2024-2025学年高中物理第1章电场第7节了解电容器第8节静电与新技术教案粤教版选修3-1

PAGE9-第七节了解电容器第八节静电与新技术[学习目标]1.[物理观念]知道电容器的概念，相识常见的电容器，了解电容器的充、放电现象．(重点)2.[科学思维]理解电容的定义式并能进行有关计算．(重点)3.[科学思维]知道平行板电容器的确定因素，并会分析、解决平行板电容器的两类问题．(重点、难点)4.[科学看法与责任]了解静电现象，关注生活、生产中的静电现象，知道静电在技术上的应用及防止静电危害的方法．一、电容器和电容1．电容器：由两个相互靠近，彼此绝缘的导体组成，其间可以填充绝缘物质．2．电容器的充、放电过程充电过程放电过程过程示意电荷运动正电荷向A板移动，负电荷向B板移动正电荷由A板移向B板(或负电荷由B板移向A板)电流方向顺时针逆时针定义及能量的转化是使两个极板带上等量异种电荷的过程；从电源获得能量储存在电场中是使两个极板上电荷中和的过程；电场能转化为其他形式的能联系两个过程互逆，电容器的电量、能量变更趋势相反3.电容器的电容(1)定义：Q与U的比值，公式为C＝eq\f(Q,U)．(2)物理意义：表示电容器容纳电荷本事的物理量．(3)单位：1F＝106μF＝1012二、确定电容的因素1．试验探究由于平行板电容器的电容与多种因素有关，故可以实行限制变量法探究．2．平行板电容器的电容(1)平行板电容器的电容与两极板的正对面积成正比，与两极板间的距离成反比，并跟板间插入的电介质有关．(2)公式：C＝eq\f(εrS,4πkd)．3．电容器的两特性能指标(1)一个是它的电容量．(2)另一个是它的耐压实力，耐压值表示电容器正常运用时两个电极间所能承受的最大电压．三、静电与新技术1．静电在技术上的应用(1)静电在技术上有很多应用，比如激光打印、喷墨打印、静电除尘、静电喷涂、静电植绒、静电复印等．(2)静电除尘结构：将高压电源的正极接在金属圆筒上，负极接到悬挂在管心的金属线上．原理：正、负极间有很强的电场，使气体分子电离为电子和正离子．电子附着在空气中的尘埃上向着圆筒运动而积累到金属圆筒上，尘埃积累到肯定程度而落入下面的漏斗中．2．静电的防护：有些工厂的车间里空气保持适当的湿度，油罐车车尾装有一条拖在地上的铁链等．1．正误推断(1)电容器是储存电荷和电场能的元件． (√)(2)电容器的电容与电量成正比，与电压成反比． (×)(3)探讨电容器电容的试验，采纳的是限制变量法． (√)(4)家用电器接地线是防静电． (×)(5)静电除尘的原理是让灰尘带上电荷，然后在电场力的作用下奔向并吸附到异性电极上． (√)2．下列属于静电应用的是()A．油罐车后面装一条拖地的铁链B．汽修作业中的静电喷漆C．飞机轮上装搭地线D．印刷车间中保持适当的湿度B[油罐车在运输过程中，不断的相互摩擦，从而产生大量的静电，通过后面装一条拖地的铁链，刚好导走，这是防止静电危害，故A错误；汽修作业中的静电喷漆是利用静电，故B正确；飞机在飞行时，与空气摩擦产生大量的静电，所以着落时通过飞机轮上装搭地线，将静电导走，这是防止静电，故C错误；印刷车间中，纸张间摩擦产生大量静电，由于有肯定的湿度，能刚好导走静电，也是防止静电，故D错误；故选B.]3．(多选)对于给定的电容器，描述其电容C、电荷量Q、电压U之间的相应关系的图象正确的是()BC[对于一个给定的电容器，电容是确定的，不会随电荷量、电压的变更而变更；由电容的定义式可以知道，电荷量跟电容器两端的电压成正比，因而是过坐标原点的一条直线．]对电容器、电容的理解1．电容器是一个仪器，而电容是一个物理量，电容表征了电容器容纳电荷的本事，其数值等于使两极板间的电势差为1V时电容器须要带的电荷量．2．电容由电容器本身的构造确定，与Q、U无关．由公式C＝eq\f(εrS,4πkd)知，影响电容器电容大小的因素是电介质的相对介电常数εr、电容器两极板的正对面积S和两极板间的距离d.3．C＝eq\f(Q,U)与C＝eq\f(εrS,4πkd)的比较C＝eq\f(Q,U)是电容的定义式，对某一电容器来说，Q∝U但C＝eq\f(Q,U)不变，反映电容器容纳电荷本事的大小；C＝eq\f(εrS,4πkd)是电容器电容的确定式，C∝εr，C∝S，C∝eq\f(1,d)，反映了影响电容大小的因素．【例1】有一充电的电容器，两板间的电压为3V，所带电荷量为4.5×10－4C，[解析]由C＝eq\f(Q,U)得C＝eq\f(4.5×10－4,3)F＝1.5×10－4F电容器电压降为2V，电容不变，仍为1.5×10－4此时带电荷量为Q′＝CU′＝1.5×10－4×2C＝3×10－带电荷量减小ΔQ＝Q－Q′＝1.5×10－4[答案]1.5×10－4F1.5×10－4F减小1.5×10求解电容器的电容的两点留意(1)电容器的电容可以依据C＝eq\f(Q,U)或C＝eq\f(ΔQ,ΔU)求出，但电容器的电容是电容器的属性，与电容器所带电荷量Q以及两极板间的电压U均无关．(2)定义式的推广式C＝eq\f(ΔQ,ΔU)，在电压U变更问题中求电容更快捷．eq\a\vs4\al([跟进训练])训练角度1.对电容定义式的理解1．关于电容器的电容，下列说法正确的是()A．电容器不带电时，其电容为零B．电容器带电荷量越多，其电容越大C．电容器两极板间电压越低，其电容越小D．电容器的电容只由它本身的性质确定D[公式C＝eq\f(Q,U)是电容器电容的定义式，电容器的电容与U和Q均无关，只由它本身的性质确定，选项D正确．]训练角度2.C＝eq\f(Q,U)和C＝eq\f(εrS,4πkd)的比较2．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eq\f(1,2)d，其他条件不变，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()A．U2＝U1，E2＝E1 B．U2＝2U1，E2＝4E1C．U2＝U1，E2＝2E1 D．U2＝2U1，E2＝2E1C[当平行板电容器的其他条件不变，板间距离变为eq\f(1,2)d时，电容器的电容为C′＝eq\f(εrS,4πk\f(d,2))＝2C，又知电容器的带电量变为2Q，则得知U2＝eq\f(2Q,2C)，即U2＝U1.依据匀强电场中电势差与场强之间的关系式E＝eq\f(U,d)得E2＝eq\f(U2,\f(1,2)d)＝2E1，因此选项C正确，其他选项都错误．]关于平行板电容器的动态分析1．平行板电容器动态问题的分析方法抓住不变量，分析变更量，紧抓三个公式：C＝eq\f(Q,U)、E＝eq\f(U,d)和C＝eq\f(εrS,4πkd)2．平行板电容器的两类典型问题(1)平行板电容器始终连接在电源两端：电势差U不变．由C＝eq\f(εrS,4πkd)∝eq\f(εrS,d)可知C随d、S、εr的变更而变更．由Q＝UC＝U·eq\f(εrS,4πkd)，可知，当U不变时，Q也随d、S、εr的变更而变更．由E＝eq\f(U,d)∝eq\f(1,d)可知，当U不变时，E随d的变更而变更．(2)平行板电容器充电后，切断与电源的连接：电荷量Q保持不变．由C＝eq\f(εrS,4πkd)∝eq\f(εrS,d)可知C随d、S、εr的变更而变更．由U＝eq\f(Q,C)＝eq\f(4πkdQ,εrS)∝eq\f(d,εrS)可知，当Q不变时，U也随d、S、εr的变更而变更．由E＝eq\f(U,d)＝eq\f(Q,Cd)＝eq\f(4πkQ,εrS)∝eq\f(1,εrS)可知，E随S、εr的变更而变更，而与d无关．【例2】如图所示，A、B为两块竖直放置的平行金属板，G是静电计，开关S闭合后，静电计指针张开肯定角度．下述做法可使静电计指针张角增大的是()A．使A板向左平移以增大板间距离B．在A、B两板之间插入一块陶瓷板C．断开S后，使B板向左平移以减小板间距离D．断开S后，使B板向上平移以减小极板正对面积D[开关S闭合，电容器两端的电势差不变，则指针的张角不变，故A、B错误．断开S，电容器所带的电量不变，当B板向左平移减小板间距，依据平行板电容器的表达式可知电容增大，依据U＝eq\f(Q,C)知，电势差减小，则指针张角减小，故C错误．断开S，电容器所带的电量不变，使B板向上平移减小正对面积，电容减小，依据U＝eq\f(Q,C)知，电势差增大，则指针张角增大，故D正确．]分析电容器动态变更问题的三个步骤(1)明确电容器与电源的连接状况，从而确定是电压不变还是电荷量不变．(2)由C＝eq\f(εrS,4πkd)，依据εr、S、d的变更确定C的变更．(3)由C＝eq\f(Q,U)确定Q或U的变更，依据E＝eq\f(U,d)＝eq\f(4πkQ,εrS)推断E的变更．eq\a\vs4\al([跟进训练])3．(多选)如图所示，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，电容器已带电，则下列推断正确的是()A．增大两极板间的距离，静电计指针张角变大B．将A板略微上移，静电计指针张角变大C．若将玻璃板插入两板之间，则静电计指针张角变大D．若减小两板间的距离，则静电计指针张角变小ABD[电势差U变大(小)，指针张角变大(小).电容器所带电荷量肯定，由公式C＝eq\f(εrS,4πkd)知，当d变大时，C变小，再由C＝eq\f(Q,U)得U变大；当A板上移时，正对面积S变小，C也变小，U变大；当插入玻璃板时，C变大，U变小；当两板间的距离减小时，C变大，U变小，所以选项A、B、D正确．]静电现象的应用1．应用静电现象的基本原理一般是让带电的物质微粒在电场力作用下奔向并吸附到异性电极或带电体上，理解这一原理是解决这类问题的关键．2．强电场电离空气后，电子在电场力作用下向高电势运动，从而使微粒吸附电子而带负电．eq\a\vs4\al([跟进训练])4.(多选)如图为静电除尘器除尘机原理的示意图．尘埃在电场中通过某种机制带电，在电场力的作用下向集尘极迁移并沉积，以达到除尘的目的．下列表述正确的是()A．到达集尘极的尘埃带正电荷B．电场方向由集尘极指向放电极C．带电尘埃所受电场力的方向与电场方向相同D．同一位置带电荷量越多的尘埃所受电场力越大BD[集尘极与电源的正极相连带正电，放电极带负电，尘埃在电场力作用下向集尘极迁移，说明尘埃带负电荷，A项错误；电场方向由集尘极指向放电极，B项正确；带电尘埃带负电，因此所受电场力方向与电场方向相反，C项错误；同一位置电场强度肯定，由F＝qE可知，尘埃电荷量越多，所受电场力越大，D项正确．][物理观念]电容器平行板电容器静电的危害及防止[科学探究]1.会正确连接电路，仔细视察电容器的充放电过程．2．通过探究得出平行板电容器电容的影响因素．[科学思维]1.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．2．结合详细问题构建电容器动态分析模型．1．(多选)下列关于电容器和电容的说法中，正确的是()A．依据C＝eq\f(Q,U)可知，电容器的电容与其所带电荷量成正比，跟两板间的电压成反比B．对于确定的电容器，其所带电荷量与两板间的电压成正比C．无论电容器的电压如何变更(小于击穿电压且不为零)，它所带的电荷量与电压的比值都恒定不变D．电容器的电容是表示电容器容纳电荷本事的物理量，其大小与加在两板间的电压无关BCD[电容器的电容是表示电容器容纳电荷本事的物理量，是电容器的一种特性．一个电容器对应唯一的电容值，不能说电容器的电容与其所带电荷量成正比，与两极板间的电压成反比，因此A错误，C、D正确；由于电容是定值，由Q＝CU知，其所带电荷量与两板间的电压成正比，故B正确．]2．一个已充电的电容器，若使它的电荷量削减3×10－4C，则其电压减小为原来的eq\f(1,3)，则()A．电容器原来的带电荷量为9×10－4B．电容器原来的带电荷量为4.5×10－4C．电容器原来的电压为1VD．电容器的电容变为原来的eq\f(1,3)B[由题意知C＝eq\f(Q,U)＝eq\f(Q－3×10－4C,\f(1,3)U)，解得Q＝4.5×10－4C，故B正确，A错误；因电容器的电容未知，所以无法求出电容器原来的电压，C错误；电容是由电容器本身确定，跟电压和电荷量的变更无关，所以电容器的电容不变，D错误．]3.由于人们行走时鞋子和地板摩擦产生静电，带电的离子会在地板表面对空气中的灰尘产生吸引，对于电脑机房、电子厂等单位会造成肯定的影响，防静电地板又叫做耗散静电地板(如图所示)，当它接地或连接到任何较低电势点时，使电荷能够耗散，地板在施工中，地板下面要铺设铝箔，铝箔要连接到地下预埋导体，下列关于防静电地板的说法正确的是()A．地板下面要铺设铝箔的作用是防潮B．地板必需是绝缘体材料C．地板必需是导电的，如地板中含有导电纤维D．只要地板下面铺设铝箔，地板材料无所谓绝缘体或导体C[在该情景中，地板在施工中，地板下面要铺设铝箔，铝箔要连接到地下预埋导体就是要将地板上的静电导走，所以防静电地板必需是导电的，如地板中含有导电纤维，这样才能将静电通过地板下面铺设的铝箔导走，故选项C正确，A、B、D错误．]4．如图