1、16.电容器和电容7.静电的应用及危害学 习 目 标 知 识 脉 络1.知道什么是电容器以及常见的电容器知道电容器充电和放电的含义2理解电容的概念及其定义式C ，并能进行有关运算(重QU点、难点)3知道平行板电容器的电容与哪些因素有关，了解公式 C并能用其讨论分析有关问S4kd题(难点 )4了解静电现象，知道静电的应用和危害.电 容 器 和 电 容先 填 空 1电容器(1)构造：两个彼此绝缘又相互靠近的导体就可以组成一个电容器如两块平行金属板正对、靠近且两板间充满绝缘物质(电介质)，这两板就组成了平行板电容器(2)电容器的带电荷量：是指其中一个极板所带电荷量的绝对值(3)电容器的充电和放电(如
2、图 161 所示)：2图 161充电：使电容器两个极板带上等量异种电荷的过程叫做充电放电：使充电后的电容器两极板的异种电荷中和的过程叫做放电2电容(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，公式为 C.QU(2)物理意义表示电容器容纳电荷本领的大小(3)单位在国际单位制中是法拉(F)，1 F1 C/V,1 F 10 6F10 12 pF.再 判 断 1电容大的电容器带电荷量一定多()2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.()3电容器的一个极板带正电荷，另一极板带等量负电荷，其带电荷量指的是一个极板上电荷量的多少()后 思 考
3、给电容器充电时，电容器所带电荷量增加，两极板间的电场强度怎样变化？储存的电能怎样变化？【提示】 电场强度增大， 储存的电能增加合 作 探 讨 照相机的电子闪光灯能发出强烈的闪光，这时通过闪光灯的电流相当大，有时可达几千安3图 162探讨 1：照相机的电源能够提供的电流却非常小，为何电子闪光灯能发出强烈的闪光？【提示】 这是因为照相机中有电容器，照相机中的电源先给电容器充电，当闪光灯被触发后，电容器中 储存的能量瞬间释放出来，从而使灯管内气体发出耀眼的白光探讨 2：电子闪光灯发光的过程是充电还是放电？其电容变吗？【提示】 放电过程 不变核 心 点 击 1电容器的充放电过程充电过程 放电过程电流流
4、向电流变化 减小 减小极板电量 增加 减小板间电场 增强 减弱结果板间电压与电源相同两极板带等量异种电荷板间电压为零极板电荷中和2.对电容的定义式 C 的理解QU(1)电容由电容器本身的构造决定电容器的电容是反映电容器容纳电荷本领的物理量，用比值 C 来定义，QU4但电容的大小与 Q、U 无关，是由电容器本身的构造决定的(2)通过 QU 图像理解，如图 163 所示，QU 图像是一条过原点的直线，其中 Q 为一个极板上所带电荷量的绝对值，U 为两板间的电势差，直线的斜率表示电容大小因而电容器的电容也可以表示为 C ，即电容的大小在数值QU上等于两极板间的电压增加(或减小)1 V 所增加(或减小
5、)的电荷量图 163一个平行板电容器，使它每板电荷量从 Q13010 6 C 增加到Q23610 6 C 时，两板间的电势差从 U110 V 增加到 U2，求：(1)这个电容器的电容多大？(2)U2 为多少？(3)如要使两极板电势差从 10 V 降为 U26 V，则每板需减少多少电荷量？【解析】 (1)电容器的电容C F310 6 F3 F.Q1U1 3010 610(2)因为电容器的 电容不变，所以 U2 V12 V.Q2C 3610 6310 6(3)根据电容的定 义，它等于每增加(或减少)1 V 电势 差所需增加( 或减少)的电荷量，即 C ，要求两极板 间电势差降为 6 V，则每板应减
6、少的电荷量为QUQCU 310 6 (106) C1210 6 C.【答案】 (1)3 F (2)12 V (3)12 106 C迁移 1 某平行板电容器的电容为 C，带电荷量为 Q，相距为 d，今在板间中点放一个电荷量为 q 的点电荷，则它受到的静电力的大小为( )【导学号：96322021】5A. B.2kQqd2 4kQqd2C. D.QqCd 2QqCd【解析】 根据公式 C ，E ，FEq 可得该电荷受到的静电力大小为QU UdF ，故 选项 C 正确QqCd【答案】 C两个公式的应用公式 C 是公式 C 的推论，在解析有关电荷变化量或极板间电压变化QU QU量的题目中，应用 C 比
7、应用 C 更便捷解题时，两个公式要灵活应用QU QU平 行 板 电 容 器 的 电 容 、 常 用 电 容 器先 填 空 1平行板电容器(1)结构由两个相互平行且彼此绝缘的金属板构成(2)电容的决定因素电容 C 与两极板间的相对介电常数成正比，跟极板的正对面积 S 成正比，跟极板间的距离 d 成反比(3)电容的决定式C ， r为电介质的相对介电常数rS4kd6当两极板间是真空时：C ，式中 k 为静电力常量S4kd2常用电容器(1)分类Error!(2)电容器的额定电压和击穿电压额定电压：电容器能够长期正常工作时的电压击穿电压：电介质被击穿时在电容器两极板上的极限电压，若电压超过这一限度，则电
8、容器就会损坏再 判 断 1加在电容器两极板间的电压能超过击穿电压()2电容器外壳上标的是额定电压()3将电介质插入平行板电容器时，电容器的电容将变小()后 思 考 在选用电容器时应注意什么问题？【提示】 要注意电容器上所标的两个参数即电容和额定电压合 作 探 讨 在研究“影响平行板电容器电容大小的因素”的实验中，连入了静电计图 164探讨 1：静电计的作用是什么？【提示】 用静电计测量已经充电的平行板电容器两极间的电势差 U，从指针偏转角度的大小可推知 U 的大小探讨 2：d 变时，极板上电荷量有何特点？【提示】 保持不变核 心 点 击 71板间电场强度的两个公式(1)板间电压与电场强度的关系
9、公式：E .Ud(2)板间电场强度的决定公式：E (或 E )，即板间电场强度正比于4kQrS QS电荷的面密度( 公式的推导：E ，所以 E )Ud QCd 4kQrS QS2平行板电容器的两类典型问题两类问题 始终与电源连接 充电后与电源断开不变量 U 不变 Q 不变自变量 d SE ， d 变大，E 变小； dUd变小，E 变大E Q，S 变大，E 变小；S 变4krS小，E 变大因变量Q U， d 变大，Q 变rS4kd小；d 变小，Q 变大U Q， S 变大，U 变小；S4kdrS变小，U 变大( 多选)如图 165 所示，用静电计可以测量已充电的平行板电容器两极板之间的电势差 U，
10、现使 B 板带正电，则下列判断正确的是( )【导学号：96322022】图 165A增大两极板之间的距离，指针张角变大B将 A 板稍微上移，静电计指针张角将变大C若将玻璃板插入两板之间，则静电计指针张角变大D若将 A 板拿走，则静电计指针张角变为零8【解析】 电容器上所带电荷量一定，由公式 C 知，当 d 变大时，CrS4kd变小，再由 C 得 U 变大；当 A 板上移时，正 对面积 S 变小，C 也变小，U 变大；QU当插入玻璃板时，C 变大，U 变小；当将 A 板拿走时 ，相当于使 d 变得更大，C 更小，故 U 应更大，故 选项 A、B 正确， 选项 C、D 错误 【答案】 AB迁移 2
11、 如图 166 所示，先接通开关 S 使电容器充电，然后断开开关 S.当增大两极板间距离时，电容器所带电荷量 Q、电容 C、两板间电势差 U、电容器两极板间场强 E 的变化情况是( )图 166AQ 变小，C 不变，U 不变，E 变小BQ 变小，C 变小，U 不变，E 不变CQ 不变，C 变小，U 变大，E 不变DQ 不变，C 变小，U 变小，E 变小【解析】 电容器充电后再断开开关 S，其所 带的电荷量不变；由 C 可rSd知，d 增大 时，C 变小；又因为 U ，所以 U 变大；对于场强 E，由于 E ，UQC Ud ，所以 E .由以上分析可知，间距 d 增大，E 不变因QC QrS4k
12、d Ud 4kdQrSd 4kQrS此 C 正确【答案】 C迁移 3 一平行板电容器两极板之间充满云母介质，接在恒压直流电源上若将云母介质移出，则电容器( ) 【导学号：96322023】A极板上的电荷量变大，极板间的电场强度变大9B极板上的电荷量变小，极板间的电场强度变大C极板上的电荷量变大，极板间的电场强度不变D极板上的电荷量变小，极板间的电场强度不变【解析】 平行板电容器电容的表达式为 C ，将极板间的云母介质移rS4kd出后，导 致电容器的电容 C 变小由于极板 间电压 不变，据 QCU 知，极板上的电荷量变小再考虑到极板 间电场强度 E ，由于 U、d 不变，所以极板间电场Ud强度不
13、变， 选项 D 正确【答案】 D对平行板电容器定性分析的解题步骤： 1确定不变量.电容器与电源相连时，电压 U 不变；电容器充电后与电源断开时，所带电荷量 Q 不变. 2根据决定式 C 和 S、 r、d 的变化分析平行板电容器电容的变化 . rS4kd3根据定义式 C 分析电容器所带电荷量 Q 或两极板间电压 U 的变化. QU4用 E 或 Ef(Q,S)分析电容器两极板间场强的变化，或根据电容器带Ud电量 Q 的变化分析回路中的电流方向.静 电 的 应 用 及 危 害先 填 空 1静电的应用静电可以被人们利用，例如静电喷涂、静电屏蔽、静电除尘、静电复印机、激光打印机等都用到了静电现象其中，激
14、光打印机是利用正负电荷相互吸引的原理制成的102静电的危害由于静电极易产生并且能形成较高的电压，所以静电有时给人类生活和生产带来危害和麻烦例如，雷电可造成人畜伤亡、造成安全事故、引起森林大火、干扰无线电通信等；静电放电可引起爆炸和火灾，造成电磁干扰、击穿集成电路和电子元件等3防止静电危害的方法(1)要尽快导走多余电荷，避免静电积累最简单又最可靠的办法是用导线把设备接地如大型油罐车下部拖的铁链，就起到这样的作用(2)调节空气的湿度，让积累的电荷容易随时放出，无法进一步积累，也是防止静电危害的有效方法(3)在易燃易爆气体和粉尘聚集的场所保持良好的通风，清除静电火花的积累也是十分重要的防静电措施再
15、判 断 1油罐车后面拖一条接地铁链是将静电导入大地，避免电荷积累()2对于易产生静电的机械零件，尽量使用导体材料()3避雷针安装在高大建筑物的顶端，而不必接地()后 思 考 避雷针为什么可以防止雷击？图 167【提示】 避雷针可以通过尖端放电，使电荷不断向大气 释放中和空气中的电荷，达到避免雷击的目的合 作 探 讨 探讨：你知道家用电视机、收音机外壳的制作材料为何一般是塑料，而不用金属的主要原因吗？11图 168【提示】 若用金属制作家用电视机、收音机外壳，用电器的金属外壳就形成静电屏蔽，电磁信号就难 以被电视机、收音机 这类电 磁波接收器接收， 电视机、收音机就不能正常工作核 心 点 击 1
16、静电的产生两种不同的物体相互摩擦可以起电，甚至干燥的空气与衣物摩擦也会起电摩擦起的电在能导电的物体上可迅速流动传导，而在不导电的绝缘体如化纤、毛织物等物体上就不会流失而形成静电，并聚集起来，当达到一定的电压时就产生放电现象，产生火花并发出声响2产生放电现象的原因通常情况下空气是不导电的，但是如果电场特别强，达到 106 V/m 时，气体分子中的正、负电荷受到方向相反的强电场力，有可能被“撕”开，这个现象叫做空气的电离，电离后空气中存在着负离子、正离子和自由电子，这些离子在强电场作用下加速运动，高速运动的离子撞击气体分子，使更多的分子电离，这时空气成为导体，于是产生了放电现象，也就是空气被击穿而
17、导电通常情况下空气是不导电的，但是当击穿电场达到 6.0105 V/m时空气将被电离而发生放电现象，已知某次闪电的长度为 300 米，发生闪电前瞬间两云层之间的电压大约为多少？【解析】 两云层 d300 m 间能形成的电压为：UEd 6.010 5300 V1.810 8 V.【答案】 1.810 8 V迁移 4 (多选)为了防止静电的危害，应尽快把产生的静电导走，下面措施中是防止静电危害的是( )A油罐车后面装一条拖地的铁链B电工钳柄上套有绝缘胶套C飞机轮上装搭地线12D纺织车间中保持适当的湿度【解析】 选项 A、C、D 中均是把静电导走，故 A、C、D 正确电工钳柄上套有绝缘胶套是为了保持
18、绝缘，以防止触电， B 错【答案】 ACD防止静电危害的对策和措施(1)要尽快导走多余 电荷，避免静电积累，可用导线把设备接地(2)调节空气的湿度(3)在易燃易爆气体和粉尘聚集的场所保持良好的通风，消除静电火花的引爆条件学业分层测评( 六)(建议用时：45 分钟)学业达标1电容器是一种常用的电子元件下列对电容器认识正确的是( ) 【导学号：96322110】A电容器的电容表示其储存电荷的能力B电容器的电容与它所带的电荷量成正比C电容器的电容与它两极板间的电压成反比D电容的常用单位有 F 和 pF,1 F10 3 pF【解析】 C 是电容的定义式，不是决定式，故 C 与 Q、U 无关，B、 C
19、错.QU1 F 106 pF，D 错电容是表示 电容器储存电荷的能力的物理量，A 选项正确【答案】 A2(多选 )下列是描述对给定的电容器充电时其电荷量 Q、电压 U、电容 C之间相互关系的图像，其中正确的是( )13【解析】 对于给定电容器的电容是由电容器本身决定的，与电容器的带电荷量 Q 的大小和两极板间的电压 U 的大小无关，不能认为 C 与 Q 成正比，与U 成反比，故 D 正确， A、B 错误而 C 图告诉我们电 容器所带的电荷量与极板间的电压成正比，其比值即 电容器的电容不变，故 C 正确【答案】 CD3请用学过的电学知识判断下列说法正确的是( )A电工穿绝缘衣比穿金属衣安全B制作
20、汽油桶的材料用金属比用塑料好C小鸟停在单根高压输电线上会被电死D打雷时，呆在汽车里比呆在木屋里要危险【解析】 电工穿金属衣可以起到静电屏蔽的作用，选项 A 错误；制作汽油桶的材料用金属可使与空气摩擦产生的静电流入地下，减少静电积累，因此制作汽油桶的材料用金属比用塑料好，选项 B 正确；小鸟 停在单根高压输电线上，两脚之间的电压几乎为零，没有 电流从小鸟身上通过，所以小鸟不会被电死， 选项C 错误 ；现在的汽车一般都是金属物件，可以起到静电屏蔽的作用，使该汽车内部基本不受影响，所以呆在汽车里比呆在木屋里要安全，选项 D 错误【答案】 B4(多选 )某电容器上标有“1.5 F 9 V”字样，则该电
21、容器( )A所带电荷量不能超过 1.5106 CB所带电荷量不能超过 1.35105 CC所加电压不应超过 9 VD该电容器的击穿电压为 9 V【解析】 电容器上标出的电压为额定电压，即电容器正常工作时的电压，击穿电压大于额定电压，故 C 对，D 错而由 C 可得，Q CU，当电容器两极QU板间电压恰为 9 V 时， 电容器所带的电荷量达到最大 值，即 Q1.510 6 9 C1.35 105 C.14【答案】 BC5如图 169 所示的实验中，关于平行板电容器的充、放电，下列说法正确的是( ) 【导学号：96322111】图 169A开关接 1 时，平行板电容器充电，且上极板带正电B开关接
22、1 时，平行板电容器充电，且上极板带负电C开关接 2 时，平行板电容器充电，且上极板带正电D开关接 2 时，平行板电容器充电，且上极板带负电【解析】 开关接 1 时，平行板电容器充电，上极板与电源正极相连而带正电，A 对 ，B 错；开关接 2 时，平行板电容器放电，放电结束后上、下极板均不 带电，C、 D 错【答案】 A6一充电后的平行板电容器保持两极板的正对面积、间距和电荷量不变，在两极板间插入一电介质，其电容 C 和两极板间的电势差 U 的变化情况是( )AC 和 U 均增大 BC 增大，U 减小CC 减小， U 增大 DC 和 U 均减小【解析】 由 C 可知，插入电介质后， r增大，电
23、容 C 增大；由 UrS4kd可知 U 减小，故选 B.QC【答案】 B7板间距为 d 的平行板电容器所带电荷量为 Q 时，两极板间电势差为U1，板间场强为 E1.现将电容器所带电荷量变为 2Q，板间距变为 d，其他条件12不变，这时两极板间电势差为 U2，板间场强为 E2，下列说法正确的是( ) 【导学号：96322112】AU 2U 1，E 2E 1 BU 22U 1，E 24E 1CU 2U 1，E 22E 1 DU 22U 1，E 22E 115【解析】 U 1 ，E1 .当板间距变为 d 时，由 C 可知电容变为QC U1d 12 rS4kd2C，而所带电荷量也变为 2Q，故 U2
24、U 1，E2 2 2E 1，C 选项正2Q2C U212d U1d确【答案】 C8有一充电的平行板电容器，两极板间电压为 3 V，先使它的电荷量减少3104 C，于是电容器两板间的电压降为原来的 ，此电容器的电容是多大？13若电容器极板上的电荷量全部放掉，电容器的电容是多大？【解析】 电容器两极板间电势差的变化量为U U2 V(1 13)由 C ，有 C F1.510 4 F150 FQU 310 42电容器的电容是由本身决定的，与是否带电无关，所以电容器放掉全部电荷后，电容仍是 150 F.【答案】 150 F 150 F能力提升9在如图 1610 所示的电路中，闭合开关 S，用电压为 U
25、的直流电源对平行板电容器充电，要使电容器两板间电压大于 U，可采取的办法为( )图 1610A先将 S 断开，然后将两板间距离拉大一些B先将两板间距离拉大一些，然后将 S 断开C先将两板正对面积减少一些，然后将 S 断开D先将 S 断开，然后将两板间距离减小一些【解析】 若先断开 S，则 Q 不变化，再将 电容器的两板间距离拉大，C 减16小，由 U 知 U 增大， 选项 A 正确；若先拉大两板间距离， 电压 U 不变，再断QC开 S，U 仍不变化，选项 B 错误；若先将两板正对面 积减少，电压 U 不变，再将 S断开，U 仍不 变化， 选项 C 错误；若先将 S 断开， Q 不变化，再将两板
26、间距离减小时，C 增大，由 U 知 U 减小，选项 D 错误QC【答案】 A10(多选 )在如图 1611 所示的实验装置中，一带电平行板电容器的极板A 与一静电计相接，极板 B 接地若极板 A 稍向右移动一点，则下列说法中正确的是( ) 【导学号：96322113】图 1611A静电计指针偏角变小B静电计指针偏角变大C极板上的电荷量几乎不变，两极板间的电压变大D极板上的电荷量几乎不变，两极板间的电压变小【解析】 极板 A 稍向右移动一点，电容器间的距离增大，则由 C 可rS4kd知，电容器的电容减小；因 电容器和电源断开，故 电 容器极板上的电荷量不变， 则由 C 可知，电容器两端的 电压增
27、大，则静电计指针的偏角增大，故选项 A、DQU错误，B、 C 正确【答案】 BC11(多选 )如图 1612 所示，平行板电容器的两极板 A、B 与电池两极相接，一个带正电的小球悬挂在电容器内部，闭合开关 S，电容器充电，这时悬线偏离竖直方向夹角为 ，那么 ( )17图 1612A保持开关 S 闭合，带正电的 A 板向 B 板靠近，则 增大B保持开关 S 闭合，带正电的 A 板向 B 板靠近，则 不变C开关 S 断开，带正电的 A 板向 B 板靠近，则 增大D开关 S 断开，带正电的 A 板向 B 板靠近，则 不变【解析】 闭合开关，电容器充电， 结果 A 板带正电，B 板带负电，小球在重力、
28、绳 子拉力和电场力的作用下处于平衡状态若保持开关 S 闭合，A 板向 B板靠近时，两板间的电势差保持不变，根据 E ，场强 E 将增大，所以小球所受Ud电场力也将变大，故 角增大开关 S 断开，A 板向 B 板靠近 时， 则极板的带电量将不变，由 E ，UUd和 C ，可得 E ，所以 E 将不变，小球所受电场力也不变，所以 不QC rS4kd 4kQrS变正确选项为 A、D.【答案】 AD12如图 1613 所示，平行板电容器的两个极板 A、B 分别接在电压为 60 V 的恒压电源上，两极板间距为 3 cm，电容器带电荷量为 6108 C，A 极板接地求：【导学号：96322114】图 1613(1)平行板电容器的电容；(2)平行板电容器两板之间的电场强度；18(3)距 B 板为 2 cm 的 C 点处的电势【解析】 (1)由电容定义式得C F110 9 F.QU 610 860(2)两板之间为 匀强电场，则E V/m210 3 V/m，方向竖直向下Ud 60310 2(3)C 点距 A 板 间距离为 dACdd BC1 cmA 与 C 间电势差 UACEd AC20 V又 UAC A C，A0 可得 C20 V.【答案】 (1)1 109 F (2)210 3 V/m，方向竖直向下 (3)20 V
