移一小段距离，但仍在 M 点上方，稳定后，下列说法中正确
19、的是()A液滴将向下加速运动BM 点电势升高，液滴在 M 点的电势能将减小CM 点的电场强度变小D在 a 板移动前后两种情况下，若将液滴从 a 板移到 b 板，电场力做功相同解析：液滴受力平衡，故所受电场力向上，液滴带负电；电容器两端的电压不变，a板下移时，两板间的距离减小，则由 UEd 可知，E 增大；则粒子受到的电场力增大，故液滴将向上加速运动，故 A、C 错误下极板接地，则 M 点的电势等于 M 与b 之间的电势差，因 E 增大，M 与 b 之间距离不变，故液滴处的电势升高，因带电液滴带负电，故电势能将减小，故 B 正确因两板间的电势差不变，故前后两种状态下将液滴从 a 板移到 b 板，
20、电场力做功相同，故 D 正确答案：BD2如图所示，板长 L4 cm 的平行板电容器，板间距离 d3 cm，板与水平线夹角 37，两板所加电压为 U100 V有一带负电液滴，带电荷量为 q31010 C，以 v01 m/s 的水平速度自 A 板边缘水平进入电场，在电场中仍沿水平方向运动并恰好从 B 板边缘水平飞出(g 取 10 m/s2，sin 370.6，cos 370.8)求：(1)液滴的质量；(2)液滴飞出时的速度解析：(1)根据题意画出带电液滴的受力图，如图所示，由图可知：qEcos mg又 EUd解得：mqU cos dg代入数据得 m8108 kg(2)对液滴在电场中运动的过程由动能
21、定理得qU12mv212mv20，解得 vv202qUm代入数据得 v 72 m/s答案：(1)8108 kg(2)72 m/s随堂训练1电容器是一种常用的电子元件对电容器认识正确的是()A电容器的电容表示其储存电荷能力B电容器的电容与它所带的电荷量成正比C电容器的电容与它两板极间的电压成正比D电容的常用单位有 F 和 pF，1 F103 pF解析：电容是表示电容器容纳电荷的本领的物理量，A 正确电容是表征电容器本身性质的物理量，只与自身的构造因素有关，与电容器所带的电荷量和两极板间的电压无关，B、C 不正确电容器的常用单位的换算的关系是 1 F106 pF，D 不正确答案：A2(多选)关于电
22、容器的充、放电，下列说法中正确的是()A充、放电过程中，外电路有瞬时电流B充、放电过程中，外电路有恒定电流C充电过程中电源提供的电能全部转化为内能D放电过程中电容器中的电场能逐渐减少解析：充电电流和放电电流都是瞬时电流，当电容器两端电压与电源电压相等或其电压为零时，电流消失，选项 A 正确，B 错误；充电过程中电源提供的电能转化为电场能，选项 C 错误；放电过程中电容器中的电场能转化为其他形式的能，选项 D正确答案：AD3为模拟空气净化过程，有人设计了如图所示的含灰尘空气的密闭玻璃圆桶，圆桶的高和直径相等第一种除尘方式是：在圆桶顶面和底面间加上电压 U，沿圆桶的轴线方向形成一个匀强电场，尘粒的
23、运动方向如图甲所示；第二种除尘方式是：在圆桶轴线处放一直导线，在导线与桶壁间加上的电压也等于U，形成沿半径方向的辐向电场，尘粒的运动方向如图乙所示已知空气阻力与尘粒运动的速度成正比，即 fkv(k 为一定值)，假设每个尘粒的质量和带电荷量均相同，重力可忽略不计，则在这两种方式中()A尘粒最终一定都做匀速运动B电场对单个尘粒做功的最大值相等C尘粒受到的电场力大小相等D第一种方式除尘的速度比第二种方式除尘的速度快解析：尘粒在两种装置中都做加速直线运动，速度都增大，A 选项错误；电场力做功与路径无关，只与初、末位置的电势差有关，所以两种装置中，电场力做功均为 WUq，B 选项正确，D 选项错误；乙图
24、中电场为辐射状，所以越靠近筒边缘场强越小，尘粒受到的电场力越小，C 选项错误故选 B.答案：B4计算机键盘上的每一个按键下面都有一个电容传感器，如图所示电容的计算公式是 CSd，其中常量 9.01012 Fm1，S 表示两金属片的正对面积，d 表示两金属片间的距离当某一键被按下时，d 发生改变，引起电容器的电容发生改变，从而给电子线路发生相应的信号已知两金属片的正对面积为50 mm2，键未被按下时，两金属片间的距离为 0.60 mm.只要电容变化达 0.25 pF，电子线路就能发生相应的信号，那么为使按键得到反应，至少需要按下多大距离？解析：设两金属片间的原距离为 d，金属片被按下d 时电容变化 C0.25 pF，此时金属片间距为(dd)，则 C1Sd，C2Sdd.CC2C1S(1dd1d)，代入数据解得 d0.15 mm.答案：0.15 mm课时作业