(共22张PPT)
第三节 静电的利用与防护
核心素养点击
物理观念 知道静电喷涂、静电除尘、静电复印、静电植绒等，了解尖端放电及其应用，认识静电的危害和防止的方法
科学思维 能应用静电场的知识分析静电在生产、生活实践中的应用和防护的问题
科学态度与责任 通过静电的应用，认识物理学在生活和科技方面的应用
一、静电喷涂、静电除尘、静电复印、静电植绒
1．填一填
(1)静电喷涂：利用_________使雾化涂料微粒在高压电场作用下带上_______，并吸附于带_______的被涂物的涂装技术。
(2)静电除尘：利用电荷相互作用的性质，把带有_________的粉尘从烟气中分离出来，再分类处理的过程。
(3)静电复印：利用正、负电荷的吸引力进行_________的印刷方式。
(4)静电植绒：利用同种电荷相互排斥、异种电荷相互吸引的性质，通过使绒毛带上________，令绒毛被吸引到_______的被植体表面上。
静电作用
负电荷
正电荷
不同电性
油墨转移
负电荷
带正电
2．判一判
(1)静电喷涂时，要使涂料微粒带上正电，被涂物体带上负电。 ( )
(2)静电除尘时，带负电的电子被吸附在尘埃颗粒上。 ( )
(3)在同一位置，带电荷量越多的尘埃所受电场力越大。 ( )
×
√
√
3．选一选
阴极射线管电视机的玻璃荧光屏表面经常有许多灰尘，这主要是因为 ( )
A．灰尘的自然堆积
B．电视机工作时，屏表面温度较高而吸附灰尘
C．玻璃有较强的吸附灰尘的能力
D．电视机工作时，屏表面有静电而吸附灰尘
解析：灰尘的自然堆积，不是主要原因，故A错误；电视机工作时，屏表面温度较高而吸附灰尘，但不是主要原因，主要原因是屏表面有静电而吸附灰尘，故B、C错误，D正确。
答案：D
二、尖端放电 防止静电危害
1．填一填
(1)尖端放电。
①定义：导体尖端的强电场使附近的空气电离，电离后的异种电荷与放电针尖端的电荷______，相当于导体从尖端失去电荷的现象。
②应用：________等。
(2)防止静电危害。
防止静电产生的措施：一是控制静电的产生，可以采用_________的设备材料；二是把_____________尽快导走，最简单的方法就是用导线把设备接地，这样可以把______导入大地，避免静电积累。
中和
避雷针
起电较少
产生的电荷
电荷
2．判一判
(1)避雷针可以通过尖端放电保护高大建筑物的安全。 ( )
(2)棉质含量高的衣服更容易产生静电。 ( )
(3)增加湿度是防止静电危害常用的方法。 ( )
3．想一想
如图，雷电现象在夏天常见，你知道是怎么回事吗？云层为什
么会带电？打雷是怎么回事？
提示：水蒸气在空间运动时，会因摩擦而使云层带电，打雷指的是两块带异种电荷的云之间如果有了足够大的电压就会产生剧烈的火花放电，产生几十万安培的瞬间电流。电流生热使空气发光，形成闪电；空气受热突然膨胀发出巨响，形成雷声。
√
√
×
探究(一) 静电除尘的原理和问题分析
[问题驱动]
静电除尘设备的构造如图所示。金属筒A和悬在圆筒中心的金属丝
B，A接高压电源正极，B接高压电源负极。
请你分析一下，静电除尘的原理是什么？
提示：A、B之间产生强电场，距B越近，场强越大，B附近的空气中的气体分子被电离，成为电子和正离子。正离子被吸引到B上，得到电子又成为分子；电子在向正极运动的过程中，附在尘埃上使烟气中的煤粉带负电，吸附到正极A上，最后在重力作用下落入下面的漏斗中。
[多选]如图是某款家用空气净化器及其原理示意图，污浊空气通过过滤网后尘埃带电。图中充电极b、d接电源负极，集尘极a、c、e接电源正极(接地)，下列说法正确的是 ( )
A．通过过滤网后空气中的尘埃带负电
B．尘埃在被吸附到集尘极e的过程中动能增大
C．c、d两个电极之间的电场方向竖直向上
D．尘埃被吸附到集尘极a的过程中所受电场力做负功
解析：尘埃经过过滤网后被正极吸引，所以尘埃带负电，故A正确；尘埃在被吸附到集尘极e的过程中电场力做正功，动能增大，故B正确；因为充电极b、d接电源负极，集尘极a、c、e接电源正极，所以c、d两个电极之间的电场方向竖直向下，故C错误；尘埃被吸附到集尘极a的过程中所受电场力做正功，故D错误。
答案：AB
[素养训练]
为清除烟气中的煤粉灰尘，可采用如图所示的静电除尘装置，它是由金属管A和在管中轴线上由重锤悬挂一根金属丝B组成，A接到高压电源正极，B接到高压电源负极，AB间将形成很强的电场，空气中的气体分子被强电场电离成电子和正离子，则 ( )
A．空气分子在A极附近更易被电离，灰尘颗粒更易带上正电
B．空气分子在A极附近更易被电离，灰尘颗粒更易带上负电
C．空气分子在B极附近更易被电离，灰尘颗粒更易带上正电
D．空气分子在B极附近更易被电离，灰尘颗粒更易带上负电
解析：电极截面如图所示，由电场线可判断越靠近B场强越强，
空气分子在B极附近更易被电离；粉尘吸附电子后带负电，因
此向正极A运动，故煤粉将被吸附到A极上，故选D。
答案：D
探究(二) 尖端放电和静电危害的防止
[问题驱动]
[选自鲁科版新教材“物理聊吧”] 请观察建筑物上的避雷针
(如图)，看它们是如何巧妙设计的，分析它们如何能安全引电避
雷，它们的造型与建筑物是否协调，并与同学讨论交流。
提示：在建筑物的屋顶、屋角设置各种造型的动物，避雷针一端以动物头上的角须形式或巨兽的舌头向上探出的形式巧妙安装，另一端引入大地，从而起到避雷效果。
[重难释解]
1．静电的危害
(1)影响产品的质量。
(2)妨碍电子器件的正常工作甚至损坏某些部件。
(3)由于火花放电而引起火灾或爆炸。
2．防止静电危害的基本方法
(1)把产生的静电迅速导走，以避免静电积累。
(2)通过工艺控制减少因摩擦产生的静电。
(3)静电接地，增加湿度，非导电材料的抗静电处理(在非导电材料中添加导电材料，制成抗静电材料)。
3．防止静电的实例
油罐车尾部常拖有一根铁链，它一端与油罐相连、一端拖在地上。在油罐车中因摩擦产生的静电就通过这根铁链及时导入大地，从而避免静电的积累。飞机的轮胎用导电橡胶制造，也是方便在着陆时把机身的静电引入大地。
[多选]一带负电绝缘金属小球放在潮湿的空气中，经过一段时间后，发现该小球上净电荷几乎不存在，这说明 ( )
A．小球上原有的负电荷逐渐消失了
B．在此现象中，电荷不守恒
C．小球上负电荷减少的主要原因是潮湿的空气将电子导走了
D．该现象是由于电子的转移引起，仍然遵循电荷守恒定律
解析：根据电荷守恒定律，电荷不能消灭，也不能创生，只会发生转移，故A错误；此过程中电荷仍然守恒，电荷没有消失，只是被潮湿的空气导走而已，仍然遵循电荷守恒定律，故B错误；金属小球上的负电荷减少是由于潮湿的空气将电子导走了，故C正确；该现象是潮湿的空气将电子导走了，是电子的转移引起的，仍遵守电荷守恒定律，故D正确。
答案：CD
[素养训练]
1．[多选]下列措施中，哪些能将产生的静电尽快导走 ( )
A．飞机轮子上的搭地线 B．印染车间保持湿度
C．复印图片 D．电工钳柄装有绝缘套
解析：A、B项是把静电导走，C项是利用静电，D项电工钳柄上套有绝缘手套，是为了绝缘防止电工触电。
答案：AB
2．关于静电的利用和防范，以下说法正确的是 ( )
A．印染厂应保持环境干燥，避免静电积累带来的潜在危害
B．油罐车行驶途中车尾有一条铁链拖在地上， 避免产生电火花引起爆炸
C．飞机起落架的轮胎用绝缘橡胶制成，可防止静电积聚
D．手术室的医生和护士都要穿绝缘性能良好的化纤制品，可防止麻醉剂或氧气爆炸
解析：印染厂的车间，有大量静电产生，因此要保持潮湿，这样才能及时将静电导走，故A错误；油罐车在运动的过程中，由于里面的油在晃动，也会摩擦产生静电，后面拖一条接地的铁链就可以及时地把产生的静电导走，避免产生电火花引起爆炸，故B正确；飞机起落架的轮胎装有搭地线或用导电橡胶制成，是为了及时地把飞机在飞行过程中由于摩擦而产生的电荷通过导体而转移给大地，以免发生放电现象，保证飞机和乘客的安全，故C错误；绝缘性能良好的化纤制品的衣服不能及时把静电导入大地，容易造成手术事故，故D错误。
答案：B
一、培养创新意识和创新思维
1. 低碳环保是我们追求的生活方式。如图所示，是一个用来研究静电
除尘的实验装置，处于强电场中的空气分子会被电离为电子和正离
子，当铝板与手摇起电机的正极相连，缝被针与手摇起电机的负极
相连，在铝板和缝被针中间放置点燃的蚊香。转动手摇起电机，蚊
香产生的烟尘会被电极吸附，停止转动手摇起电机，蚊香的烟尘又会袅袅上升。关于这个现象，下列说法中正确的是 ( )
A．烟尘因为带正电而被吸附到缝被针上
B．同一烟尘颗粒在被吸附过程中离铝板越近速度越大
C．同一烟尘颗粒在被吸附过程中离铝板越近速度越小
D．同一烟尘颗粒在被吸附过程中如果带电荷量不变，离铝板越近则加速度越大
解析：中性空气分子在强电场中被电离成电子和带正电的离子，烟尘颗粒吸附电子后带上负电，在电场力作用下向铝板做加速运动，所以选项A、C错误，选项B正确；因铝板与缝被针间的电场线形状相当于横向放置的锥形体，离铝板越近，电场线越稀疏，电场强度越小，烟尘颗粒受电场力越小，加速度越小，选项D错误。
答案：B
二、注重学以致用和思维建模
2．下列应用与防护和尖端放电现象无关的是 ( )
A．一般高压设备中导体的表面应该尽量光滑
B．一般马路表面建造的很平滑
C．夜间高压线周围会出现一层绿色光晕
D．一般高楼大厦顶部装有避雷针
解析：马路表面建造的很平滑与静电无关，A、C、D项与尖端放电现象有关，故选B。
答案：B
3．[选自鲁科版新教材课后习题][多选] 静电除尘器除尘原理 如图所
示。尘埃在电场中通过某种机制带电，在电场力的 作用下向收尘
极迁移并沉积，以达到除尘目的。下列表述正确的是 ( )
A．带电尘埃带正电荷
B．电场方向由收尘极指向电晕极
C．带电尘埃所受电场力的方向与电场方向相同
D．在同一位置，带电荷量越多的尘埃所受电场力越大
解析：由题图可知，电晕极为负极，收尘极为正极，带电尘埃必带负电荷，电场方向指向电晕极，带电尘埃受到的电场力方向与电场方向相反，A、C错误，B正确；在同一位置上，电场强度大小相同，带电荷量越多的尘埃所受电场力越大，故D正确。
答案：BD(共35张PPT)
第二节 带电粒子在电场中的运动
核心素养点击
物理观念 了解带电粒子在电场中只受电场力作用时的运动情况；知道示波管的主要构造和工作原理
科学思维 能综合运用力学和电学的知识分析、解决带电粒子在电场中的两种典型运动模型
科学态度与责任 通过对带电粒子在电场中加速、偏转过程的分析，培养学生的分析、推理能力；通过知识的应用，培养学生热爱科学的精神
高电压
直线加速器
2．判一判
(1)基本粒子所受重力比电场力小得多，可以忽略不计。 ( )
(2)带电粒子在电场中运动时，电场力对粒子一定做正功。 ( )
(3)电场力对带电粒子做正功时，粒子的动能一定增大。 ( )
3．想一想
如图所示，M和N是匀强电场中的两个等势面，相距为d，电势差为U，
一质量为m(不计重力)、电荷量为－q的粒子，以速度v0通过等势面M
射入两等势面之间，则该粒子穿过等势面N的速度是多少？
√
×
×
二、带电粒子在电场中的偏转 示波器
1．填一填
(1)运动特点。
①垂直电场方向：不受力，做__________运动。
②沿着电场方向：受恒定的电场力，做初速度为零的____________运动。
(2)运动规律。
匀速直线
匀加速直线
(3)示波器。
①构造。
示波管是示波器的核心部件，主要由______、_________和_______组成，如图所示。
②原理。
示波器的灯丝通电后给阴极加热，使阴极发射_____，电子经阳极和阴极间的电场加速聚焦后形成一很细的_______，电子射出打在管底的_______上，形成一个小亮斑。亮斑在荧光屏上的位置可以通过调节___偏转板与___偏转板上的电压大小来控制。
电子枪
偏转系统
荧光屏
电子
电子束
荧光屏
Y
X
2．判一判
(1)带电粒子在匀强电场中一定做匀变速运动。 ( )
(2)带电粒子垂直进入电场后偏转过程中的动能是不断增加的。 ( )
(3)带电粒子垂直进入电场后沿初速度方向做匀速直线运动，沿电场力方向做初速度为零的匀加速直线运动。 ( )
3．想一想
如图所示，带电粒子(不计重力)从两极板中间垂直电场线方向进入电
场，在电场中的运动时间与什么因素有关？
√
√
√
探究(一) 带电粒子的加速
[问题驱动]
如图所示，平行板电容器两板间的距离为d＝5 cm，电势差为U＝20 V。
一质量为m、带电荷量为q的α粒子，在电场力的作用下由静止开始从正极
板A向负极板B运动。
(1)比较α粒子所受电场力和重力的大小，说明重力能否忽略不计(α粒子质量是质子质量的4倍，即m＝4×1.67×10－27 kg，电荷量是质子的2倍)。
提示：α粒子所受电场力大、重力小；因重力远小于电场力，故可以忽略重力。
(2)α粒子的加速度是多大(结果用字母表示)？在电场中做何种运动？
(3)计算α粒子到达负极板时的速度大小。(结果用字母表示，尝试用不同的方法求解)
如图所示，一个质子以初速度v0＝5×106 m/s水平射入一个
由两块带电的平行金属板组成的区域。两板距离为20 cm，金属板
之间电场是匀强电场，电场强度为3×105 N/C。质子质量m＝1.67
×10－27 kg，电荷量q＝1.60×10－19 C。求质子由板上小孔射出时的速度大小。
答案：6×106 m/s
[迁移·发散]
上述典例中，若质子刚好不能从右侧金属板上小孔中射出，其他条件不变，则金属板之间的电场强度为多大？方向如何？
[素养训练]
1．[多选]如图所示，电子由静止开始从A板向B板运动，当到达B极板
时速度为v，保持两板间电压不变，则 ( )
A．当增大两板间距离时，v增大
B．当减小两板间距离时，v增大
C．当改变两板间距离时，v不变
D．当增大两板间距离时，电子在两板间运动的时间也增大
答案：CD
2．[多选] 如图所示，从F处释放一个无初速度的电子向B板方向运
动，则下列对电子运动的描述中正确的是(设电源电压为U)( )
A．电子到达B板时的动能是eU
B．电子从B板到达C板动能变化量为零
C．电子到达D板时动能是3eU
D．电子在A板和D板之间做往复运动
解析：由eU＝EkB可知，电子到达B板时的动能为eU，A正确；因B、C两板间电势差为0，故电子从B板到达C板的过程中动能变化量为零，B正确；电子由C到D的过程中电场力做负功，大小为eU，故电子到达D板时速度为零，然后又返回A板，以后重复之前的运动，C错误，D正确。
答案：ABD
探究(二) 带电粒子的偏转
[问题驱动]
如图所示，质量为m、电荷量为q的带正电粒子以初速度v0垂直
于电场方向射入两极板间，最终粒子能够射出两极板间的电场，两
平行板间存在方向竖直向下的匀强电场，已知板长为l，板间电压为
U，板间距为d，不计粒子的重力。
(1)粒子的加速度大小是多少？方向如何？做什么性质的运动？
(2)求粒子通过电场的时间及粒子离开电场时水平方向和竖直方向的速度，及合速度与初速度方向的夹角θ的正切值。
(3)求粒子沿电场方向的偏移量y。
一束电子流在经U＝5 000 V的加速电压加速后，在距两极板
等距离处垂直进入平行板间的匀强电场，如图所示。若两板间距d＝
1.0 cm，板长l＝5.0 cm，那么要使电子能从平行板间飞出，两个极板
上最大能加多大电压？
答案：400 V
[迁移·发散]
上述典例中，若使电子打到下极板中间，其他条件不变，则两个极板上需要加多大的电压？
带电粒子在电场中运动问题的处理方法
带电粒子在电场中运动的问题实质上是力学问题的延续，从受力角度看，带电粒子与一般物体相比多受到一个电场力；从处理方法上看，仍可利用力学中的规律分析，如选用平衡条件、牛顿运动定律、动能定理、功能关系、能量守恒等。
[素养训练]
1．(2023·广东1月学考)[多选]图为示波管的原理简图，电子经加速电场由静止加速，以速度v从M点垂直于偏转电场射入，最后从N点射出，则( )
A．加速电场电压增大，速度v也将增大
B．电子在加速电场运动的过程中，电势能不断增加
C．在偏转电场中，M点的电势比N点的电势高
D．在偏转电场中，M点的电势比N点的电势低
答案：AD
2．如图所示，真空中水平放置两块间距为d的无限大平行
极板，两极板间的电场是匀强电场，一质量为m，带
电量为＋q的小油滴，从两极板中央以水平速度v0射入
后做匀速直线运动，试求：
(1)两极板分别带何种电荷？两极板间的电势差是多少？
(2)若保持两平行极板间距d不变，仅将两极板间的电势差增大一倍，小油滴将打到哪个极板上？其落点距入射点的水平位移是多少？
一、培养创新意识和创新思维
1．[选自人教版新教材课后习题]某种金属板M受到一束紫外线照
射时会不停地发射电子，射出的电子具有不同的方向，速度大
小也不相同。在M旁放置一个金属网N。如果用导线将M、N连
起来，从M射出的电子落到N上便会沿导线返回M，从而形成电
流。现在不把M、N直接相连，而按图中那样在M、N之间加电压U，发现当U>12.5 V时电流表中就没有电流。问：被这束紫外线照射出的电子，最大速度是多少？
答案：2.1×106 m/s
2．[选自人教版新教材课后习题]先后让一束电子和一束氢核通过同一对平行板形成的偏转电场，进入时速度方向与电场方向垂直。在下列两种情况下，分别求出电子偏转角的正切与氢核偏转角的正切之比。
(1)电子与氢核的初速度相同。
(2)电子与氢核的初动能相同。
二、注重学以致用和思维建模
3．[多选]有一种电荷控制式喷墨打印机，它的打印头的结构简图如图所示。其中墨盒可以喷出极小的墨汁微粒，此微粒经过带电室带上电后以一定的初速度垂直射入偏转电场，再经偏转电场后打到纸上，显示出字符。不考虑墨汁微粒的重力，为使打在纸上的字迹缩小(偏转距离减小)，下列措施可行的是 ( )
A．减小墨汁微粒的质量
B．增大偏转电场两板间的距离
C．减小偏转电场的电压
D．减小墨汁微粒的喷出速度
答案：BC
4．如图所示是高压电场干燥中药技术基本原理图，在一个很大的
导体板MN上铺一薄层中药材，针状电极O和平板电极MN接高
压直流电源，其间产生较强的电场。水分子是极性分子，可以看成棒状带电体，一端带正电，另一端带等量负电。水分子在电场力的作用下会加速从中药材中分离出去，被鼓风机吹出的水平微风裹挟着飞离电场区域。图中虚线ABCD是某一水分子从A处由静止开始的运动轨迹。下列说法正确的是 ( )
A．水分子运动中受到的电场力越来越小
B．沿着曲线ABCD方向电势越来越低
C．水分子运动中电势能越来越小
D．水分子的轨迹ABCD是一条抛物线
解析：根据电场线疏密可以判断电场强弱，所以D点电场线最密，电场强度最强，所以D点受电场力最大，电场力越来越大，A错误；沿电场线方向电势越来越低，所以A点电势最低，沿着曲线ABCD方向电势越来越高，B错误；水分子从静止开始运动，电场力做正功，电势能减小，C正确；因为电场线不是匀强电场，所以水分子受力方向一直在变，所以不是类平抛运动，轨迹不是抛物线，D错误。
答案：C (共46张PPT)
第二章 | 静电场的应用
第一节 电容器与电容
核心素养点击
物理观念 知道什么是电容器及平行板电容器的主要构造；理解电容的概念及其定义式；了解电容器充电和放电现象及能量转换
科学思维 通过类比建立电容的概念；通过电容的定义进一步体会比值定义法；结合具体问题构建电容器动态分析模型
科学探究 会正确连接电路，认真观察电容器的充、放电过程；通过探究得出平行板电容器电容的影响因素
一、识别电容器 电容器的充放电
1．填一填
(1)识别电容器。
①电容器由两个互相______、彼此______的导体组成，电容器的导体间可以填充_________。
②常见电容器：_____电容器、薄膜电容器、铝电解电容器、钽电解电容器、微调电容器、_____电容器。
(2)电容器的充放电。
①充电：使电容器的两极板带上_______异种电荷的过程。每个极板所带电量的________称为电容器所带的电量。
靠近
绝缘
绝缘物质
陶瓷
调谐
等量
绝对值
②放电：使电容器两极板上的电荷______的过程。电场能在放电过程中转换成________________。
2．判一判
(1)任何两个彼此绝缘又相互靠近的导体都可组成电容器，无论两导体是否带电。 ( )
(2)使电容器极板带电的过程就是给电容器充电的过程。 ( )
(3)电容器放电过程中两极板间电压逐渐减小。 ( )
√
√
√
中和
其他形式的能量
3．想一想
如图所示，开关S与“1”端接触后，再与“2”端接触，灯泡是否发光？怎样解释？若发光，电流方向如何？
提示：当开关S与“1”接触，给电容器充电，上极板带正电荷，下极板带等量负电荷，当电容器上电压与电源电压相同时，充电完毕；当开关S接“2”时，电容器通过灯泡放电，放电电流是从正极板流出沿灯泡向下，随电荷量减少电压降低、灯泡逐渐变暗，放电完毕，灯泡熄灭。
电量Q
电压U
法拉
微法
皮法
106
1012
容纳电荷
1 V
2．判一判
(1)电容为C的电容器所带电荷量为Q，若电荷量增大为2Q，则电容变为2C。 ( )
(2)电容器所带的电荷量Q是指电容器的一个极板上所带电荷量的绝对值。 ( )
(3)电容器外壳上标的是额定电压。 ( )
×
√
√
控制变量法
正比
反比
电介质
电介质的性质
2．判一判
(1)平行板电容器的电容与两极板间的电压有关。 ( )
(2)电容器两极板上电荷量越多，极板间的电压越大。 ( )
(3)平行板电容器的极板面积S、极板间距离d越大，电容器的电容就越大。( )
×
×
√
3．想一想
如图甲所示为收音机中找台使用的电容器，如图乙所示为利用电容式传感器测量油箱中油量多少的装置，试分析两种电容器的工作原理。
提示：图甲中的电容器是通过改变电容器的正对面积改变电容的；图乙中的电容器是通过改变电容器的金属板间介质的高度来改变电容的。
[问题驱动]
用发光二极管观察电容器的充电和放电[选自鲁科版新教材
“迷你实验室”] 二极管是一种半导体元件，具有单向导电性，
用D表示，其电路符号为“ ”(该符号左端为正极，右端为负极)。
发光二极管是二极管的一种。当发光二极管接正向电压(发光二极管的正、负极分别与电源正、负极相接)时，二极管导通并发光；接反向电压时，二极管的电阻很大，不会发光。按如图所示连接电路，将开关分别拨到位置“1”和“2”时，哪个二极管会发光？
提示：开关拨到位置“1”时，电源给电容器充电，此时二极管D2导通并短暂发光；开关拨到位置“2”时，电容器放电，此时二极管D1导通并短暂发光。
[重难释解]
1．电容器的充电
(1)电容器充电过程。
如图甲所示，将开关与电源接通，电容器的两极板带上等量的异号电荷，这一过程叫作充电。充电过程是将电能储存在电容器中的过程。
(2)充电过程特点(如图乙)。
①充电电流方向为从电源的正极流出的电流的方向。
②电容器所带电荷量增加。
③电容器两极板间电压升高。
④电容器中电场强度增大。
⑤充电过程中电容器从电源获取的能量为电能。
2．电容器的放电
(1)电容器放电过程。
如图丙所示，将开关与电源断开，打到另一端，使充电后的电容器失去电荷的过程叫作放电。放电过程是将储存的电场能转化为其他形式能量的过程。
(2)放电过程特点(如图丁)。
①放电电流方向是从正极板流出的电流的方向。
②电容器两极板上电荷量减少。
③电容器两极板间电压降低。
④电容器中电场强度减小。
⑤电容器的电场能转化成其他形式的能量。
[多选]电子眼系统通过路面下埋设的感应线来感知汽车的压力。感应线是一个压电薄膜传感器，压电薄膜在受压时两端产生电压，压力越大电压越大，压电薄膜与电容器C和电阻R组成图甲所示的回路，红灯亮时，如果汽车的前、后轮先后经过感应线，回路中产生两脉冲电流，如图乙所示，即视为“闯红灯”，电子眼拍照。则红灯亮时 ( )
A．车轮停在感应线上时，电阻R上有恒定电流
B．车轮经过感应线的过程中，电容器先充电后放电
C．车轮经过感应线的过程中，电阻R上的电流先增大后减小
D．汽车前轮刚越过感应线，又倒回到线内，仍会被电子眼拍照
解析：车轮停在感应线上时，压力不变，则电压不变，电容器充电后不再放电，电阻R上没有恒定电流，故A错误；由题图乙可知，当车轮经过感应线时，电流先增大后减小，然后再反向增大后减小，因电压是在受压时产生的，故说明电容器先充电后放电，故B正确，C错误；若汽车前轮刚越过感应线，又倒回到线内，则前轮两次压线，仍形成两个脉冲电流，符合拍照条件，电子眼仍会拍照，故D正确。
答案：BD
充电电流与放电电流
(1)电容器两极板间的电介质是绝缘物质，所以充电结束后的电容器相当于断路。
(2)充电过程中电荷由电源定向移动，在两极板上集聚，形成充电电流，且流向正极板。
(3)放电过程中，电荷由极板流向用电器，形成放电电流，且电流由正极板流向用电器。
[素养训练]
1．(2023·广东1月学考)图是观察电容器充、放电现象的电
路。下列说法正确的是( )
A．将开关S从b改接到a时，观察的是充电现象
B．将开关S从b改接到a后，电流计G的指针将一直偏转
C．将开关S从a改接到b时，观察的是充电现象
D．将开关S从a改接到b后，灯L的发光亮度不变
解析：将开关S从b改接到a时，电容器开始充电，充电电流从最大值逐渐减小到零，电流计G的指针从最大值逐渐回到零；将开关S从a改接到b时，电容器开始放电，放电电流从最大值逐渐减小到零，灯L的发光亮度逐渐变暗。故选A。
答案：A
2．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________；如果电容器充电结束后，先断开S，再将两板间距离增大，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，电流方向即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，故电流方向为由A到B；电容器充电结束后，将S断开，因为电容器所带电荷量不变，所以无论如何调节板间距离，均无电流通过R。
答案：A B 无
一个平行板电容器，使它每个极板所带电荷量从Q1＝3×10－5 C增加到Q2＝3.6×10－5 C时，两极板间的电势差从U1＝10 V增加到U2＝12 V，求这个电容器的电容。如要使两极板电势差从U1＝10 V降到U2′＝6 V，则每个极板需减少多少电荷量？
答案：3 μF 1.2×10－5 C
[素养训练]
1．下列关于电容器的说法中正确的是 ( )
A．电容器所带的电荷量为两个极板所带电荷量的绝对值之和
B．电容器的电容与电容器所带电荷量成正比
C．一个电容器的电荷量增加ΔQ＝1.0×10－6 C时，两极板间的电势差升高ΔU＝10 V，则电容器的电容C＝1.0×10－7 F
D．放电后的电容器所带电荷量为零，电容也为零
答案：C
2．(2023·浙江1月学考)小明同学在“观察电容器的充、放电现象”实验中给一个固定电容器充电。下列描述电容器电荷量Q、电压U、电容C之间关系的图像中，正确的是( )
答案：A
提示：实验结论：S减小，电势差U增大，电容C减小。
提示：实验结论：插入电介质，电势差U减小，电容C增大。
工厂在生产纺织品、纸张等绝缘材料时为了实时监控其
厚度，通常要在生产流水线上设置如图所示传感器。其中A、B
为平行板电容器的上、下两个极板，上下位置均固定，且分别
接在恒压直流电源的两极上。当流水线上通过的产品厚度增大时，下列说法正确的是 ( )
A．A、B平行板电容器的电容减小
B．A、B两板间的电场强度增大
C．A、B两板上的电荷量变小
D．有电流从b向a流过灵敏电流计
答案：D
[迁移·发散]
(1)由结果得知，即使加在电容器两端的电压不变，但若电容器的电容变化，电容器带的电荷量也会随之变化。在这个过程中，电容器中的电场强度如何变化？
分析电容器相关物理量的变化时，要注意抓住不变量。电容器充电后保持与电源相连，即使电容器的电容变化，两极板间的电压不变。若充电后与电源断开且未放电，即使电容器的电容变化，两极板的电荷量不变。
[素养训练]
1.(2022·广东1月学考)如图是种电容式键盘，每个键下面还有一块可上下移动的小金属片。与该金属片隔有一定空气间隙的是另一块固定的小金属片。 这样两块金属片就组成个小平行板电容器。当键被按下时，引起电容改变的因素是( )
A．两块金属片间的电压
B．两块金属片上的电量
C．两块金属片间的距离
D．两块金属片的正对面积
2．电容式话筒含有电容式传感器，其结构如图所示，导电性振动膜片与固定电极构成一个电容器，当振动膜片在声压的作用下运动时，两个电极间的电容发生变化，电路中电流随之变化，这样声信号就转变为电信号。当振动膜片向左运动时，下列说法正确的是 ( )
A．固定电极所带正电荷减少
B．固定电极所带正电荷增加
C．固定电极所带负电荷减少
D．固定电极所带负电荷增加
一、培养创新意识和创新思维
1． 如图所示，高一学生在学考报名时进行了 指纹采集。
电容式指纹识别的原理是手指与传感器表面接触时，皮
肤表面会和传感器上许许多多相同面积的小极板一一匹
配成电容不同的平行板电容器，从而识别出指纹的纹路。下列说法正确的是 ( )
A．极板与指纹嵴(凸的部分)构成的电容器电容大
B．极板与指纹沟(凹的部分)构成的电容器电容大
C．若充电电压变大，所有电容器电容增大
D．若充电电压变大，所有电容器电容减小
答案：A
2．平行板电容器的一个极板与静电计的金属杆相连，另一个极板与静电计金属外壳相连。给电容器充电后，静电计指针偏转一个角度。以下情况中，静电计指针的偏角是增大还是减小？
(1)把两板间的距离减小；
(2)把两板间的相对面积减小；
(3)在两板间插入相对介电常数较大的电介质。
答案：见解析
二、注重学以致用和思维建模
3. 电容位移传感器具有灵敏度高、精度稳定等许多优点。某电容位移传感器的工作原理可简化为如图所示的装置，其中A是固定极板，B是可动极板，备测位移物体与可动极板连接，当物体发生位移时，电容器极板间距发生变化，用电路(图中未画出)测出电容的变化，即可知道物体位移的大小和方向。假设工作中电容器接在恒压直流电源上，G为灵敏电流计，则当物体位移向右时，下列说法正确的是 ( )
A．电容器的电容变大
B．极板间电场强度变大
C．电容器所带电荷量保持不变
D．灵敏电流计中电流方向从a到b
4．小明同学对他家的电子秤很感兴趣，他通过说明书了解到电子秤是用平行板电容器制成的，其电路如图所示。称重时，把物体放到电子秤面板上，压力作用会导致平行板上层膜片电极下移。则放上物体后( )
A．极板间电场强度变小
B．电容器的带电荷量减小
C．电容器的电容变小
D．膜片下移过程中，电流表G有从b到a的电流(共27张PPT)
一、主干知识成体系
第二章 静电场的应用
[典例1] 如图所示，水平向右的匀强电场中，用长为R的轻质
绝缘细线在O点悬挂一质量为m且可以视为质点的带电小球，小球
静止在A处，AO的连线与竖直方向的夹角为37°，现给小球一个垂
直于OA方向的初速度v0，小球便在竖直面内运动，为使小球能在竖直面内完成圆周运动，这个初速度v0至少应为多大？
等效重力场 重力场、电场叠加而成的复合场
等效重力 重力、电场力的合力
等效重力加速度 等效重力与带电粒子质量的比值
等效“最低点” 带电粒子做圆周运动时，由圆心沿合力方向与圆周交点的位置
等效“最高点” 带电粒子做圆周运动时与等效“最低点”关于圆心对称的位置
等效重力势能 等效重力大小与带电粒子沿等效重力场方向“高度”的乘积
续表
[针对训练]
2．示波器的示意图如图所示，金属丝发射出来 的电子被加速
后从金属板的小孔穿出，进入两平行金属板形成的偏转电
场。电子在穿出偏转电场后沿直线前进，最后打在荧光屏上。设加速电压U1＝1 640 V，金属板长l＝4 m，金属板间距d＝1 cm，当电子加速后从两金属板的中央沿与金属板平行的方向进入偏转电场。
(1)求偏转电压U2为多大时，电子离开金属板时的偏移量最大；
(2)如果金属板右端到荧光屏的距离L＝20 cm，求电子打在荧光屏上时的最大偏转距离。
答案：(1)2.05×10－2 V (2)0.55 cm
三、创新应用提素养
(一)在生产生活中的应用
1. 为研究静电除尘，有人设计了一个盒状容器，如图所示，容器侧面是绝缘的透明有机玻璃，上下底面是金属板。当金属板连接到高压电源正、负两极时，在两金属板间产生匀强电场。现把一定量均匀分布的烟尘颗粒密闭在容器内，颗粒带负电，不考虑烟尘颗粒之间的相互作用和空气阻力，并忽略烟尘颗粒所受重力。闭合开关S后，下列说法正确的是 ( )
A．烟尘颗粒向下运动
B．两金属板间电场方向向上
C．烟尘颗粒在运动过程中电势能减小
D．烟尘颗粒电荷量可能是电子电荷量的1.5倍
解析：由题图可知，极板上端为正极，下端为负极，则带负电的烟尘颗粒受静电力向上，故带电烟尘颗粒将向上运动，故A错误；极板上端为正极，下端为负极，所以两金属板间电场方向向下，故B错误；烟尘颗粒在运动过程中静电力做正功，电势能减少，故C正确；带电体的带电荷量只能是元电荷的整数倍，所以烟尘颗粒电荷量不可能是电子电荷量的1.5倍，故D错误。
答案：C
2． 如图所示，静电喷涂时，被喷工件接正极，喷枪口接负极，它们
之间形成高压电场，涂料微粒从喷枪口喷出后，只在静电力作用
下向工件运动，最后吸附在工件表面，图中虚线为涂料微粒的运 动轨迹。下列说法正确的是 ( )
A．涂料微粒一定带正电
B．图中虚线可视为高压电场的部分电场线
C．微粒做加速度先减小后增大的曲线运动
D．喷射出的微粒动能不断转化为电势能
解析：因工件接电源的正极，可知涂料微粒一定带负电，选项A错误；虚线为涂料微粒的运动轨迹，不能视为高压电场的部分电场线，选项B错误；从喷枪口到工件的电场强度先减弱后增强，可知微粒加速度先减小后增大，因电场线是曲线，故微粒做曲线运动，选项C正确；因电场力对微粒做正功，故微粒的电势能不断转化为动能，选项D错误。
答案：C
3． [多选]某静电除尘设备集尘板的内壁带正电，设备中心位置有一
个带负电的放电极，它们之间的电场线分布如图所示，虚线为某
带电烟尘颗粒(重力不计)的运动轨迹，A、B是轨迹上的两点，C
点与B点关于放电极对称。下列说法正确的是 ( )
A．A点电势低于B点电势
B．A点电场强度小于C点电场强度
C．烟尘颗粒在A点的动能大于在B点的动能
D．烟尘颗粒在A点的电势能大于在B点的电势能
解析：由沿电场线方向电势降低可知，A点电势低于B点电势，故A正确；由题图可知，A点电场线比C点密集，因此A点电场强度大于C点电场强度，故B错误；烟尘颗粒，从A到B的过程中，电场力做正功，动能增加，烟尘颗粒在A点的动能小于在B点的动能，故C错误；烟尘颗粒从A到B的过程中，电场力做正功，电势能减小，烟尘颗粒在A点的电势能大于在B点的电势能，故D正确。
答案：AD
(二)创新科技中的应用
4． 如图所示为我国自主研发、全球首创的“超级电容器”，这种
电容器安全性高，可反复充放电100万次以上，使用寿命长达
十二年，且容量超大(达到9 500 F)，能够在10 s内完成充电。则
该“超级电容器” ( )
A．充电过程中电流是恒定电流
B．充电过程中两极的电压逐渐增大
C．充电时电容器的正极应接电源的负极
D．放电过程中电容器的化学能转化为电能
解析：充电过程中电流不为恒定电流，选项A错误；充电过程中两极的电荷量逐渐增大，故电压逐渐增大，选项B正确；充电时电容器的正极应接电源的正极，放电过程中电容器输出的是电能，选项C、D错误。
答案：B
5．1897年汤姆孙发现电子后，许多科学家为测量电子的电荷量做了大量的探索。1907—1913年，密立根用带电油滴进行实验，发现油滴所带的电荷量是某一数值e的整数倍，于是称该数值为基本电荷。如图所示，两块完全相同的金属极板水平放置，板间的距离为d，当质量为m的微小带电油滴在两板间运动时，它所受空气阻力的大小与速度大小成正比。两板间不加电压时，观察到油滴竖直向下做匀速运动，通过某一段距离所用时间为t1；当两板间加电压U(上极板的电势高)时，可以观察到同一油滴竖直向上做匀速运动，且在时间t2内运动的距离与在时间t1内运动的距离相等。忽略空气浮力，重力加速度为g。下列说法正确的是( )
答案：C
