高三物理《学海导航（电场的性质二）》《静电现象+电容器》
文档属性
| 名称 | 高三物理《学海导航（电场的性质二）》《静电现象+电容器》 |  | |
| 格式 | rar | ||
| 文件大小 | 1.2MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2009-12-20 19:22:00 | ||
图片预览
文档简介
课件63张PPT。电场的性质二“重力场” 类比“电场”：重力做功－－电场力做功高度差－－电势差高度－－电势重力势能－－电势能重力－－电场力 电场力对电荷所做的功与路径无关, 只与电荷量和初末位置的电势差有关.一、电场力做功的特点 （与重力做功相似） 物理意义: A、B两点间的电势差UAB, 在数值上等于单位正电荷由A点移动到B点时电场力所做的功. 电荷q在电场中由一点A移动到另 一点B时，电场力所做的功WAB与电荷量 的比值WAB/q, 叫做A、B两点的电势差. 单位: 1V=1J/C.定义式为： 是标量.二、电势差电势差: 电荷q在电场中由一点A移动到另 一点B时，电场力所做的功WAB与电荷量 的比值WAB/q, 叫做A、B两点的电势差.电场力做功： 单位: 1V=1J/C.定义式为： 是标量. a. 在电场中选一个参考点, 电势为零, 电场中某点到该参考点的电势差就等于该点的电势。三、电 势 电场中某点的电势，等于单位正电荷由该点移动到参考点(零电势点)时电场力所做得功。b. 由电势差的定义可知: 电场中某点的电势，等于单位正电荷由该点移动到参考点(零电势点)时电场力所做得功。b. 由电势差的定义可知:电势的单位: 伏特(V)定义式为：①电势差与电势的关系: 两点间电势差等 于这两点电势之差. 即:②电势是相对的, 是相对于零势面来的, 一 般选大地或无限远为零势面.说明:④沿着电场线方向电势降低:③电势是标量, 但有正负(表大小), 正的代表比零电势高, 负的代表比零电势低, 而不代表方向. 电势能:
电荷在电场中具有的势能叫电势能.四、电势能 在数值上等于将质量为m 的物体移到零势能位置重力做的功 在数值上等于将电荷量为q 的物体移到零势能位置电场力做的功类比: 电场中电势相同的各点构成的面叫做等势面. 五、等势面等势面的形状 4. 任意两个电势不等的等势面不能相交. 3. 等差等势面的疏密同样可以表电场强度的大小. 等势面越密的地方, 电场强度越大.等势面的性质 1. 在等势面上任意两点间移动电荷时, 电场力不做功. 2. 电场线跟等势面垂直, 并且由电势高的等势面指向电势低的等势面. 1. 处在静电平衡状态下的导体是个等势体, 导体表面是个等势面. 因此导体表面的电场线与表面垂直.静电平衡的导体 1. 处在静电平衡状态下的导体是个等势体, 导体表面是个等势面. 因此导体表面的电场线与表面垂直. 2. 越接近导体的等势面越象导体的外形, 越远离导体的等势面越接近球形.静电平衡的导体 3. 地球是处于静电平衡状态的大导体.
(1)跟地球相连的导体是等势体. (2)实际中常取地球或与地球相连的导体的电势作参考, 认为它们的电势为零.释难解惑 1.电场强度，电势，电场线，等势面之间有什么联系？ (1)电场线与电势的联系：沿着电场线方向，电势越来越低；电场线方向是电势降低最快的方向。
(2)电场线与等势面的联系：电场线越密的地方，等差等势面也越密，电场线与通过该处的等势面垂直。 (3)电场强度数值与电势数值无直接关系，场强大的地方电势不一定高；场强大小相等的各点电势不一定相等，场强为零的电势不一定为零；反之也一样。讲练互动 [例1]如图所示，图
中K、L、M为静电场中
等3个相距较近的等势面，
一带电粒子射入此静电场
中后，沿abcde轨迹运动，
已知 ，且粒子在ab段做减速运动，下列判断中正确的是( ) 1.带电粒子在电场中运动时电势能等情况的分析 A. 粒子带负电
B. 粒子在a点的
加速度大于在b点的
加速度
C. 粒子在a点与e点的速度大小相等
D. 粒子在a点的电势能小于在d点的电势能 [例2]将一个10－6C的负电荷从电场中A点移到B点，克服电场力做功2×10－6J。从D点移到C点，电场力做功7×10－6J，若已知B点比C点电势高3V，则UAD＝________V。2.电势、电势能、电场力的功的计算 [例3]如图所示，
固定于同一条竖直线
上的A、B是两个带等
量异种电荷的点电荷，
电荷量均为Q，其中A
带正电，B带负电，
D、C是它们连线的垂直平分线，A、B、C三点构成一边长为d的等边三角形，另有一个带电小球E，质量为m，电荷量为+q(可视为质点)，被长为L的绝缘轻质细线悬挂于O点，O点在C点的正上方，现把小球E拉起到M点，
使细线水平绷直且与
A、B、C处于同一竖
直面内，并由静止开
始释放，小球向下做
圆周运动到最低点C时，
速度为v，已知静电力恒量为k，若取D点的电势为零，求：
(1) 在A、B所形成的电场中，M点的电势。
(2) 绝缘细线在C点所受到的拉力FT。变式练习 (1) 由Aa＝Bb＝ ，O为AB连线的中点知，a、b关于O点对称，则Uab＝0.
设小滑块与水平面间的摩擦力大小为f，对于小滑块由a到b到过程有： 变式解析所以(2) 对于小滑块由O到b的过程有：由以上各式得： (3) 对于小滑块从a开始到最终在O停下的过程有：所以 [例4]
有一静电
场，其电
势 随坐
标x的改变
而变化，
变化的图
线如图(a)
所示。试在图(b)中画出该静电场的场强E随x变化的图线(设场强沿x轴正方向时取正值)。3.匀强电场中的电势差与电场强度的关系变式练习 由图可以看出电场强度和电势的关系，当?不变时有两种可能：一是场强为零，二是场强E方向与x方向垂直，由于x1、x2之间?是均匀变化的，故必为匀强电场。变式解析静电现象 电容器1. 构成：任何两个彼此绝缘、相互靠近的 导体即可组成一个电容器, 两个导 体称为电容器的两极.充电: 使电容器两极带上等量异号电荷的过程3. 充放电：放电: 使电容器两极失去所带电荷的过程一、电容器 2. 作用：储存电量和能量（电场能）.+Q-Q 充电后, 任意一个极板带电量的绝对值叫电容器的带电量, 用“Q”表示.4. 电容器的电量1. 物理意义：电容是描述电容器容纳电荷本领 的物理量.3. 单位：法拉(F) 1F=1C/V2. 定义：电容的大小等于电容器一极板所带的 电荷量(电容器所带的电荷量)与两极板间电 势差之比值.常用单位还有: 微法(?F), 皮法(pF) 1F=106 ?F=1012pF二、电容 1. 构成：两块平行相互绝缘金属板.
注意：两板所带电荷量是等量异号的.3. 影响平行板电容器电容的因素:两板间的距离d、 两板正对面积S、 电介质的介电常数?2. 定义式:三、平行板电容器 或第一类：电容器与直流电源常接第二类：电容器充电后与电源断开4. 平行板电容器的变化分析第一类：电容器与直流电源常接－－两极板间电势差U不变第二类：电容器充电后与电源断开4. 平行板电容器的变化分析第一类：电容器与直流电源常接－－两极板间电势差U不变第二类：电容器充电后与电源断开－－极板带电量Q不变4. 平行板电容器的变化分析分析方法：(1) C的变化看d、S、?(2) Q、U的变化看定义式(3) E的变化看U、d4. 平行板电容器的变化分析电容式传感器的原理是怎样的？ 电容器的电容C决定于极板正对面积S，极板间距离d以及极板间的介质这几个因素，如果某一物理量(如角度θ、位移x、深度h)的变化能引起电容的变化，那么，通过测定电容器的电容就可以确定上述物理量的变化，这一种用途的电容器称为电容式传感器。 [例3]图a是某同学设计的电容式速度传感器原理图，其中上板为固定极板，下板为待测物体，在两极板间电压恒定的条件下，极板上所带电量Q将随待测物体的上下运动而变化，若Q随时间t的变化关系为Q=
(a、b为大于零的常数)，其图象如图b所示，那么图(c)、(d)中反映极板间场强大小E和物体速率v随t变化的图线可能是( )2.平行板电容器的动态分析A. ①和③ B. ①和④
C. ②和③ D. ②和④变式练习 设PQ两金属板构成的电容器为C1，带电荷量为且q1，电容C的带电量为q。
b、p两板导线相连，电势相等，a、Q两板都接地，电势为零，可见C1与C与两电容器的电势差相等，由电荷守恒定律知两个电容器带的总电荷量不变，设为Q则 ：q1＋q＝Q。变式解析 要使悬线的偏角α增大，小球所受的电场力要增大，即要求P、Q两板间场强增大，电势差增大，根据C1U＋CU=Q及以上分析，只有C减小才能达到上述目的，根据 ，介电常数减小(取出电介质)正对面积减小，极板距离增大都能使电容减小。变式解析 [例4]在如图所示
的静电实验电路中，已
知电容器的电容C1=C2=
C，电源的电动势为E，
内阻为r，电压表的内阻
为10kΩ, 当电路达到稳定状态后，则( )
A. 电压表和静电计上的电势差相等，都是E/2
B. 电压表上的电势差比静电计上的电势差大些
C. 静电计上的电势差为零
D. 电压表上的电势差为零变式练习 若没有二极管D，当A、B的间距增大时，A、B板间电容C减少，电容器带电量将减少，即电容器将放电，电流从正极A流出，即b到a方向。
由于二极管的存在，上述放电电流不能通过，故实际上电容器将保持电量不变，由
可知，板间匀强电场场强不变，故P仍将保持静止。变式解析1. 静电平衡状态 导体中（包括表面）没有电荷定向移动的状态叫做静电平衡状态。 四、静电平衡 2. 静电平衡导体的特征(1)导体内部场强处处为零(3)导体是个等势体，表 面是个等势面，表面 上任何一点的场强方 向跟该点表面垂直(2)导体所带的净电荷只分 布在导体的外表面上， 导体内部没有净电荷讲练互动 [例1]如图所示，把
原来不带电的金属球壳B
的外壳表面接地，将一带
正电的小球A从小孔放入
球壳内，但不与B发生接触，达到静电平衡后( )
A. B的空腔内电场强度为零
B. B不带电
C. B的内外表面电势相等
D. B带负电1.静电平衡问题变式练习 金属板在＋Q的电场中发生静电感应，感应电荷的电场与+Q的电场叠加，使电场方向与金属板表面垂直，如图，小球C受到的电场力与运动方向垂直，电场力不做功，小球做匀速直线运动，电场力冲量不为零。v0+Q变式解析 例2. 如图中实心金 属球A半径为R, 带电荷 量为Q, 点电荷B带电荷量为q, B与A球的球心间的距离为r, 当B不存在而只有A存在且达到静电平衡时, 电荷Q在球心O处的电场强度等于___. 当点电荷B也同时存在并达到静电平衡时, 球心O处的电场强度等于___, 金属球上的电荷在球心O处产生的场强的大小等于__________.00kq/r21.静电平衡问题五、尖端放电 －－导体壳（网）可以保护它所包围的区域，使其不受外部电场的影响六、静电屏蔽
电荷在电场中具有的势能叫电势能.四、电势能 在数值上等于将质量为m 的物体移到零势能位置重力做的功 在数值上等于将电荷量为q 的物体移到零势能位置电场力做的功类比: 电场中电势相同的各点构成的面叫做等势面. 五、等势面等势面的形状 4. 任意两个电势不等的等势面不能相交. 3. 等差等势面的疏密同样可以表电场强度的大小. 等势面越密的地方, 电场强度越大.等势面的性质 1. 在等势面上任意两点间移动电荷时, 电场力不做功. 2. 电场线跟等势面垂直, 并且由电势高的等势面指向电势低的等势面. 1. 处在静电平衡状态下的导体是个等势体, 导体表面是个等势面. 因此导体表面的电场线与表面垂直.静电平衡的导体 1. 处在静电平衡状态下的导体是个等势体, 导体表面是个等势面. 因此导体表面的电场线与表面垂直. 2. 越接近导体的等势面越象导体的外形, 越远离导体的等势面越接近球形.静电平衡的导体 3. 地球是处于静电平衡状态的大导体.
(1)跟地球相连的导体是等势体. (2)实际中常取地球或与地球相连的导体的电势作参考, 认为它们的电势为零.释难解惑 1.电场强度，电势，电场线，等势面之间有什么联系？ (1)电场线与电势的联系：沿着电场线方向，电势越来越低；电场线方向是电势降低最快的方向。
(2)电场线与等势面的联系：电场线越密的地方，等差等势面也越密，电场线与通过该处的等势面垂直。 (3)电场强度数值与电势数值无直接关系，场强大的地方电势不一定高；场强大小相等的各点电势不一定相等，场强为零的电势不一定为零；反之也一样。讲练互动 [例1]如图所示，图
中K、L、M为静电场中
等3个相距较近的等势面，
一带电粒子射入此静电场
中后，沿abcde轨迹运动，
已知 ，且粒子在ab段做减速运动，下列判断中正确的是( ) 1.带电粒子在电场中运动时电势能等情况的分析 A. 粒子带负电
B. 粒子在a点的
加速度大于在b点的
加速度
C. 粒子在a点与e点的速度大小相等
D. 粒子在a点的电势能小于在d点的电势能 [例2]将一个10－6C的负电荷从电场中A点移到B点，克服电场力做功2×10－6J。从D点移到C点，电场力做功7×10－6J，若已知B点比C点电势高3V，则UAD＝________V。2.电势、电势能、电场力的功的计算 [例3]如图所示，
固定于同一条竖直线
上的A、B是两个带等
量异种电荷的点电荷，
电荷量均为Q，其中A
带正电，B带负电，
D、C是它们连线的垂直平分线，A、B、C三点构成一边长为d的等边三角形，另有一个带电小球E，质量为m，电荷量为+q(可视为质点)，被长为L的绝缘轻质细线悬挂于O点，O点在C点的正上方，现把小球E拉起到M点，
使细线水平绷直且与
A、B、C处于同一竖
直面内，并由静止开
始释放，小球向下做
圆周运动到最低点C时，
速度为v，已知静电力恒量为k，若取D点的电势为零，求：
(1) 在A、B所形成的电场中，M点的电势。
(2) 绝缘细线在C点所受到的拉力FT。变式练习 (1) 由Aa＝Bb＝ ，O为AB连线的中点知，a、b关于O点对称，则Uab＝0.
设小滑块与水平面间的摩擦力大小为f，对于小滑块由a到b到过程有： 变式解析所以(2) 对于小滑块由O到b的过程有：由以上各式得： (3) 对于小滑块从a开始到最终在O停下的过程有：所以 [例4]
有一静电
场，其电
势 随坐
标x的改变
而变化，
变化的图
线如图(a)
所示。试在图(b)中画出该静电场的场强E随x变化的图线(设场强沿x轴正方向时取正值)。3.匀强电场中的电势差与电场强度的关系变式练习 由图可以看出电场强度和电势的关系，当?不变时有两种可能：一是场强为零，二是场强E方向与x方向垂直，由于x1、x2之间?是均匀变化的，故必为匀强电场。变式解析静电现象 电容器1. 构成：任何两个彼此绝缘、相互靠近的 导体即可组成一个电容器, 两个导 体称为电容器的两极.充电: 使电容器两极带上等量异号电荷的过程3. 充放电：放电: 使电容器两极失去所带电荷的过程一、电容器 2. 作用：储存电量和能量（电场能）.+Q-Q 充电后, 任意一个极板带电量的绝对值叫电容器的带电量, 用“Q”表示.4. 电容器的电量1. 物理意义：电容是描述电容器容纳电荷本领 的物理量.3. 单位：法拉(F) 1F=1C/V2. 定义：电容的大小等于电容器一极板所带的 电荷量(电容器所带的电荷量)与两极板间电 势差之比值.常用单位还有: 微法(?F), 皮法(pF) 1F=106 ?F=1012pF二、电容 1. 构成：两块平行相互绝缘金属板.
注意：两板所带电荷量是等量异号的.3. 影响平行板电容器电容的因素:两板间的距离d、 两板正对面积S、 电介质的介电常数?2. 定义式:三、平行板电容器 或第一类：电容器与直流电源常接第二类：电容器充电后与电源断开4. 平行板电容器的变化分析第一类：电容器与直流电源常接－－两极板间电势差U不变第二类：电容器充电后与电源断开4. 平行板电容器的变化分析第一类：电容器与直流电源常接－－两极板间电势差U不变第二类：电容器充电后与电源断开－－极板带电量Q不变4. 平行板电容器的变化分析分析方法：(1) C的变化看d、S、?(2) Q、U的变化看定义式(3) E的变化看U、d4. 平行板电容器的变化分析电容式传感器的原理是怎样的？ 电容器的电容C决定于极板正对面积S，极板间距离d以及极板间的介质这几个因素，如果某一物理量(如角度θ、位移x、深度h)的变化能引起电容的变化，那么，通过测定电容器的电容就可以确定上述物理量的变化，这一种用途的电容器称为电容式传感器。 [例3]图a是某同学设计的电容式速度传感器原理图，其中上板为固定极板，下板为待测物体，在两极板间电压恒定的条件下，极板上所带电量Q将随待测物体的上下运动而变化，若Q随时间t的变化关系为Q=
(a、b为大于零的常数)，其图象如图b所示，那么图(c)、(d)中反映极板间场强大小E和物体速率v随t变化的图线可能是( )2.平行板电容器的动态分析A. ①和③ B. ①和④
C. ②和③ D. ②和④变式练习 设PQ两金属板构成的电容器为C1，带电荷量为且q1，电容C的带电量为q。
b、p两板导线相连，电势相等，a、Q两板都接地，电势为零，可见C1与C与两电容器的电势差相等，由电荷守恒定律知两个电容器带的总电荷量不变，设为Q则 ：q1＋q＝Q。变式解析 要使悬线的偏角α增大，小球所受的电场力要增大，即要求P、Q两板间场强增大，电势差增大，根据C1U＋CU=Q及以上分析，只有C减小才能达到上述目的，根据 ，介电常数减小(取出电介质)正对面积减小，极板距离增大都能使电容减小。变式解析 [例4]在如图所示
的静电实验电路中，已
知电容器的电容C1=C2=
C，电源的电动势为E，
内阻为r，电压表的内阻
为10kΩ, 当电路达到稳定状态后，则( )
A. 电压表和静电计上的电势差相等，都是E/2
B. 电压表上的电势差比静电计上的电势差大些
C. 静电计上的电势差为零
D. 电压表上的电势差为零变式练习 若没有二极管D，当A、B的间距增大时，A、B板间电容C减少，电容器带电量将减少，即电容器将放电，电流从正极A流出，即b到a方向。
由于二极管的存在，上述放电电流不能通过，故实际上电容器将保持电量不变，由
可知，板间匀强电场场强不变，故P仍将保持静止。变式解析1. 静电平衡状态 导体中（包括表面）没有电荷定向移动的状态叫做静电平衡状态。 四、静电平衡 2. 静电平衡导体的特征(1)导体内部场强处处为零(3)导体是个等势体，表 面是个等势面，表面 上任何一点的场强方 向跟该点表面垂直(2)导体所带的净电荷只分 布在导体的外表面上， 导体内部没有净电荷讲练互动 [例1]如图所示，把
原来不带电的金属球壳B
的外壳表面接地，将一带
正电的小球A从小孔放入
球壳内，但不与B发生接触，达到静电平衡后( )
A. B的空腔内电场强度为零
B. B不带电
C. B的内外表面电势相等
D. B带负电1.静电平衡问题变式练习 金属板在＋Q的电场中发生静电感应，感应电荷的电场与+Q的电场叠加，使电场方向与金属板表面垂直，如图，小球C受到的电场力与运动方向垂直，电场力不做功，小球做匀速直线运动，电场力冲量不为零。v0+Q变式解析 例2. 如图中实心金 属球A半径为R, 带电荷 量为Q, 点电荷B带电荷量为q, B与A球的球心间的距离为r, 当B不存在而只有A存在且达到静电平衡时, 电荷Q在球心O处的电场强度等于___. 当点电荷B也同时存在并达到静电平衡时, 球心O处的电场强度等于___, 金属球上的电荷在球心O处产生的场强的大小等于__________.00kq/r21.静电平衡问题五、尖端放电 －－导体壳（网）可以保护它所包围的区域，使其不受外部电场的影响六、静电屏蔽