第3单元 静电现象电容器带电粒子在电场中的运动 必备知识要打牢 抓双基 固本源 F握程度 IBEL ZHISHI YAO DALAO 知说点 静电现象 「想一想] 如图6-3-1所示,绝缘开口金属球壳A已带电,现把验电器甲的小金属球与A球壳 的内壁用导线相连,另外把一绝缘的金属小球B与球壳A的内壁相接触后再与验电器乙的 金属小球相接触,验电器乙距球壳A足够远,那么验电器甲和乙的金属箔片是否张开? 图6-3 提示:处于静电平衡的金属球壳,由于电荷间的相互排斥的作用力,电荷间的距离尽量 变大,所以电荷分布在金属球壳的外表面上,在金属球壳的内表面没有净电荷的分布。验 电器甲与A球壳相连时,与金属球壳构成一个导体,相当于金属球壳的远端,则带有电荷, 从而使金属箔片张开;同理,得出验电器乙不会带电,故金属箔片不张开 1.静电平衡 (1)概念:导体中(包括表面没有电荷的定向移动的状态。 ①导体内部场强:导体内部处处为零 (2)点J②电势:导体为等势体,导体表面为等势面 ③导体表面场强:表面上E≠0且与表面垂直 ④净电荷:分布在外表面 2.静电现象的应用 (1)静电屏蔽:处于静电平衡的空腔导体,腔外电场对腔内空间不产生影响 (2)尖端放电:所带电荷与导体尖端的电荷符号相反的粒子,由于被吸引而奔向尖端 与尖端上的电荷中和的现象 [试一试]
1 第 3 单元 静电现象__电容器__带电粒子在电场中的运动 静电现象 [想一想] 如图 6－3－1 所示，绝缘开口金属球壳 A 已带电，现把验电器甲的小金属球与 A 球壳 的内壁用导线相连，另外把一绝缘的金属小球 B 与球壳 A 的内壁相接触后再与验电器乙的 金属小球相接触，验电器乙距球壳 A 足够远，那么验电器甲和乙的金属箔片是否张开？ 图 6－3－1 提示：处于静电平衡的金属球壳，由于电荷间的相互排斥的作用力，电荷间的距离尽量 变大，所以电荷分布在金属球壳的外表面上，在金属球壳的内表面没有净电荷的分 布。验 电器甲与 A 球壳相连时，与金属球壳构成一个导体，相当于金属球壳的远端，则带有电荷， 从而使金属箔片张开；同理，得出验电器乙不会带电，故金属箔片不张开。 [记一记] 1．静电平衡 (1)概念：导体中(包括表面)没有电荷的定向移动的状态。 (2) 特点 ①导体内部场强：导体内部处处为零 ②电势：导体为等势体，导体表面为等势面 ③导体表面场强：表面上E≠0且与表面垂直 ④净电荷：分布在外表面 2．静电现象的应用 (1)静电屏蔽：处于静电平衡的空腔导体，腔外电场对腔内空间不产生影响。 (2)尖端放电：所带电荷与导体尖端的电荷符号相反的粒子，由于被吸引而奔向尖端， 与尖端上的电荷中和的现象。 [试一试]
1.电工穿的高压作业服是用铜丝编织的,下列说法正确的是() A.铜丝编织的衣服不易拉破,所以用铜丝编织 B.电工被铜丝编织的衣服包裹,使体内电势保持为零,对人体起保护作用 C.电工被铜丝编织的衣服包裹,使体内电场强度保持为零,对人体起保护作用 D.铜丝必须达到一定厚度,才能对人体起到保护作用 解析:选C金属壳可以起到静电屏蔽的作用,使壳內部不受外部电场的影响。 电容和电容器 「想一想] 如图6一3-2所示的实验装置中,平行板电容器的极板A与一灵敏的静电计相接,极 板B接地,若极板B向上移动一点,由观察到的静电计指针变化作出平行板电容器电容变 小的结论的依据是什么? 图6-3-2 提示:静电计指针的变化表现了电容器两极板电势差的变化,在保持电容器带电荷量Q 不变的条件下,若极板B稍向上移动一点,则电容器的电容C变小,两极板间电势差U=9 变大 [记一记] 1.电容器 (1)组成:两个彼此绝缘且又相距很近的导体。 (2)带电荷量:一个极板所带电荷量的绝对值 (3)充、放电: ①充电:把电容器接在电源上后,电容器两个极板分别带上等量的异号电荷的过程。充 电后,两极板上的电荷由于互相吸引而保存下来;两极板间有电场存在。充电过程中由电源 获得的电能储存在电容器中 ②放电:用导线将充电后的电容器的两极板接通,两极板上的电荷中和的过程。放电后 的两极板间不再有电场,电场能转化为其他形式的能量。 2.电容
2 1．电工穿的高压作业服是用铜丝编织的，下列说法正确的是( ) A．铜丝编织的衣服不易拉破，所以用铜丝编织 B．电工被铜丝编织的衣服包裹，使体内电势保持为零，对人体起保护作用 C．电工被铜丝编织的衣服包裹，使体内电场强度保持为零，对人体起保护作用 D．铜丝必须达到一定厚度，才能对人体起到保护作用 解析：选 C 金属壳可以起到静电屏蔽的作用，使壳内部不受外部电场的影响。 电容和电容器 [想一想] 如图 6－3－2 所示的实验装置中，平行板电容器的极板 A 与一灵敏的静电计相接，极 板 B 接地，若极板 B 向上移动一点，由观察到的静电计指针变化作出平行板电容器电容变 小的结论的依据是什么？ 图 6－3－2 提示：静电计指针的变化表现了电容器两极板电势差的变化，在保持电容器带电荷量 Q 不变的条件下，若极板 B 稍向上移动一点，则电容器的电容 C 变小，两极板间电势差 U＝ Q C 变大。 [记一记] 1．电容器 (1)组成：两个彼此绝缘且又相距很近的导体。 (2)带电荷量：一个极板所带电荷量的绝对值。 (3)充、放电： ①充电：把电容器接在电源上后，电容器两个极板分别带上等量的异号电荷的过程。充 电后，两极板上的电荷由于互相吸引而保存下来；两极板间有电场存在。充电过程中由电源 获得的电能储存在电容器中。 ②放电：用导线将充电后的电容器的两极板接通，两极板上的电荷中和的过程。放电后 的两极板间不再有电场，电场能转化为其他形式的能量。 2．电容
(1)定义:电容器所带的电荷量O与电容器两极板间的电势差U的比值。 (2)意义:表示电容器容纳电荷本领的物理量。 (3定义式:C=9 (4)单位:1法拉(F)=10微法(μF)=102皮法(pF) 3.平行板电容器的电容 (1)决定因素:平行板电容器的电容C跟板间电介质的相对介电常数a成正比,跟正对 面积S成正比,跟极板间的距离d成反比。 (2)决定式:C [试一试] 2.图6-3-3是一种通过测量电容器电容的变化,来检测液面高低的仪器原理图,电 容器的两个电极分别用导线接到指示器上,指示器可显示电容的大小,下列关于该仪器的说 法中正确的有( 金属芯线 电介质 导电液体: 图6-3-3 A.该仪器中电容器的两个电极分别是芯柱和导电液体 B.芯柱外套的绝缘管越厚,该电容器的电容越大 C.如果指示器显示出电容增大了,则说明容器中液面升高了 D.如果指示器显示出电容减小了,则说明容器中液面升高了 解析:选AC类似于平行板电容器的结构:芯柱和导电液体构成电容器的两块电极, 芯柱的绝缘层就是极间的电介质,其厚度d相当于两平行板间的距离,进入液体深度h相当 于两平行板的相对面积(且h越大,S越大,所以d大时C就小,若C大时就表明h大,正 确答案为AC项。 知识点 带电粒子在电场中的运动 「想一想] 如图6-3-4所示,在点电荷+Q的电场中有A、B两点,将质子和a粒子分别从A点 由静止释放到达B点时,它们的速度大小之比为多少 图6-3-4
3 (1)定义：电容器所带的电荷量 Q 与电容器两极板间的电势差 U 的比值。 (2)意义：表示电容器容纳电荷本领的物理量。 (3)定义式：C＝ Q U 。 (4)单位：1 法拉(F)＝106 微法(μF)＝1012 皮法(pF)。 3．平行板电容器的电容 (1)决定因素：平行板电容器的电容 C 跟板间电介质的相对介电常数 εr成正比，跟正对 面积 S 成正比，跟极板间的距离 d 成反比。 (2)决定式：C＝ εrS 4πkd。 [试一试] 2．图 6－3－3 是一种通过测量电容器电容的变化，来检测液面高低的仪器原理图，电 容器的两个电极分别用导线接到指示器上，指示器可显示电容的大小，下列关于该仪器的说 法中正确的有( ) 图 6－3－3 A．该仪器中电容器的两个电极分别是芯柱和导电液体 B．芯柱外套的绝缘管越厚，该电容器的电容越大 C．如果指示器显示出电容增大了，则说明容器中液面升高了 D．如果指示器显示出电容减小了，则说明容器中液面升高了 解析：选 AC 类似于平行板电容器的结构：芯柱和导电液体构成电容器的两块电极， 芯柱的绝缘层就是极间的电介质，其厚度 d 相当于两平行板间的距离，进入液体深度 h 相当 于两平行板的相对面积(且 h 越大，S 越大)，所以 d 大时 C 就小，若 C 大时就表明 h 大，正 确答案为 AC 项。 带电粒子在电场中的运动 [想一想] 如图 6－3－4 所示，在点电荷＋Q 的电场中有 A、B 两点，将质子和 α 粒子分别从 A 点 由静止释放到达 B 点时，它们的速度大小之比为多少？ 图 6－3－4
提示:质子和a粒子都是正离子,从A点释放将受电场力作用加速运动到B点,设 B两点间的电势差为U,由动能定理有 对质子:mr=qU,对a粒子:mcn2=qaU 所=、mm=4= [记一记 带电粒子在电场中的加速 带电粒子在电场中加速,若不计粒子的重力,则电场力对带电粒子做的功等于带电粒 子动能的增量 (1)在匀强电场中:W=qEd=qU=mn2Mno2 (2)在非匀强电场中:W=qU 2.带电粒子在匀强电场中的偏转 (1)研究情况:带电粒子垂直于电场方向进入匀强电场。 (2)运动形式:类平抛运动 (3)处理方法:应用运动的合成与分解。 ①沿初速度方向做匀速直线运动,运动时间= ②沿电场方向,做初速度为零的匀加速直线运动 加速度:FE_ a能飞出平行板电容器:= 运动时间b打在平行极板上:y=22=2mf 2md 离开电场时的偏移量: ar= qUR 离开电场时的偏转角:tan— 3.如图6-3-5所示,质子(H)和a粒子(He)以相同的初动能垂直射入偏转电场(粒子 不计重力),则这两个粒子射出电场时的侧位移y之比为(
4 提示：质子和 α 粒子都是正离子，从 A 点释放将受电场力作用加速运动到 B 点，设 A、 B 两点间的电势差为 U，由动能定理有： 对质子：1 2 mHv 2 H＝qHU，对 α 粒子：1 2 mαv 2 α ＝qαU。 所以vH vα ＝ qHmα qαmH ＝ 1×4 2×1 ＝ 2 1 。 [记一记] 1．带电粒子在电场中的加速 带电粒子在电场中加 速，若不计粒子的重力，则电场力对带电粒子做的功等于带电粒 子动能的增量。 (1)在匀强电场中：W＝qEd＝qU＝ 1 2 mv 2－ 1 2 mv 2 0 。 (2)在非匀强电场中：W＝qU＝ 1 2 mv 2－ 1 2 mv 2 0 。 2．带电粒子在匀强电场中的偏转 (1)研究情况：带电粒子垂直于电场方向进入匀强电场。 (2)运动形式：类平抛运动 (3)处理方法：应用运动的合成与分解。 ①沿初速度方向做匀速直线运动，运动时间 t＝ l v0 。 ②沿电场方向，做初速度为零的匀加速直线运动。 加速度：a＝ F m ＝ qE m ＝ qU md 运动时间 a.能飞出平行板电容器：t＝ l v0 b.打在平行极板上：y＝ 1 2 at2＝ 1 2 · qU mdt 2， t＝ 2mdy qU 离开电场时的偏移量：y＝ 1 2 at2＝ qUl2 2mv 2 0d 离开电场时的偏转角：tan θ＝ vy v0 ＝ qUl mv 2 0d [试一试] 3．如图 6－3－5 所示，质子( 1 1H)和 α 粒子( 4 2He)以相同的初动能垂直射入偏转电场(粒子 不计重力)，则这两个粒子射出电场时的侧位移 y 之比为( )
图6-3-5 A.1:1 B.1:2 D.1:4 解析:选B田y“2m和E0=m,得:y=1可知,y与q成正比,B正确 IEqL- 识点 示波管 想一想] 台正常工作的示波管,突然发现荧光屏上画面的高度缩小,则产生故障的原因可能是 什么? 提示:示波管正常工作时,有关结构的几何尺寸都不会发生变化。画面高度缩小,说明 电子从偏转电场射出时的偏转角φ变小,可求出偏转角φ的正切tanp=2/·引起tn 变小的原因可能是加速电压U偏大,或偏转电压Uz偏小 [记一记] 1.构造 ①申子枪,②偏转极板,③荧光屏。(如图6-3-6所示)
5 图 6－3－5 A．1∶1 B．1∶2 C．2∶1 D．1∶4 解析：选 B 由 y＝ 1 2 Eq m L 2 v 2 0 和 Ek0＝ 1 2 mv 2 0 ，得：y＝ EL2q 4Ek0 可知，y 与 q 成正比，B 正确。 示波管 [想一想] 一台正常工作的示波管，突然发现荧光屏上画面的高度缩小，则产生故障的原因可能是 什么？ 提示：示波管正常工作时，有关结构的几何尺寸都不会发生变化。画面高度缩小，说明 电子从偏转电场射出时的偏转角 φ 变小，可求出偏转角 φ 的正切 tan φ＝ lU2 2dU1 ，引起 tan φ 变小的原因可能是加速电压 U1 偏大，或偏转电压 U2 偏小。 [记一记] 1．构造 ①电子枪，②偏转极板，③荧光屏。(如图 6－3－6 所示)