靜電現(xiàn)象電容器及其電容

第3課時靜電現(xiàn)象電容器及其電容熱點平行板電容器的動態(tài)分析1.主要的理論論據(jù)

(1)C=.

(2)電容器所帶電荷量Q=CU.2.電容器的動態(tài)分析方法主要分兩種情況

(1)平行板電容器充電后,繼續(xù)與電源的兩極相連,因此兩極板間的電壓不變,(2)平行板電容器充電后,切斷與電源的連接,因此電容器帶電荷量Q不變,當電容器的d、S、ε變化時,將引起電容器的C、U、E變化.(Q不變)題型探究題型1感應起電問題【例1】

如圖2所示,將帶電棒移近兩個不帶電的導體球甲、乙,兩個導體球開始時互相接觸且對地絕緣,下述幾種方法中能使兩球都帶電的是()A.先把兩個球分開,再移走帶電棒

B.先移走帶電棒,再把兩個球分開

C.先使甲球瞬時接觸地,再移走帶電棒

D.使帶電棒與甲球瞬時接觸,再移走帶電棒

圖2ACD變式練習1

如圖3所示的是一個帶正電的驗電器,當一個金屬球A靠近驗電器上的金屬小球B時,驗電器中金屬箔片的張角減小,則()A.金屬球A可能不帶電B.金屬球A一定帶正電C.金屬球A可能帶負電D.金屬球A一定帶負電圖3AC題型2電容器兩類動態(tài)問題分析【例2】

如圖4所示,一平行板電容器充電后與電源斷開,負極板接地,在兩極板間有一正電荷(電荷量很小)固定在P點.以E

表示兩極板間的場強,U表示電容器的電壓,Ep表示正電荷在P

點的電勢能.若保持負極板不動,將正極板移到圖中虛線所示

(A)圖4A.U變小,E不變B.E變大,Ep不變

C.U變大,Ep不變D.U不變,Ep不變【拓展探究】

例2中,若保持正極板不動,將負極板向上平移一定距離,結論如何?解析

負極板向上平移,電容變大,由C=可知,U變小;又

，則E不變;P點與下極板電勢差U=Ed,d變小,故U變小,即變小,Ep變小.答案

A規(guī)律總結變式練習2

如圖5所示,用電池對電容器充電,電路a、b之間接有一靈敏電流表,兩極板之間有一個電荷q處于靜止狀態(tài).現(xiàn)將兩極板的間距變大,則

(BD)A.電荷將向上加速運動B.電荷將向下加速運動C.電流表中將有從a到b的電流D.電流表中將有從b到a的電流圖5題型3帶電粒子在板間運動問題分析【例3】

下述為一個觀察帶電粒子在平行板電容器板間電場中的運動狀況的實驗.現(xiàn)進行下述操作:第一步,給如圖6所示真空中水平放置的平行板電容器充電,讓A、B兩極板帶上一定的電荷量,使得一個帶電油滴P在兩板間的勻強電場中恰能保持靜止狀態(tài).第二步,給電容器繼續(xù)充電使其電荷量突然增加ΔQ1,讓油滴開始豎直向上運動t秒.第三步,在上一步基礎上使電容器突然放電ΔQ2,觀察到又經(jīng)2t秒后,油滴剛好回到原出發(fā)點.設油滴在運動過程中未與極板接觸.求ΔQ1和ΔQ2的比值.圖6解析

設油滴質量為m,帶電荷量為q,電容器板間距離為d,電容量為C.在第一步過程中,設電容器的電荷量為Q,板間電壓為U0,場強為E0.受力情況如下圖(1)所示.由題意得qE0=mg①②③④在第二步過程中,設板間電壓為U1,場強為E1,油滴的加速度大小為a1,ts末的速度為v1,位移為x,受力情況如圖(2)所示.U1=(Q+ΔQ1)/C⑤E1=U1/d⑥qE1-mg=ma1⑦x=a1t2⑧v1=a1t⑨在第三步過程中,設板間電壓為U2,場強為E2,油滴的加速度大小為a2,受力情況如圖(3)所示.⑩答案【評分標準】

本題共23分.其中①②③⑤⑥⑦⑩式各2分,④⑧⑨式各1分.【名師導析】

高考命題愈加明顯地滲透著物理思想、物理方法的考查,上述樣題就是通過對電場中的帶電粒子多運動過程的考查,間接考查了同學們綜合分析問題的能力.解決這類問題的關鍵是要掌握基本運動的特點.中學物理常見的基本運動有勻速直線運動、勻變速直線運動、平拋運動、勻速圓周運動等,這些基本運動中的任何兩種運動都可以構成一個多運動過程問題,所以復習時應加強此類型的訓練,以提高分析和解決問題的能力.自我批閱(24分)如圖7所示,水平放置的平行板電容器,原來兩極板不帶電,上極板接地,它的極板長L=0.1m,兩板間距離d=0.4m,有一束相同的帶電微粒以相同的初速度先后從兩板中央平行極板射入,由于重力作用微粒能落到下極板上,微粒所帶電荷立即轉移到下極板且均勻分布在下極板上.設前一微粒落到下極板上時后一微粒才能開始射入兩極板間.已知微粒質量為m=2×10-6kg,電荷量q=1×10-8C,電容器電容為C=10-6F,取g=10m/s2.求:圖7(1)為使第一個微粒的落點范圍能在下極板中點O到緊靠邊緣的B點之間,求微粒入射的初速度v0的取值范圍.(2)若帶電微粒以第一問中初速度v0的最小值入射,則最多能有多少個帶電微粒落到下極板上?解析

(1)若第1個粒子落到O點,由類平拋運動的公式得(2分)(2分)解得v01=0.25m/s(1分)若落到B點,由類平拋運動公式得:L=v02t2(2分)(2分)解得v02=0.5m/s(1分)故微粒入射的初速度v0的取值范圍為0.25m/s≤v0≤0.5m/s(2分)(2)由類平拋運動公式得:L=v01t解得t=0.4s(2分)由類平拋運動公式得:解得a=2.5m/s2(2分)由牛頓第二定律得:mg-qE=ma(3分)由勻強電場的場強和電勢差的關系得:E=(1分)由電容的定義式得:C=(1分)聯(lián)立解得Q=6×10-4C(1分)落到下極板上的帶電微粒數(shù)目為:n==60000個(2分)答案

(1)0.25m/s≤v0≤0.5m/s(2)60000個素能提升1.絕緣細線上端固定,下端掛一輕質小球a,

a的表面鍍有鋁膜;在a近旁有一絕緣金屬球b,開始時,a、b都不帶電,如圖8所示,

現(xiàn)使b帶電,則()A.a、b之間不發(fā)生相互作用

B.a吸引b,吸住后不放開

C.b立即把a排斥開

D.b先吸引a,接觸后又把a排斥開圖82.如圖9所示,一個平行板電容器,板間距離為d,當對其加上電壓后,A、B兩板的電勢分別為+和-,下述結論正確的是

(BCD)圖9A.電容器兩極板間可形成勻強電場,電場強度大小為E=B.電容器兩極板間各點的電勢,有的相同,有的不同;有正的,

有負的,有的為零

C.若只減小兩極板間的距離d,該電容器的電容C要增大,極板上帶的電荷量Q也會增加

D.若有一個電子水平射入兩極板之間的電場,則電子的電勢能一定會減小3.如圖10所示,兩塊較大的金屬板A、B相距為d,

平行放置并與一電源相連,S閉合后,兩板間恰好有一質量為m,帶電量為q的油滴處于靜止狀

(BC)A.若將S斷開,則油滴將做自由落體運動,G表中無電流

B.若將A向左平移一小段位移,則油滴仍然靜止,G表中有b→a

的電流

C.若將A向上平移一小段位移,則油滴向下加速運動,G表中有

b→a的電流

D.若將A向下平移一小段位移,則油滴向上加速運動,G表中有

b→a的電流圖104.靜電計是在驗電器的基礎上制成的,用其指針張角的大小來定性顯示其金屬球與外殼之間的電勢差大小.如圖

11所示,A、B是平行板電容器的兩個金屬板,G為靜電計.開始時開關S閉合,靜電計指針張開一定角度,為了使指針張開的角度增大些,下列采取的措施可行的是

()圖11A.斷開開關S后,將A、B分開些

B.保持開關S閉合,將A、B兩極板分開些C.保持開關S閉合,將A、B兩極板靠近些D.保持開關S閉合,將變阻器滑動觸頭向右移動解析

要使靜電計的指針張開角度增大些,必須使靜電計金屬球和外殼之間的電勢差增大,斷開開關S后,將A、B分開些,電容器的帶電量不變,電容減小,電勢差增大,A正確;保持開關S閉合,將A、B兩極板分開或靠近些,靜電計金屬球和外殼之間的電勢差不變,B、C錯誤;保持開關S閉合,將滑動變阻器滑動觸頭向右或向左移動,靜電計金屬球和外殼之間的電勢差不變,D錯誤.答案

A5.豎直放置的一對平行金屬板的左極板上用絕緣線懸掛了一個帶正電的小球,將平行金屬板按圖12所示的電路圖連接,

穩(wěn)定時絕緣線與左極板的夾角為θ.當滑動變阻器R的滑片在a位置時,電流表的讀數(shù)為I1,夾角為θ1