2024-2025學(xué)年高中物理第1章電場(chǎng)第7節(jié)了解電容器第8節(jié)靜電與新技術(shù)教案粵教版選修3-1

PAGE9-第七節(jié)了解電容器第八節(jié)靜電與新技術(shù)[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.[物理觀念]知道電容器的概念，相識(shí)常見(jiàn)的電容器，了解電容器的充、放電現(xiàn)象．(重點(diǎn))2.[科學(xué)思維]理解電容的定義式并能進(jìn)行有關(guān)計(jì)算．(重點(diǎn))3.[科學(xué)思維]知道平行板電容器的確定因素，并會(huì)分析、解決平行板電容器的兩類問(wèn)題．(重點(diǎn)、難點(diǎn))4.[科學(xué)看法與責(zé)任]了解靜電現(xiàn)象，關(guān)注生活、生產(chǎn)中的靜電現(xiàn)象，知道靜電在技術(shù)上的應(yīng)用及防止靜電危害的方法．一、電容器和電容1．電容器：由兩個(gè)相互靠近，彼此絕緣的導(dǎo)體組成，其間可以填充絕緣物質(zhì)．2．電容器的充、放電過(guò)程充電過(guò)程放電過(guò)程過(guò)程示意電荷運(yùn)動(dòng)正電荷向A板移動(dòng)，負(fù)電荷向B板移動(dòng)正電荷由A板移向B板(或負(fù)電荷由B板移向A板)電流方向順時(shí)針逆時(shí)針定義及能量的轉(zhuǎn)化是使兩個(gè)極板帶上等量異種電荷的過(guò)程；從電源獲得能量?jī)?chǔ)存在電場(chǎng)中是使兩個(gè)極板上電荷中和的過(guò)程；電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為其他形式的能聯(lián)系兩個(gè)過(guò)程互逆，電容器的電量、能量變更趨勢(shì)相反3.電容器的電容(1)定義：Q與U的比值，公式為C＝eq\f(Q,U)．(2)物理意義：表示電容器容納電荷本事的物理量．(3)單位：1F＝106μF＝1012二、確定電容的因素1．試驗(yàn)探究由于平行板電容器的電容與多種因素有關(guān)，故可以實(shí)行限制變量法探究．2．平行板電容器的電容(1)平行板電容器的電容與兩極板的正對(duì)面積成正比，與兩極板間的距離成反比，并跟板間插入的電介質(zhì)有關(guān)．(2)公式：C＝eq\f(εrS,4πkd)．3．電容器的兩特性能指標(biāo)(1)一個(gè)是它的電容量．(2)另一個(gè)是它的耐壓實(shí)力，耐壓值表示電容器正常運(yùn)用時(shí)兩個(gè)電極間所能承受的最大電壓．三、靜電與新技術(shù)1．靜電在技術(shù)上的應(yīng)用(1)靜電在技術(shù)上有很多應(yīng)用，比如激光打印、噴墨打印、靜電除塵、靜電噴涂、靜電植絨、靜電復(fù)印等．(2)靜電除塵結(jié)構(gòu)：將高壓電源的正極接在金屬圓筒上，負(fù)極接到懸掛在管心的金屬線上．原理：正、負(fù)極間有很強(qiáng)的電場(chǎng)，使氣體分子電離為電子和正離子．電子附著在空氣中的塵埃上向著圓筒運(yùn)動(dòng)而積累到金屬圓筒上，塵埃積累到肯定程度而落入下面的漏斗中．2．靜電的防護(hù)：有些工廠的車間里空氣保持適當(dāng)?shù)臐穸?，油罐車車尾裝有一條拖在地上的鐵鏈等．1．正誤推斷(1)電容器是儲(chǔ)存電荷和電場(chǎng)能的元件． (√)(2)電容器的電容與電量成正比，與電壓成反比． (×)(3)探討電容器電容的試驗(yàn)，采納的是限制變量法． (√)(4)家用電器接地線是防靜電． (×)(5)靜電除塵的原理是讓灰塵帶上電荷，然后在電場(chǎng)力的作用下奔向并吸附到異性電極上． (√)2．下列屬于靜電應(yīng)用的是()A．油罐車后面裝一條拖地的鐵鏈B．汽修作業(yè)中的靜電噴漆C．飛機(jī)輪上裝搭地線D．印刷車間中保持適當(dāng)?shù)臐穸菳[油罐車在運(yùn)輸過(guò)程中，不斷的相互摩擦，從而產(chǎn)生大量的靜電，通過(guò)后面裝一條拖地的鐵鏈，剛好導(dǎo)走，這是防止靜電危害，故A錯(cuò)誤；汽修作業(yè)中的靜電噴漆是利用靜電，故B正確；飛機(jī)在飛行時(shí)，與空氣摩擦產(chǎn)生大量的靜電，所以著落時(shí)通過(guò)飛機(jī)輪上裝搭地線，將靜電導(dǎo)走，這是防止靜電，故C錯(cuò)誤；印刷車間中，紙張間摩擦產(chǎn)生大量靜電，由于有肯定的濕度，能剛好導(dǎo)走靜電，也是防止靜電，故D錯(cuò)誤；故選B.]3．(多選)對(duì)于給定的電容器，描述其電容C、電荷量Q、電壓U之間的相應(yīng)關(guān)系的圖象正確的是()BC[對(duì)于一個(gè)給定的電容器，電容是確定的，不會(huì)隨電荷量、電壓的變更而變更；由電容的定義式可以知道，電荷量跟電容器兩端的電壓成正比，因而是過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的一條直線．]對(duì)電容器、電容的理解1．電容器是一個(gè)儀器，而電容是一個(gè)物理量，電容表征了電容器容納電荷的本事，其數(shù)值等于使兩極板間的電勢(shì)差為1V時(shí)電容器須要帶的電荷量．2．電容由電容器本身的構(gòu)造確定，與Q、U無(wú)關(guān)．由公式C＝eq\f(εrS,4πkd)知，影響電容器電容大小的因素是電介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)εr、電容器兩極板的正對(duì)面積S和兩極板間的距離d.3．C＝eq\f(Q,U)與C＝eq\f(εrS,4πkd)的比較C＝eq\f(Q,U)是電容的定義式，對(duì)某一電容器來(lái)說(shuō)，Q∝U但C＝eq\f(Q,U)不變，反映電容器容納電荷本事的大小；C＝eq\f(εrS,4πkd)是電容器電容的確定式，C∝εr，C∝S，C∝eq\f(1,d)，反映了影響電容大小的因素．【例1】有一充電的電容器，兩板間的電壓為3V，所帶電荷量為4.5×10－4C，[解析]由C＝eq\f(Q,U)得C＝eq\f(4.5×10－4,3)F＝1.5×10－4F電容器電壓降為2V，電容不變，仍為1.5×10－4此時(shí)帶電荷量為Q′＝CU′＝1.5×10－4×2C＝3×10－帶電荷量減小ΔQ＝Q－Q′＝1.5×10－4[答案]1.5×10－4F1.5×10－4F減小1.5×10求解電容器的電容的兩點(diǎn)留意(1)電容器的電容可以依據(jù)C＝eq\f(Q,U)或C＝eq\f(ΔQ,ΔU)求出，但電容器的電容是電容器的屬性，與電容器所帶電荷量Q以及兩極板間的電壓U均無(wú)關(guān)．(2)定義式的推廣式C＝eq\f(ΔQ,ΔU)，在電壓U變更問(wèn)題中求電容更快捷．eq\a\vs4\al([跟進(jìn)訓(xùn)練])訓(xùn)練角度1.對(duì)電容定義式的理解1．關(guān)于電容器的電容，下列說(shuō)法正確的是()A．電容器不帶電時(shí)，其電容為零B．電容器帶電荷量越多，其電容越大C．電容器兩極板間電壓越低，其電容越小D．電容器的電容只由它本身的性質(zhì)確定D[公式C＝eq\f(Q,U)是電容器電容的定義式，電容器的電容與U和Q均無(wú)關(guān)，只由它本身的性質(zhì)確定，選項(xiàng)D正確．]訓(xùn)練角度2.C＝eq\f(Q,U)和C＝eq\f(εrS,4πkd)的比較2．板間距為d的平行板電容器所帶電荷量為Q時(shí)，兩極板間電勢(shì)差為U1，板間場(chǎng)強(qiáng)為E1，現(xiàn)將電容器所帶電荷量變?yōu)?Q，板間距變?yōu)閑q\f(1,2)d，其他條件不變，這時(shí)兩極板間電勢(shì)差為U2，板間場(chǎng)強(qiáng)為E2，下列說(shuō)法正確的是()A．U2＝U1，E2＝E1 B．U2＝2U1，E2＝4E1C．U2＝U1，E2＝2E1 D．U2＝2U1，E2＝2E1C[當(dāng)平行板電容器的其他條件不變，板間距離變?yōu)閑q\f(1,2)d時(shí)，電容器的電容為C′＝eq\f(εrS,4πk\f(d,2))＝2C，又知電容器的帶電量變?yōu)?Q，則得知U2＝eq\f(2Q,2C)，即U2＝U1.依據(jù)勻強(qiáng)電場(chǎng)中電勢(shì)差與場(chǎng)強(qiáng)之間的關(guān)系式E＝eq\f(U,d)得E2＝eq\f(U2,\f(1,2)d)＝2E1，因此選項(xiàng)C正確，其他選項(xiàng)都錯(cuò)誤．]關(guān)于平行板電容器的動(dòng)態(tài)分析1．平行板電容器動(dòng)態(tài)問(wèn)題的分析方法抓住不變量，分析變更量，緊抓三個(gè)公式：C＝eq\f(Q,U)、E＝eq\f(U,d)和C＝eq\f(εrS,4πkd)2．平行板電容器的兩類典型問(wèn)題(1)平行板電容器始終連接在電源兩端：電勢(shì)差U不變．由C＝eq\f(εrS,4πkd)∝eq\f(εrS,d)可知C隨d、S、εr的變更而變更．由Q＝UC＝U·eq\f(εrS,4πkd)，可知，當(dāng)U不變時(shí)，Q也隨d、S、εr的變更而變更．由E＝eq\f(U,d)∝eq\f(1,d)可知，當(dāng)U不變時(shí)，E隨d的變更而變更．(2)平行板電容器充電后，切斷與電源的連接：電荷量Q保持不變．由C＝eq\f(εrS,4πkd)∝eq\f(εrS,d)可知C隨d、S、εr的變更而變更．由U＝eq\f(Q,C)＝eq\f(4πkdQ,εrS)∝eq\f(d,εrS)可知，當(dāng)Q不變時(shí)，U也隨d、S、εr的變更而變更．由E＝eq\f(U,d)＝eq\f(Q,Cd)＝eq\f(4πkQ,εrS)∝eq\f(1,εrS)可知，E隨S、εr的變更而變更，而與d無(wú)關(guān)．【例2】如圖所示，A、B為兩塊豎直放置的平行金屬板，G是靜電計(jì)，開(kāi)關(guān)S閉合后，靜電計(jì)指針張開(kāi)肯定角度．下述做法可使靜電計(jì)指針張角增大的是()A．使A板向左平移以增大板間距離B．在A、B兩板之間插入一塊陶瓷板C．?dāng)嚅_(kāi)S后，使B板向左平移以減小板間距離D．?dāng)嚅_(kāi)S后，使B板向上平移以減小極板正對(duì)面積D[開(kāi)關(guān)S閉合，電容器兩端的電勢(shì)差不變，則指針的張角不變，故A、B錯(cuò)誤．?dāng)嚅_(kāi)S，電容器所帶的電量不變，當(dāng)B板向左平移減小板間距，依據(jù)平行板電容器的表達(dá)式可知電容增大，依據(jù)U＝eq\f(Q,C)知，電勢(shì)差減小，則指針張角減小，故C錯(cuò)誤．?dāng)嚅_(kāi)S，電容器所帶的電量不變，使B板向上平移減小正對(duì)面積，電容減小，依據(jù)U＝eq\f(Q,C)知，電勢(shì)差增大，則指針張角增大，故D正確．]分析電容器動(dòng)態(tài)變更問(wèn)題的三個(gè)步驟(1)明確電容器與電源的連接狀況，從而確定是電壓不變還是電荷量不變．(2)由C＝eq\f(εrS,4πkd)，依據(jù)εr、S、d的變更確定C的變更．(3)由C＝eq\f(Q,U)確定Q或U的變更，依據(jù)E＝eq\f(U,d)＝eq\f(4πkQ,εrS)推斷E的變更．eq\a\vs4\al([跟進(jìn)訓(xùn)練])3．(多選)如圖所示，用靜電計(jì)可以測(cè)量已充電的平行板電容器兩極板之間的電勢(shì)差U，電容器已帶電，則下列推斷正確的是()A．增大兩極板間的距離，靜電計(jì)指針張角變大B．將A板略微上移，靜電計(jì)指針張角變大C．若將玻璃板插入兩板之間，則靜電計(jì)指針張角變大D．若減小兩板間的距離，則靜電計(jì)指針張角變小ABD[電勢(shì)差U變大(小)，指針張角變大(小).電容器所帶電荷量肯定，由公式C＝eq\f(εrS,4πkd)知，當(dāng)d變大時(shí)，C變小，再由C＝eq\f(Q,U)得U變大；當(dāng)A板上移時(shí)，正對(duì)面積S變小，C也變小，U變大；當(dāng)插入玻璃板時(shí)，C變大，U變小；當(dāng)兩板間的距離減小時(shí)，C變大，U變小，所以選項(xiàng)A、B、D正確．]靜電現(xiàn)象的應(yīng)用1．應(yīng)用靜電現(xiàn)象的基本原理一般是讓帶電的物質(zhì)微粒在電場(chǎng)力作用下奔向并吸附到異性電極或帶電體上，理解這一原理是解決這類問(wèn)題的關(guān)鍵．2．強(qiáng)電場(chǎng)電離空氣后，電子在電場(chǎng)力作用下向高電勢(shì)運(yùn)動(dòng)，從而使微粒吸附電子而帶負(fù)電．eq\a\vs4\al([跟進(jìn)訓(xùn)練])4.(多選)如圖為靜電除塵器除塵機(jī)原理的示意圖．塵埃在電場(chǎng)中通過(guò)某種機(jī)制帶電，在電場(chǎng)力的作用下向集塵極遷移并沉積，以達(dá)到除塵的目的．下列表述正確的是()A．到達(dá)集塵極的塵埃帶正電荷B．電場(chǎng)方向由集塵極指向放電極C．帶電塵埃所受電場(chǎng)力的方向與電場(chǎng)方向相同D．同一位置帶電荷量越多的塵埃所受電場(chǎng)力越大BD[集塵極與電源的正極相連帶正電，放電極帶負(fù)電，塵埃在電場(chǎng)力作用下向集塵極遷移，說(shuō)明塵埃帶負(fù)電荷，A項(xiàng)錯(cuò)誤；電場(chǎng)方向由集塵極指向放電極，B項(xiàng)正確；帶電塵埃帶負(fù)電，因此所受電場(chǎng)力方向與電場(chǎng)方向相反，C項(xiàng)錯(cuò)誤；同一位置電場(chǎng)強(qiáng)度肯定，由F＝qE可知，塵埃電荷量越多，所受電場(chǎng)力越大，D項(xiàng)正確．][物理觀念]電容器平行板電容器靜電的危害及防止[科學(xué)探究]1.會(huì)正確連接電路，仔細(xì)視察電容器的充放電過(guò)程．2．通過(guò)探究得出平行板電容器電容的影響因素．[科學(xué)思維]1.通過(guò)類比建立電容的概念；通過(guò)電容的定義進(jìn)一步體會(huì)比值定義法．2．結(jié)合詳細(xì)問(wèn)題構(gòu)建電容器動(dòng)態(tài)分析模型．1．(多選)下列關(guān)于電容器和電容的說(shuō)法中，正確的是()A．依據(jù)C＝eq\f(Q,U)可知，電容器的電容與其所帶電荷量成正比，跟兩板間的電壓成反比B．對(duì)于確定的電容器，其所帶電荷量與兩板間的電壓成正比C．無(wú)論電容器的電壓如何變更(小于擊穿電壓且不為零)，它所帶的電荷量與電壓的比值都恒定不變D．電容器的電容是表示電容器容納電荷本事的物理量，其大小與加在兩板間的電壓無(wú)關(guān)BCD[電容器的電容是表示電容器容納電荷本事的物理量，是電容器的一種特性．一個(gè)電容器對(duì)應(yīng)唯一的電容值，不能說(shuō)電容器的電容與其所帶電荷量成正比，與兩極板間的電壓成反比，因此A錯(cuò)誤，C、D正確；由于電容是定值，由Q＝CU知，其所帶電荷量與兩板間的電壓成正比，故B正確．]2．一個(gè)已充電的電容器，若使它的電荷量削減3×10－4C，則其電壓減小為原來(lái)的eq\f(1,3)，則()A．電容器原來(lái)的帶電荷量為9×10－4B．電容器原來(lái)的帶電荷量為4.5×10－4C．電容器原來(lái)的電壓為1VD．電容器的電容變?yōu)樵瓉?lái)的eq\f(1,3)B[由題意知C＝eq\f(Q,U)＝eq\f(Q－3×10－4C,\f(1,3)U)，解得Q＝4.5×10－4C，故B正確，A錯(cuò)誤；因電容器的電容未知，所以無(wú)法求出電容器原來(lái)的電壓，C錯(cuò)誤；電容是由電容器本身確定，跟電壓和電荷量的變更無(wú)關(guān)，所以電容器的電容不變，D錯(cuò)誤．]3.由于人們行走時(shí)鞋子和地板摩擦產(chǎn)生靜電，帶電的離子會(huì)在地板表面對(duì)空氣中的灰塵產(chǎn)生吸引，對(duì)于電腦機(jī)房、電子廠等單位會(huì)造成肯定的影響，防靜電地板又叫做耗散靜電地板(如圖所示)，當(dāng)它接地或連接到任何較低電勢(shì)點(diǎn)時(shí)，使電荷能夠耗散，地板在施工中，地板下面要鋪設(shè)鋁箔，鋁箔要連接到地下預(yù)埋導(dǎo)體，下列關(guān)于防靜電地板的說(shuō)法正確的是()A．地板下面要鋪設(shè)鋁箔的作用是防潮B．地板必需是絕緣體材料C．地板必需是導(dǎo)電的，如地板中含有導(dǎo)電纖維D．只要地板下面鋪設(shè)鋁箔，地板材料無(wú)所謂絕緣體或?qū)wC[在該情景中，地板在施工中，地板下面要鋪設(shè)鋁箔，鋁箔要連接到地下預(yù)埋導(dǎo)體就是要將地板上的靜電導(dǎo)走，所以防靜電地板必需是導(dǎo)電的，如地板中含有導(dǎo)電纖維，這樣才能將靜電通過(guò)地板下面鋪設(shè)的鋁箔導(dǎo)走，故選項(xiàng)C正確，A、B、D錯(cuò)誤．]4．如圖