2019-2020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)學(xué)案 粵教版選修3-1

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1、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.知道電容器的概念，認(rèn)識(shí)常見的電容器，了解電容器的充、放電現(xiàn)象．(重點(diǎn))　2.理解電容的定義式并能進(jìn)行有關(guān)計(jì)算．(重點(diǎn))　3.知道平行板電容器的決定因素，并會(huì)分析、解決平行板電容器的兩類問題．(重點(diǎn)、難點(diǎn))　4.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 過程 充電過程 放電過程 過程示意 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

2、板移向B板(或負(fù)電荷由B板移向A板) 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程；從電源獲得能量 儲(chǔ)存在電場(chǎng)中 是使兩個(gè)極板上電荷中和的過程；電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為其他形式的能 聯(lián)系 兩個(gè)過程互逆，電容器的電量、能量變化趨勢(shì)相反 3.電容器的電容 (1)定義：Q與U的比值，公式為C＝． (2)物理意義：表示電容器容納電荷本領(lǐng)的物理量． (3)單位：1 F＝106μ F＝1012pF. 二、決定電容的因素 1．實(shí)驗(yàn)探究 由于平行板電容器的電容與多種因素有關(guān)，故可以采取控制變量法探究． 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

3、的距離成反比，并跟板間插入的電介質(zhì)有關(guān)． (2)公式：C＝． 3．電容器的兩個(gè)性能指標(biāo) (1)一個(gè)是它的電容量． (2)另一個(gè)是它的耐壓能力，耐壓值表示電容器正常使用時(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)上有許多應(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，塵埃積累到一定程度而落入下面的漏斗中．

4、 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．正誤判斷 (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)研究電容器電容的實(shí)驗(yàn)，采用的是控制變量法． (√) (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? B　[油罐車在運(yùn)輸過程中，

5、不斷的相互摩擦，從而產(chǎn)生大量的靜電，通過后面裝一條拖地的鐵鏈，及時(shí)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，由于有一定的濕度，能及時(shí)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、電壓的改變而改變；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

6、過坐標(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領(lǐng)，其數(shù)值等于使兩極板間的電勢(shì)差為1 V時(shí)電容器需要帶的電荷量． 2．電容由電容器本身的構(gòu)造決定，與Q、U無關(guān)．由公式C＝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＝與C＝的比較 C＝是電容的定義式，對(duì)某一電容器來說，Q∝U但C＝不變，反映電容器容納電荷本領(lǐng)的大?。? C＝是電容器電容的決定式，C∝εr，C∝S，C∝，反映了影響電容大小的因素． 【例1】　一個(gè)平行板電容器，使它每板電荷量從

7、Q1＝3×10－5 C增加到Q2＝3.6×10－5 C時(shí)，兩板間的電勢(shì)差從U1＝10 V增加到U2＝12 V，這個(gè)電容器的電容多大？如要使兩極板電勢(shì)差從U1＝10 V降為U2′＝6 V，則每板需減少多少電荷量？ [解析]　電荷量的增加量和電勢(shì)差的增加量分別為 ΔQ＝Q2－Q1＝3.6×10－5 C－3×10－5 C＝6×10－6 C， ΔU＝U2－U1＝12 V－10 V＝2 V. 根據(jù)電容的定義，它等于每增加1 V電勢(shì)差所需增加的電荷量，即C＝＝ F＝3×10－6 F＝3 μF 要求兩極板間電勢(shì)差降為6 V，則每板應(yīng)減少的電荷量為ΔQ′＝CΔU′＝3×10－6×(10－6) C＝1

8、.2×10－5 C. [答案]　3 μF　1.2×10－5 C 求解電容器的電容的兩點(diǎn)注意 (1)電容器的電容可以根據(jù)C＝或C＝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均無關(guān)． (2)定義式的推廣式C＝，在電壓U變化問題中求電容更快捷． 訓(xùn)練角度1.對(duì)電容定義式的理解 1．如圖所示為某一電容器中所帶電荷量和兩端電壓之間的關(guān)系圖線，若將該電容器兩端的電壓從40 V降低到36 V，對(duì)電容器來說，下列說法正確的是(　　) A．是充電過程 B．是放電過程 C．該電容器的電容為5.0×10－2 F D．該電容器的電量變化量為0.20

9、 C B　[由Q＝CU知，U降低，Q減小，故為放電過程，A錯(cuò)，B對(duì)；由C＝＝ F＝5×10－3 F，可知C錯(cuò)；ΔQ＝CΔU＝5×10－3×4 C＝0.02 C，D錯(cuò)．] 訓(xùn)練角度2.C＝和C＝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)閐，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，下列說法正確的是(　　) A．U2＝U1，E2＝E1 B．U2＝2U1，E2＝4E1 C．U2＝U1，E2＝2E1 D．U2＝2U1，E2＝2E1 C　[當(dāng)平行板電容器的其他條件不變，板間距離變?yōu)閐時(shí)，電

10、容器的電容為C′＝＝2C，又知電容器的帶電量變?yōu)?Q，則得知U2＝，即U2＝U1.根據(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＝得E2＝＝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)問題的分析方法 抓住不變量，分析變化量，緊抓三個(gè)公式： C＝、E＝和C＝ 2．平行板電容器的兩類典型問題 (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＝∝可知C隨d、S、εr的變化而變化． 由Q＝UC＝U·，可知，當(dāng)U不變時(shí)，Q也隨d、S、εr的變化而變化． 由E＝∝可知，當(dāng)U不變時(shí)，E隨d的變化而變化． (2)平行板電容器充電后，切

11、斷與電源的連接：電荷量Q保持不變．由C＝∝可知C隨d、S、εr的變化而變化． 由U＝＝∝可知，當(dāng)Q不變時(shí)，U也隨d、S、εr的變化而變化． 由E＝＝＝∝可知，E隨S、εr的變化而變化，而與d無關(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)，開關(guān)S閉合后，靜電計(jì)指針張開一定角度．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_S后，使B板向左平移以減小板間距離 D．?dāng)嚅_S后，使B板向上平移以減小極板正對(duì)面積 D　[開關(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

12、．?dāng)嚅_S，電容器所帶的電量不變，當(dāng)B板向左平移減小板間距，根據(jù)平行板電容器的表達(dá)式可知電容增大，根據(jù)U＝知，電勢(shì)差減小，則指針張角減小，故C錯(cuò)誤．?dāng)嚅_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，根據(jù)U＝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)變化問題的三個(gè)步驟 (1)明確電容器與電源的連接情況，從而確定是電壓不變還是電荷量不變． (2)由C＝，根據(jù)εr、S、d的變化確定C的變化． (3)由C＝確定Q或U的變化，根據(jù)E＝＝判斷E的變化． 3．研究與平行板電容器電容有關(guān)因素的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，下列說法正確的是(　　) A．實(shí)驗(yàn)前，只用

13、帶電玻璃棒與電容器a板接觸，能使電容器帶電 B．實(shí)驗(yàn)中，只將電容器b板向上平移，靜電計(jì)指針的張角變小 C．實(shí)驗(yàn)中，只在極板間插入有機(jī)玻璃板，靜電計(jì)指針的張角變大 D．實(shí)驗(yàn)中，只增加極板帶電量，靜電計(jì)指針的張角變大，表明電容增大 A　[當(dāng)用帶電玻璃棒與電容器a板接觸，由于靜電感應(yīng)，從而在b板感應(yīng)出等量的異種電荷，從而使電容器帶電，故選項(xiàng)A正確；根據(jù)電容的決定式C＝，將電容器b板向上平移，即正對(duì)面積S減小，則電容C減小，根據(jù)C＝可知，電量Q不變，則電壓U增大，則靜電計(jì)指針的張角變大，故選項(xiàng)B錯(cuò)誤；根據(jù)電容的決定式C＝，只在極板間插入有機(jī)玻璃板，則介電系數(shù)ε增大，則電容C增大，根據(jù)C＝可知，

14、電量Q不變，則電壓U減小，則靜電計(jì)指針的張角減小，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤；根據(jù)電容決定式C＝可知，電容C變化與電量并無關(guān)系，因此電量的改變并不會(huì)導(dǎo)致電容的變化，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤．] 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． 4．下列屬于利用靜電現(xiàn)象的是(　　) A．采用導(dǎo)電橡膠做飛機(jī)輪胎 B．油輪上的工作人員穿導(dǎo)電材料做的衣服；輸油管每隔100～300 m接地一次 C．辦公用的打印機(jī) D．在地毯中夾

15、雜一些導(dǎo)電纖維 C　[飛機(jī)在飛行時(shí)，與空氣摩擦產(chǎn)生大量的靜電，所以采用導(dǎo)電橡膠做飛機(jī)輪胎，落地時(shí)可將靜電導(dǎo)走，這是防止靜電，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；油輪上的工作人員穿導(dǎo)電材料做的衣服，這樣會(huì)把衣服上的靜電導(dǎo)入大地，輸油管每隔100～300 m接地一次，這都是防止靜電，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；辦公用的打印機(jī)是利用靜電現(xiàn)象來工作的，選項(xiàng)C正確；在地毯中夾雜一些導(dǎo)電纖維，是防止出現(xiàn)靜電，選項(xiàng)D錯(cuò)誤．] 課 堂 小 結(jié) 知 識(shí) 脈 絡(luò) 1.電容器是一種能儲(chǔ)存電荷及能量的儀器，而電容是表示電容器容納電荷本領(lǐng)大小的物理量. 2.平行板電容器的電容C＝，其大小并不隨Q、U的變化而變化. 3.激光打印、噴墨打印、靜電

16、除塵、靜電噴涂、靜電植絨、靜電復(fù)印等是靜電在新技術(shù)中的應(yīng)用. 1．(多選)下列關(guān)于電容器和電容的說法中，正確的是(　　) A．根據(jù)C＝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．無論電容器的電壓如何變化(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領(lǐng)的物理量，其大小與加在兩板間的電壓無關(guān) BCD　[電容器的電容是表示電容器容納電荷本領(lǐng)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，不能說電容器的電容與其所帶電荷量成正比，與兩極板間的

17、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．如圖為某規(guī)格的電容器，下列關(guān)于該電容器的說法正確的是(　　) A．該電容器只有接80 V的恒定電壓時(shí)才能工作 B．給該電容器充電或放電過程中有電荷流過電容器 C．電容器上不帶電，其電容也是1000 μF D．外殼上所標(biāo)的80 V指的是擊穿電壓 C　[由標(biāo)稱值可知，該電容器用于直流80 V及以下電壓時(shí)才能正常工作，故A錯(cuò)誤；給該電容器充電或放電過程中，電荷不能經(jīng)過電容器，因?yàn)閮蓚€(gè)極間有絕緣介質(zhì)，電容器不是電阻，故B錯(cuò)誤；電容器的電容與電荷量無關(guān)，故電容器上不帶電，

18、其電容也是1000 μF，故C正確；外殼上所標(biāo)的80 V指的是額定電壓，小于擊穿電壓，故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)造成一定的影響，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．地板必須是絕緣體材料 C．地板必須是導(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，地板材料無所謂絕緣體或?qū)w

19、 C　[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，所以防靜電地板必須是導(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.平行金屬板A、B組成的電容器，充電后與靜電計(jì)相連，如圖，要使靜電計(jì)指針張角變大．下列措施中可行的是 (　　 ) A．A板向上移動(dòng) B．A、B之間插入與平行金屬板等大的金屬板 C．A、B之間插入電介質(zhì) D．使兩板帶的電荷量減小 A　[A板上移時(shí)，正對(duì)面積減小，則由C＝可知，電容減小，則由C＝可知，電勢(shì)差增大，故張角變大，故A正確；插入金屬板相當(dāng)于減小板間距離，則C增大，電勢(shì)差減小，張角減小，故B錯(cuò)誤；當(dāng)A、B間插入電介質(zhì)時(shí)，C增大，則由C＝可知，電勢(shì)差減小，故張角變小，故C錯(cuò)誤；減小電荷量時(shí)，C不變，則由C＝可知，電勢(shì)差減小，故張角減小，故D錯(cuò)誤；故選A.] - 9 -