电场3--静电感应、静电屏蔽、电容器、电容ppt课件

1、三三.静电感应、静电平衡静电感应、静电平衡与静电屏蔽与静电屏蔽静电感应现象静电感应现象一一.静电感应静电感应:导体内自由电荷在外电场导体内自由电荷在外电场的作用下发生定向移动而重新分布的现的作用下发生定向移动而重新分布的现象导体两端出现等量异种电荷感象导体两端出现等量异种电荷感应电荷）应电荷） .静电感应与静电平衡静电感应与静电平衡分析分析:静电感应静电感应静电平衡静电平衡当当E=E0时，时，E=0，导体达到静电平衡状态，导体达到静电平衡状态导体处于静电平衡时的特点导体处于静电平衡时的特点*演示演示:法拉第圆筒实验法拉第圆筒实验结论：处于静电平衡状态结论：处于静电平衡状态下的带电导体，净电荷只

2、下的带电导体，净电荷只分布在导体的外表面上分布在导体的外表面上. . 1.导体内部的场强处处为零导体内部的场强处处为零.二二.静电平衡状态静电平衡状态:导体中导体中(包括表包括表面面)没有自由电荷定向移动的状态没有自由电荷定向移动的状态.静电平衡状态的特点静电平衡状态的特点2.整个导体是个等势体整个导体是个等势体,导体的表面是等势面导体的表面是等势面.4.净电荷分布在导体的外表面净电荷分布在导体的外表面.3.在导体表面附近在导体表面附近,电场线一定与表面垂直电场线一定与表面垂直.静电感应与静电平衡静电感应与静电平衡察看察看:电场线与等势面的分布特点电场线与等势面的分布特点.曲率半径越小曲率半径

3、越小, ,电荷电荷密度越大密度越大. .举例说明举例说明: :尖端放电尖端放电. .运用：高大建筑物顶运用：高大建筑物顶部安装避雷针。部安装避雷针。练习练习1. (02广东广东)如下图，在原来不带电的金属如下图，在原来不带电的金属细杆细杆ab附近附近P处，放置一个正点电荷，达到静处，放置一个正点电荷，达到静电平衡后电平衡后A. a端的电势比端的电势比b端的高端的高B. b端的电势比端的电势比d点的低点的低C. a端的电势不一定比端的电势不一定比d点的低点的低D.杆内杆内c处的场强的方向由处的场强的方向由a指向指向bE .感应电荷在感应电荷在c点产生的场强大于在点产生的场强大于在f点的场强点的场

4、强【BE】PabcdPabcdf练习练习2.长为长为l的导体棒原来不带电，的导体棒原来不带电， A、C为导体棒两端内部的点，为导体棒两端内部的点， B为导体棒为导体棒的中点。将一电荷量为的中点。将一电荷量为+q的点电荷放在的点电荷放在距棒左端距棒左端R处处,当达到静电平衡后当达到静电平衡后.(1)比较比较A、B、C三点场强的大小三点场强的大小.(2)比较比较A、B、C三点电势的高低三点电势的高低.(3)求感应电荷的电场在中点求感应电荷的电场在中点B点的场强点的场强.ABC练习练习3.如图，如图，A、B为带等量异种电荷的为带等量异种电荷的小球，小球，C、D为原来不带电的导体棒。达为原来不带电的导

5、体棒。达到静电平衡时，棒上到静电平衡时，棒上C1、 C2、 D1、 D2端各带什么电荷？端各带什么电荷？ C和和D谁的电势高？谁的电势高？若用导线将若用导线将C2和和 D1连接起来，电子将连接起来，电子将向哪个方向移动？若把向哪个方向移动？若把C1和和 D2连接起连接起来呢？来呢？+-BACDC1C2D1D2如何用感应的方式使物体带电如何用感应的方式使物体带电+思索：如图，将一个思索：如图，将一个带正电小球靠近一个带正电小球靠近一个原来不带电的绝缘导原来不带电的绝缘导体，导体上感应电荷体，导体上感应电荷的分布有什么特点？的分布有什么特点？能否通过用导线将导体两端连接起能否通过用导线将导体两端连

6、接起来的方法将正、负电荷中和掉？来的方法将正、负电荷中和掉？若将绝缘导体的某处接地，情况如何？若将绝缘导体的某处接地，情况如何？练习练习4.如图所示的装置中，如图所示的装置中，A、B是两个架是两个架在绝缘支座上的金属球，原来都不带电，在绝缘支座上的金属球，原来都不带电，中间用导线连接，现用一个带正电的小球中间用导线连接，现用一个带正电的小球C靠近靠近B球，用手摸一下球，用手摸一下B球，然后撤去导球，然后撤去导线，再拿走小球线，再拿走小球C，那么，那么A.A球带正电，球带正电，B球带负电球带负电B.A球带负电，球带负电，B球带负电球带负电C.A球不带电，球不带电，B球带负电球带负电D.以上三种说

7、法都不对以上三种说法都不对【C】静电屏蔽静电屏蔽练习练习5.有一个不带电的导体球壳，有一个不带电的导体球壳，a是球壳内是球壳内空间的一点，空间的一点，b是球壳金属中的一点，是球壳金属中的一点，c是球是球壳外的一点壳外的一点.1.将一个带电体靠近导体球将一个带电体靠近导体球壳壳,则场强为零的点是则场强为零的点是 .2.如果将带电体放入球壳内如果将带电体放入球壳内部部, 场强为零的点是场强为零的点是 .假设假设再将球壳接地再将球壳接地, 场强为零的场强为零的点是点是 .a、bbb、c+abc+abc+静电屏蔽静电屏蔽练习练习5.有一个不带电的导体球壳，有一个不带电的导体球壳，a是球壳内是球壳内空间

8、的一点，空间的一点，b是球壳金属中的一点，是球壳金属中的一点，c是球是球壳外的一点壳外的一点.（3如果将带电体电荷量为如果将带电体电荷量为Q的点电荷的点电荷放入球壳中心放入球壳中心, 球壳内部感应电荷的分布有何球壳内部感应电荷的分布有何特点？空腔内任意一点特点？空腔内任意一点a、球壳内任意一点、球壳内任意一点b和球壳外任意一点和球壳外任意一点c的场强如何？电势如何？的场强如何？电势如何？+abc+若将球壳接地，各点场强、若将球壳接地，各点场强、电势各有何变化？电势各有何变化？静电屏蔽静电屏蔽演示演示:静电屏蔽现象静电屏蔽现象练习练习6.某工厂的高频电机产生的电磁波频率和某工厂的高频电机产生的电

9、磁波频率和电视信号频率相近电视信号频率相近,空中的电视信号常常受到高空中的电视信号常常受到高频电产生的电磁波的干扰频电产生的电磁波的干扰,在电视荧屏上出现网在电视荧屏上出现网状条纹状条纹,影响收视影响收视.为了使电视信号不受干扰为了使电视信号不受干扰,可可采取的办法是采取的办法是 A.将电视机用一金属笼子罩起来将电视机用一金属笼子罩起来 B.将电视机用一金属笼子罩起来将电视机用一金属笼子罩起来,并将金属笼并将金属笼接地接地 C.将高频电机放在一个大的金属网罩内将高频电机放在一个大的金属网罩内 D.将高频电机放在一个大的金属网罩内，并将高频电机放在一个大的金属网罩内，并将金属网罩接地将金属网罩接

10、地【D】练习练习7.请用学过的电学知识判断下列说法正请用学过的电学知识判断下列说法正确的是：确的是：A电工穿绝缘衣比穿金属衣安全电工穿绝缘衣比穿金属衣安全B制作汽油桶的材料用金属比用塑料好制作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打雷时，呆在汽车里比呆在木屋里要危险险【B】Qabc+练习练习8.分析感应电荷在分析感应电荷在a、b、c三点产生的三点产生的场强大小、方向如何？场强大小、方向如何？Q分析分析a点的场强和电势。点的场强和电势。a+练习练习9.有一个带正电的导体球壳有一个带正电的导体球壳A，将两个

11、带正，将两个带正电的金属小球电的金属小球B和和C用一根长导线连接，用一根长导线连接，B放在放在球壳内的空腔中，球壳内的空腔中，C离球壳较远。现将离球壳较远。现将B球与球与A内壁接触，分析内壁接触，分析A、B、C的带电情况。的带电情况。+ABC将将A移开，分析移开，分析B、C的带电情况。的带电情况。若再将若再将B球提起到原来位置，分析球提起到原来位置，分析A、B、C的带的带电情况。电情况。将将将将A接地，分析接地，分析A 、B、C的带电情况。的带电情况。练习练习9.有一个带正电的导体球壳有一个带正电的导体球壳A，将两个，将两个带正电的金属小球带正电的金属小球B和和C用一根长导线连接，用一根长导线

12、连接，B放在球壳内的空腔中，放在球壳内的空腔中，C离球壳较远。现离球壳较远。现将将B球与球与A内壁接触后提起到原来位置，再内壁接触后提起到原来位置，再将将C球接地，分析球接地，分析A、B的带电情况。的带电情况。+ABC电容器、电容电容器、电容取无限远处电势为零，一个半径为取无限远处电势为零，一个半径为R的的孤立带电球体，所带电荷量为孤立带电球体，所带电荷量为Q，则球，则球体表面和内部的电势为：体表面和内部的电势为：kQR孤立导体的电势：孤立导体的电势：可见，该电势的值与导体球所带电荷量和可见，该电势的值与导体球所带电荷量和球大小有关，而球大小有关，而Q/ 是一个定值。是一个定值。我们将该比值定

13、义为孤立导体球的电容。QC电容的概念电容的概念QCU将该孤立带电导体球用另一个接地的导体将该孤立带电导体球用另一个接地的导体球壳封闭起来，则球壳外的电场对导体球球壳封闭起来，则球壳外的电场对导体球的电势就没有影响了。的电势就没有影响了。即使球壳不接地，结果也一样。即使球壳不接地，结果也一样。两个彼此绝缘、又互相靠近的导体，就组两个彼此绝缘、又互相靠近的导体，就组成一个电容器。成一个电容器。电容器电容器任何两个彼此绝缘又相互靠近的导任何两个彼此绝缘又相互靠近的导体构成电容器体构成电容器.电容器电容器1. 任何两个彼此绝缘又相互靠近的导体任何两个彼此绝缘又相互靠近的导体构成电容器构成电容器.2.平

14、行板电容器是最基本的电容器平行板电容器是最基本的电容器.3.电容器能够储存电荷量与能量电容器能够储存电荷量与能量.几种常用电容器的符号：几种常用电容器的符号： 电容器电容的定义式电容器电容的定义式1.定义：电容器所带的电荷量跟两极间电势定义：电容器所带的电荷量跟两极间电势差的比值差的比值. C= Q/U2.单位：单位：F1F = 1C/V） 1F = 106 F = 1012 pF3.意义：反映电容器容纳电荷的本领大小意义：反映电容器容纳电荷的本领大小.4.在数值上等于使两极板间电势差为在数值上等于使两极板间电势差为1V时电时电容器所带的电荷量容器所带的电荷量.给电容器带电的方法：给电容器带电

15、的方法：1.用电源充电用电源充电2.用静电感应的方法用静电感应的方法电容器的充放电电容器的充放电1.充电充电:在充电的过程中有充电电流在充电的过程中有充电电流. 化学能化学能电场能电场能.2.放电放电:在放电的过程中有放电电流在放电的过程中有放电电流. 电场能电场能其他形式的能其他形式的能.-Q+QUAS电容器充电示意图电容器充电示意图UAS电容器放电示意图电容器放电示意图U=0思索：下图是电容器充、放电过程中，电流随思索：下图是电容器充、放电过程中，电流随时间变化的图线。从图象中我们能够得到哪些时间变化的图线。从图象中我们能够得到哪些信息？信息？itOt1t2t3t4比值定义的物理量比值定义

16、的物理量问题问题:某电容器充电后，所带电荷量为某电容器充电后，所带电荷量为Q，两极间电压为两极间电压为U ，为使该电容器的电容，为使该电容器的电容加倍加倍,可采取的办法是：可采取的办法是：A.将电压变为将电压变为2U.B.将电荷量变为将电荷量变为2Q. C.将电压变为将电压变为U/2.D.将电荷量变为将电荷量变为Q/2.1.场强场强 E=F/q- E由电场决定由电场决定2.电势电势 =Ep/q- 由电场决定由电场决定3.电势差电势差 U=W/q- U由电场决定由电场决定4.电容电容 C=Q/U- C由电容器决定由电容器决定电容器电容器Q与与U的关系的关系1. 定性分析定性分析:电容器极板所带的

17、电荷量电容器极板所带的电荷量Q越大越大,两极板之间电场的场强两极板之间电场的场强E越大越大,两极两极板间的电势差板间的电势差U=Ed越大越大 .2.演示实验演示实验:给一个电容器带电后，测出两给一个电容器带电后，测出两极间电势差；将电量减半，测出电势差减极间电势差；将电量减半，测出电势差减半；将电量减为原来的四分之一，两极间半；将电量减为原来的四分之一，两极间电压也减为原来的四分之一。电压也减为原来的四分之一。平行板电容器的电容跟哪些因素有关平行板电容器的电容跟哪些因素有关思索思索:1.平行板电容器的电容可能与哪些因素平行板电容器的电容可能与哪些因素有关？有关？2.根据根据C=Q/U，怎样研究

18、平行板电容器，怎样研究平行板电容器C与与d、S、的关系？的关系？3.怎样测量电容器两极间的电压怎样测量电容器两极间的电压?控制变量法控制变量法:保持电量保持电量Q不变不变,改变改变d、S、,测两极电压测两极电压U,判定电容判定电容C跟跟d、S、的关系的关系.静电计测电容器静电计测电容器两极电势差两极电势差U越大，越大， 越大越大.-+- -+- -UV平行板电容器的电容的决定因素：平行板电容器的电容的决定因素：演示演示:平行板电容器的电容平行板电容器的电容C跟跟d、S、的关的关系系?Q几乎不变几乎不变.d C ？ U ？S C ？ U ？3. C ？ U ？平行板电容器电容的决定式平行板电容器

19、电容的决定式r4SQCUkd介质介质空气空气煤煤油油石蜡石蜡陶瓷陶瓷玻璃玻璃云母云母水水1.000522.02.164116881平行板电容器的电容，跟介质的介电常数平行板电容器的电容，跟介质的介电常数成正比成正比,跟极板正对面积成正比，跟两极距跟极板正对面积成正比，跟两极距离成反比离成反比.r4 kE rr44k dkQdUEdS r动态分析：动态分析：讨论讨论:设平行板电容器电容为设平行板电容器电容为C，每个极板所带，每个极板所带电荷量为电荷量为Q，两个极板间电压为，两个极板间电压为U，板间匀强，板间匀强电场场强为电场场强为E.1.闭合上闭合上S，增大两板距离，增大两板距离d，那么，那么C

20、、U、Q、E分别怎样变化？分别怎样变化？2.充电后断开充电后断开S，增大两板距离，增大两板距离d，则，则C、U、Q、E分别怎样变化？分别怎样变化？两个要点两个要点:U不变还是不变还是Q不变不变.三个关系三个关系:1. C=S/(4kd )2. CQ/U 3. E=U/d +QU-QS充电电容器中储存的能量充电电容器中储存的能量设平行板电容器电容为设平行板电容器电容为C，每个极板所带电荷，每个极板所带电荷量为量为Q，两个极板间电压为，两个极板间电压为U，则电容器极板，则电容器极板间储存的电场能量是多少？间储存的电场能量是多少？+QU-QSuqOQUq21122WQUCU练习练习1.某一电容器标注

21、的是：某一电容器标注的是：“300V，5F”，则下述说法正确的是，则下述说法正确的是A.该电容器可在该电容器可在300V以下电压正常工作以下电压正常工作B.该电容器只能在该电容器只能在300V电压时正常工作电压时正常工作C.电压是电压是200V时，电容仍是时，电容仍是5FD.电压超过电压超过300V，该电容器可能会被击，该电容器可能会被击穿穿【ACD】电容器的额定电压与击穿电压电容器的额定电压与击穿电压练习练习2.平行板电容器充电后与电源断平行板电容器充电后与电源断开开, 电容器所带电荷量为电容器所带电荷量为Q=410-8 C,两板电压为两板电压为U=2V.1.该电容器电容为多少？该电容器电容

22、为多少？2.因放电因放电,两板电压变为两板电压变为U=1V,该电容该电容为多少为多少?3.若再将两板距离变为原来的若再将两板距离变为原来的2倍倍,其其电压为多少？电压为多少？1. 210-8F 2. 210-8F 3. 2V练习练习5.平行金属板平行金属板A、B组成的电容器，组成的电容器，充电后与静电计相连充电后与静电计相连.要使静电计指针张要使静电计指针张角变大，下列措施中可行的是角变大，下列措施中可行的是A.将将B板向上平移少许板向上平移少许B.将将B板向右平移少许板向右平移少许C.在在A、B两板之间平行插入厚度小于极两板之间平行插入厚度小于极板间距的陶瓷板板间距的陶瓷板.D. 在在A、B之间平行插入之间平行插入厚度小于极板间距的铝板厚度小于极板间距的铝板【A 】AB练习练习4.如下图如下图,平行板电容器水平放置，平行板电容器水平放置，与电源相连，在两极板间有一带电微粒，与电源相连，在两极板间有一带电微粒，恰好处于静止状态若使微粒向上运动恰好处于静止状态若使微粒向上运动,可采取的措施是可采取