知识讲解 静电感应 电容器
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初中物理静电学知识点归纳静电学是物理学的一个分支,研究的是静电现象和静电力。
在初中物理学中,我们也学习了一些与静电相关的知识。
本文将归纳整理初中物理中的静电学知识点,以帮助大家更好地理解和应用这些知识。
1. 静电的产生静电的产生是指物体在摩擦、接触或分离过程中,电荷的转移或重新分布现象。
常见的静电产生方式有摩擦电、接触电和电感应。
2. 电荷与物质电荷是物质的一种基本属性,分为正电荷和负电荷。
电荷之间存在着吸引和排斥的相互作用。
同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引。
3. 静电场静电荷周围形成静电场,静电场是指电荷作用在周围空间中,产生的电场力。
静电场是无形的,但可以通过场力线来描述。
场力线从正电荷出发,指向负电荷,线的密度表示场强大小。
4. 静电的传导与绝缘导体是电荷可以自由移动的物质,当导体与带电物体接触时,电荷会传导到导体上,使导体具有相同的电荷性质。
绝缘体是电荷不能自由移动的物质,无法导电。
5. 静电平衡静电平衡是指物体上的电荷分布达到稳定状态,不再发生电荷的转移。
静电平衡时,物体表面的电荷主要集中在表面,呈现出均匀分布的状态。
6. 电场的作用电场对其他带电物体或导体上的电荷有引力或斥力作用。
当被测的物体在电场中受到的力等于物体本身的重力时,该物体处于平衡状态,可以利用这一点来测量电场的强度。
7. 电容器电容器是由两个导体板和介质组成的装置。
当电容器带电时,两个导体板上的电荷量相等,但电荷符号相反。
常见的电容器有平行板电容器和球形电容器。
8. 静电感应静电感应是指受到外界带电物体的影响而发生电荷重新分布现象,导体上的电荷会被吸引或排斥。
利用静电感应,可以实现电荷的分离和静电的收集。
9. 静电的应用静电在生活中有许多应用。
例如,静电喷涂利用静电吸附的原理,将液体喷射成细小粒子,使其附着在物体表面;静电除尘器利用静电力将空气中的细小粒子吸附并去除。
10. 静电的危害虽然静电有一定的应用价值,但在某些情况下也会带来危害。
初中物理静电知识点总结静电现象包括:电荷的基本性质、电荷守恒、电力线、静电场、静电感应、库仑定律、静电力量、电容等。
1、电荷的基本性质电荷是物体带有的一种基本属性,分为正电荷和负电荷。
同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引。
2、电荷守恒定律在一个封闭的系统中,电荷的总量在任意条件下都保持不变。
3、电力线电力线是用来描述电场的图形化方法,它是从带正电的电荷流向带负电的电荷的线。
4、静电场静电场是由静电荷所产生的区域,在这个区域内其他带电物体可以受到静电力的作用。
5、静电感应静电感应是指当一个带电物体靠近另一个带电物体时,后者会受到影响,使得带电物体的电荷分布发生变化。
6、库仑定律库仑定律是描述电荷之间相互作用的力的定律,它表示带电物体之间的静电作用力与它们之间的距离的平方成反比,与它们的电荷量的乘积成正比。
7、静电力量带电物体之间的相互作用力称为静电力量。
8、电容电容是指导体在单位电压作用下贮存电荷的能力。
静电是我们日常生活中经常会遇到的一种现象,比如我们常常能看到人在走动时摩擦物体会产生静电,使得头发纠缠、气球悬浮等。
而在工业生产中,静电现象也可能会对生产造成影响,比如在粉末涂装过程中,静电会使得粉末非均匀分布,影响最终的涂装效果。
因此,对于静电的科学原理及其应用都有着重要意义。
静电现象是由于物体带电荷而产生的,而电荷的大小由物体上的自由电子数决定。
当两种材料摩擦时,它们会在分子或原子水平上发生相互作用,使得一种材料失去电子,成为带正电的,另一种材料获得电子,成为带负电的。
这种通过摩擦产生的静电称为摩擦电荷。
此外,物体也可以通过接触的方式进行充电,当带电物体与不带电物体接触时,带电物体的电荷会转移到不带电物体上,使得两者的电荷达到平衡。
静电现象与电场紧密相关,静电场是由静电荷所产生的区域。
在一个静电场中,带电粒子会受到静电力的作用。
静电力的大小与带电物体之间的距离以及它们的电荷量有关,并且满足库仑定律。
【本讲教育信息】一、教学内容电容和电容器本讲主要讲解电容、电容器的相关内容。
二、考点点拨电容、电容器的分析与计算主要是和带电粒子在电场中的运动,稳恒电路综合在一起考查,高考中在选择题和计算题都有出现。
三、跨越障碍 (一)静电感应1、静电感应:把导体放在外电场E 中,由于导体内的自由电子受电场力作用而定向移动,使导体的两端出现等量的异种电荷(近端感应出异种电荷,远端感应出同种电荷),这种现象叫静电感应。
2、静电平衡:发生静电感应的导体两端感应出的等量异种电荷形成一附加电场E ',当感应电荷的电场与外电场大小相等,即E =E '时,自由电子的定向移动停止,这时的导体处于静电平衡状态。
3、静电屏蔽(1)导体空腔(不论是否接地)内部的电场不受腔外电荷的影响。
(2)接地的导体空腔(或丝网)外部电场不受腔内电荷的影响。
例1:如图所示,把原来不带电的金属球壳B 的外表面接地,将一带正电q 的小球A 从小孔中放入球壳内,但不与B 发生接触,达到静电平衡后,则A. B 带负电B. B 的空腔内电场强度为零C. B 的内表面电场强度为2/r kq E = (r 为球壳内半径)D. 在B 的外面把一带负电的小球向B 移时,B 内表面电场强度变小解析:把金属壳接地时,金属壳B 和地球就可看成一个大导体。
相对小球A 来说,B 的内表面是近端,地球另一侧是远端,因此B 的内表面被A 感应而带负电(即B 带负电),地球另一侧带正电,所以A 选项正确;因为金属壳B 的内表面带负电,电场线由A 指向内表面,所以B 选项不正确;因为B 的内表面的电场强度等于A 球和B 内表面的负电荷形成的电场的叠加,可知B 的内表面场强2/r kq E >,所以C 项错;由于静电屏蔽的作用,当把一带负电的小球移向B 时,B 的内表面电场强度不变,故选A 。
答案:A(二)电容器、电容1、两个彼此绝缘又相互靠得很近的导体就是一个电容器。
拾躲市安息阳光实验学校2008高考物理复习第三单元电场中的导体电容器电容要点精析一、电场中的导体1、静电感应:把金属导体放在外电场E 中,由于导体内的自由电子受电场力作用而定向运动,使导体的两个端面出现等量的异种电荷,这种现象叫静电感应。
2、静电平衡:发生静电感应的导体两端感应的等量异种电荷形成一附加电场E',当附加电场与外电场完全抵消时,即E'=E 时,自由电子的定向移动停止,这时的导体处于静电平衡状态。
3、处于静电平衡状态导体的特点(1)导体内部的场强处处为零,电场线在导体内部中断。
(2)导体是一个等势体,表面是一个等势面。
(3)导体表面上任一点的场强方向跟该点的表面垂直。
(4)导体所带的净电荷全部分布在导体的外表面上。
4、解决静电平衡问题的一般方法(1)牢牢抓住静电平衡后的特点。
(2)若导体与地球接地或触摸导体可把导体和地球看成同一个等势体;一般取无穷远和地球的电势为需。
(3)根据电势高低,确定电荷移动方向二、电容器电容1、电容器:两个彼此绝缘而又互相靠近的导体,就组成电容器,如果两个导体是正对的、互相平行的金属板构成,这叫做平行板电容器。
2、电容:表示电容器容纳电荷本领(1)定义式:()Q QCU U∆==∆(2)平行板电容器电容:4SCkdεπ=(不要求应用此式计算问题)(3)一个有用的推导式:由,,4U Q SE C Cd U kdεπ===可推出E与QSε成正比,由此式可知:若Q不变则改变d,E不变。
3、处理平行板电容器类问题时应注意三点(1)平行板电容器充电后,板间电场为匀强电场(2)若电容器始终与电源相连,则两板间电压 U不变(3)若电容器充电后,与电源断开,则电量Q不变难点问答如何理解导体的“内部”和“外表面”?答:对于实心导体的“内部”和“外表面”很容易理解,但对于空心导体的“内部”和“外表面”在具体问题中所指不同。
如图所示,当场源电荷放在空心导体外面时,感应的电荷只能分布在外侧,空心的内侧就不会感应出电荷;当把源电荷放入空心导体的内部时,则感应电荷在两表面(此时都为外表面)都有分布。
静电容量和电容静电容量和电容是电学中常用的两个概念,它们在电路设计和电子设备中发挥着重要的作用。
本文将从理论和应用两个方面对静电容量和电容进行介绍和解释。
一、静电容量静电容量是指导体存储电荷的能力。
当导体上带有电荷时,它会形成电场,而静电容量就是导体上存储的电荷量和电场强度之比。
静电容量的单位是法拉(F),它的大小取决于导体的几何形状和材料特性。
静电容量与导体的形状有关。
例如,当我们将两个平行金属板之间加上电荷时,它们之间就会形成一个电场。
这两个金属板就构成了一个电容器,其静电容量与金属板的面积成正比,与板间距离成反比。
这也是为什么电容器的结构常常采用平行金属板的原因。
静电容量与导体的材料特性有关。
导体材料的介电常数越大,静电容量也越大。
介电常数是一个表示物质在电场中相对响应程度的物理量。
常见的导体材料如金属,其介电常数接近于1;而绝缘体材料如电容器中的介质,其介电常数通常大于1,因此电容器能够存储更多的电荷。
二、电容电容是指电容器的电容量。
电容是一种被动元件,用于存储电荷和能量。
它由两个导体之间的绝缘介质隔开,可以阻止电荷的直接流动。
电容器由两个导体板和介质组成,当在电容器的两个板上施加电压时,电容器会存储电荷,并产生电场。
电容的大小取决于电容器的静电容量以及施加的电压。
电容的计算公式为C=Q/V,其中C表示电容,Q表示电荷量,V表示电压。
从公式中可以看出,电容与电荷量成正比,与电压成反比。
这也意味着,给定电压下,电容器存储的电荷量越大,电容越大。
电容在电路中有广泛的应用。
例如,电容器可以用作滤波器,通过选择合适的电容值可以滤除电路中的噪声信号。
电容器还可以用作电源电压的稳压器,通过存储电荷来平稳输出电流。
此外,电容器还可以用于存储能量,如蓄电池和超级电容器。
总结静电容量和电容是电学中重要的概念。
静电容量是指导体存储电荷的能力,与导体的形状和材料特性有关。
电容是指电容器的电容量,由两个导体之间的绝缘介质隔开,用于存储电荷和能量。
静电容量和电容一、引言静电容量和电容是电学中常用的概念,它们在电路设计和电磁学中起着重要的作用。
本文将从静电容量和电容的定义、计算公式、影响因素以及应用等方面进行详细介绍。
二、静电容量的定义和计算静电容量是指导体存储电荷的能力,通常用单位电压下导体所带电荷量来表示。
静电容量的计算公式为 C = Q / V,其中C表示静电容量,Q表示导体所带电荷量,V表示导体上的电压。
静电容量的单位为法拉(F)。
三、电容的定义和计算电容是指电路中存储电荷的能力,它由两个导体之间的绝缘介质隔开。
电容的计算公式为C = ε × A / d,其中C表示电容,ε表示介质的介电常数,A表示导体板之间的面积,d表示导体板之间的距离。
电容的单位也是法拉(F)。
四、静电容量和电容的关系静电容量和电容在概念上非常相似,都是用来描述导体存储电荷的能力。
然而,它们在计算公式和应用上有所不同。
静电容量主要用于描述导体自身的电荷存储能力,而电容则涉及到导体之间的绝缘介质。
在电路设计中,常常需要通过串联或并联的方式来改变电容的值,以满足特定的电路要求。
五、影响静电容量和电容的因素静电容量和电容的大小受多个因素影响。
首先,导体的形状和尺寸对静电容量和电容有直接影响。
导体的面积越大,静电容量和电容就越大。
导体之间的距离越小,静电容量和电容也越大。
其次,介质的介电常数对电容的大小起着重要作用。
介电常数越大,电容就越大。
此外,温度对电容的影响也需要考虑,一般情况下,温度升高会导致电容减小。
六、静电容量和电容的应用静电容量和电容在电路设计和电磁学中有广泛的应用。
在电路设计中,电容经常被用作滤波器、耦合器和延时器等元件。
在电磁学中,电容常被用于构建天线和电容传感器等装置。
此外,静电容量还被广泛应用于静电纺丝、静电喷涂和静电除尘等领域。
七、结论静电容量和电容是电学中重要的概念,它们用于描述导体存储电荷的能力。
静电容量主要用于描述导体自身的电荷存储能力,而电容则涉及到导体之间的绝缘介质。
静电计的工作原理静电计是一种用于测量静电荷量的仪器,其工作原理基于静电感应和电荷分布的原理。
本文将从静电计的基本原理、结构组成、工作过程、应用领域和发展前景等方面进行详细介绍。
一、静电计的基本原理1.1 静电感应原理:静电计通过感应静电荷量的大小,利用电场的作用力来测量电荷量。
1.2 电荷分布原理:静电计内部的电荷分布会随着外部静电荷的变化而发生变化,从而实现电荷的测量。
1.3 应用静电场:静电计利用静电场的特性来测量电荷量,通过电场力的作用来实现电荷的定量测量。
二、静电计的结构组成2.1 电容器:静电计内部通常包含一个电容器,用于存储电荷并测量电荷的大小。
2.2 电场传感器:静电计中还包含一个电场传感器,用于感应外部静电场的变化并转化为电信号。
2.3 信号处理器:静电计还包含一个信号处理器,用于处理传感器传来的信号并计算出电荷的大小。
三、静电计的工作过程3.1 外部电荷感应:当外部有静电荷挨近静电计时,静电计内的电荷分布会发生变化。
3.2 电场传感器感应:电场传感器会感应到外部静电场的变化,并将信号传递给信号处理器。
3.3 电荷测量计算:信号处理器会根据传感器传来的信号计算出电荷的大小,并显示在仪器上。
四、静电计的应用领域4.1 科学研究:静电计广泛应用于物理、化学等领域的静电荷量测量和研究。
4.2 工业生产:静电计可以用于静电除尘、静电喷涂等工业生产过程中的静电控制。
4.3 医学领域:静电计还可以应用于医学领域的生物电荷测量和研究。
五、静电计的发展前景5.1 精度提升:随着技术的不断进步,静电计的测量精度将会不断提升。
5.2 多功能化:未来的静电计可能会具备更多功能,如温度测量、湿度测量等。
5.3 应用领域拓展:静电计的应用领域将会不断拓展,涉及更多领域的静电荷量测量和控制。
综上所述,静电计是一种基于静电感应和电荷分布原理工作的仪器,具有广泛的应用领域和发展前景。
通过不断的技术创新和研究,静电计将在未来发挥更加重要的作用。
静电现象与电容器【学习目标】1、知道静电平衡状态,理解静电平衡状态下导体的特征;2、了解静电屏蔽的意义和实际运用;3、了解电容器的构造,理解电容器的电容的意义和定义,知道电容器的一些运用;4、理解平行板电容器的电容的决定式的意义,掌握电容器的两种不同变化.【要点梳理】知识点一:静电平衡状态及其特点1、静电平衡状态:要点诠释:(1)静电平衡状态的定义:处于静电场中的导体,当导体内部的自由电荷不再发生定向移动时,我们说导体达到了静电平衡状态.(2)静电平衡状态出现的原因是:导体在外电场的作用下,两端出现感应电荷,感应电荷产生的电场和外电场共同的作用效果,使得导体内部的自由电荷不再定向移动.(导体内部自由电荷杂乱无章的热运动仍然存在着)电场中的导体及电容器的应用】2、导体达到静电平衡的条件:要点诠释:(1)导体内部的场强处处为零.导体内部的场强E是外电场E0和感应电荷产生的场E/的叠加,即E是E0 和E/ 的矢量和.当导体处于静电平衡状态时,必定有感应电荷的场与外电场大小相等、方向相反,即:E0 =-E/ .(2)处于静电平衡状态的导体,其表面上任何一点的电场强度方向与导体表面垂直,表面场强不一定为零.如果导体表面的场强不与导体表面垂直,必定存在着一个切向分量,这个切向分量就会使得导体表面的自由电荷沿着表面切线方向运动,那么,导体所处的状态就不是平衡状态,与给定的平衡状态相矛盾,所以导体表面的场强方向一定与导体表面垂直.(3)导体是一个等势体,导体表面构成一个等势面.无论是在导体内部还是在导体的表面上或者是由导体的内部到表面上移动电荷,电场力都不做功,这就说明了导体上任何两处电势差为零,即整个导体处处等势.(4)电荷只分布在导体的外表面,且“尖端”电荷密度大.①导体内部没有电荷,电荷只分布在导体的外表面;②导体表面越尖锐的地方电荷密度越大,凹陷的地方几乎没有电荷.■知识点二:静电屏蔽及其应用和防护要点诠释:(1)静电屏蔽:将电学仪器用金属外壳或者金属网包围起来,以防止外电场对它的影响,金属网或者金属壳的这种作用就叫做静电屏蔽.(2)静电屏蔽的应用和防护:①为防止外界电场的干扰:有些电子设备的外壳套有金属壳,通讯电缆的外层包有一层金属网来进行静电屏蔽.②静电屏蔽也可能带来不利的影响:如航天飞机、飞船返回地球大气层时,由于飞船与大气层的高速摩擦而产生高温,在飞船的周围形成一层等离子体,它对飞船产生静电屏蔽作用,导致地面控制中心与飞船的通信联系暂时中断.对宇航员来说,这是一个危险较大的阶段. 知识点三:电容器及其电容 1、电容器 要点诠释:(1)定义:任何两个彼此绝缘又互相靠近的导体,构成是一个电容器. (2)电容器的充、放电:电容器有携带电荷、储存电荷的能力电容器充电:使电容器带电的过程,也是电源的能量转化为电场能的过程.电容器放电:使电容器上的电荷减少的过程,也是电场能转化为其它形式能的过程. 瞬间的充、放电过程电路中有电流通过,平衡后两板带等量异种电荷. 2、电容器的电容 要点诠释:(1)电容的物理意义:是描述电容器储存电荷本领大小的物理量. (2)电容器电容的定义:电容器所带电量的绝对值与所加电压的比值,用字母C 表示.定义式:C QU=,其中Q 为其中一个导体所带电量的绝对值,U 为两个导体之间的电压. 单位:国际单位是法拉,简称法,用F 表示,常用的单位还有微法F μ和皮法pF ,换算关系是61211010F F pF μ==(3)平行板电容器的电容:C=4skdεπ 式中k 为静电力常量,k=9.0×109 N·m 2/C 2,介电常数ε由两极板之间介质决定. (4)电容器的分类:从构造上分:固定电容和可变电容从介质上可分为:空气电容,纸质电容,电解电容,陶瓷电容、云母电容等等.电场中的导体及电容器的应用】知识点四:平行板电容器中各物理量之间的关系 要点诠释:电容器和电源连接如图,改变板间距离、改变正对面积或改变板间电介质材料,都会改变其电容,从而可能引起电容器两板间电场的变化.这里一定要分清两种常见的变化:(1)电键K 保持闭合,则电容器两端的电压恒定(等于电源电动势)这种情况下 1=CU C, C=,4s s U Q E kd d d dεεπ∝∝=∝ (2)充电后断开K ,保持电容器带电量Q 恒定 这种情况下1C=,,4s s Q d U U E kd d C s d sεεπεε∝=∝=∝■ 【典型例题】类型一、对感应电荷产生的场的理解例1、如图所示,在离点电荷Q 为r 处,有一个沿r 方向放置的细金属棒,金属棒长度为L ,A 为棒的中心,当金属棒达到静电平衡时,导体内A 点的电场强度为____,感应电荷在A 点产生的电场强度为____.【答案】0;2kQ()2L r +,方向向左. 【解析】导体内部的场强是由于外电场和感应电荷产生的电场叠加后变成0的.点电荷的电场属于外电场.根据点电荷的场强公式,02kQ()2E L r =+,方向向右.则感应电荷在A 点产生的电场强度与该点的外电场大小相等、方向相反,所以感应电荷在该点产生的电场大小为:2kQ()2L r +,方向向左.【点评】要理解导体处于电场中,导体内部既有外电场又有感应电荷的电场,在静电平衡状态时,感应电荷产生的电场与外电场大小相等、方向相反,互相抵消,合场强为零,是解决这类题的关键. 举一反三电场中的导体及电容器的应用】【变式】图中接地金属球A 的半径为R ,球外点电荷的电量为Q ,到球心的距离为r .该点电荷的电场在球心的场强等于()【答案】D ■类型二、静电感应及静电平衡状态例2、如图所示,在真空中把一个绝缘导体AB 向带负电荷的小球P 缓慢地靠近的过程中,下列说法正确的是:( )A 、B 端的感应电荷越来越多22222Q Q Q Q Q A k -k B k +k C 0 D k r R r R r 、、、、B、导体内部的场强越来越大C、导体的感应电荷在M点的电场强度总大于N点产生的电场强度D、导体中M,N两点的电势近似相等【答案】ACD【解析】当导体缓慢移近小球的过程中,在动态过程由于导体所在位置的外电场不断变化,导体内的电场强度不为0,使导体内自由电荷不断地发生定向移动,从而使A、B端感应电荷不断积累,A选项正确;由于导体缓慢移动,而静电感应过程发生的非常快,所以导体AB可以近似认为趋近于静电平衡,其内部场强趋近于0,但不等于0,选项B错;由于导体内部的合场强趋近于0,感应电荷在M、N两点产生的场强与点电荷在这两点产生的场强方向相反,大小几乎相等,由于M点离场源电荷更近,外电场场强更大,所以选项C正确;由于导体始终可以看成近似达到静电平衡状态,导体近似为一个等势体,选项D正确.【点评】理解好知识要点梳理中导体达到静电平衡的条件是分析问题的关键.处于静电平衡状态的导体,离场源电荷较近的感应出异种电荷,较远的感应出同种电荷;用手触摸某导体任何部分,其实就是导体通过人体与大地构成一个大导体,此时原来的导体离场源电荷较近,感应出异种电荷.举一反三电场中的导体及电容器的应用】【变式】如图所示,枕形导体A、B原来不带电,把一个带正电的带电体移到A端附近,由于静电感应,在A、B两端分别出现感应电荷,当达到静电平衡时()A、枕形导体A端电势比B端低B、枕形导体A端电势比B端高C、用手摸一下枕形导体,A端电势比B端低D、无论是否用手摸枕形导体,A端电势与B端电势都相等【答案】D■类型三、对电容的理解例3、下列关于电容的说法正确的是:()A、电容器的电容越大,带的电量越多B、电容器的电容在数值上等于电容器升高单位电势差所带电量的增量C、根据CQU=可知,电容器的电容跟电容器的电量成正比,跟它两极间的电压成反比D、在击穿电压以下,无论电容器的电量如何,它所带的电量与电压的比值是不变的【答案】BD【解析】由电容的定义知道,电容器带电量的多少Q CU=,它不仅取决于电容的大小,还与加在电容器两板之间的电压有关,很大的电容,带电量可以是很少的,故选项A错误;由电容的定义CQ QU U∆==∆知道,选项B正确;电容描写了电容器储存电荷的特性,与带电量的多少及电压没有关系,所以选项C错误,选项D正确.【点评】凡是比值定义式,被定义的量C与用来定义的量Q、U没有关系,例如场强、电势、电阻、密度等.举一反三【变式1】描述对给定的电容器充电时,电量Q 、电压U ,电容C 之间的相互关系图象如图所示,其中错误的是()【答案】A【变式2】关于电容器的下列说法中,正确的是:( ) A 、 改变电容器两极板电压可以改变电容 B 、改变电容器极板的电量可以改变电容 C 、变电容器两极板正对面积可以改变电容 D 、变电容器中的电介质可以改变电容 【答案】CD类型四、电容的定量计算例4、平行板电容器所带的电荷量为8Q 410C -⨯=,电容器两板间的电压为U =2V ,则该电容器的电容为 ;如果将其放电,使其所带电荷量为原来的一半,则两板间的电压为 ,两板间电场强度变为原来的 倍,此时平行板电容器的电容为 . 【答案】882101V 1/2210F F --⨯⨯、 、 、【解析】由电容器电容的定义式得:88410F 210F 2Q C U --⨯===⨯,电容的大小取决于电容器本身的构造,与电容器的带电量无关,故所带电荷量为原来一半时,电容不变.而此时两极板间的电压为:V U C Q C Q U 1212///====,板间为匀强电场,由场强与电压关系可得:E d Ud U E 2121//===【点评】(1)电容器的电容是由电容器本身的结构决定的,C 与Q 和U 无关;(2)QC U=中,Q 是指电容器一个极板所带电荷量的绝对值;(3)由公式Q C U =可推出QC U∆=∆举一反三【变式】一个电容器带电量为Q 时,板间电势差为U ,当它的电量减少6310C -⨯时,板间电势差降低2210V ⨯,此电容器的电容为____;若U=400V ,此时电容器的带电量是____________.【答案】261.510,610F C μ--⨯⨯ 类型五、电容器动态变化问题例5、(2015 吉林一中期中考)如图所示,A 、B 是平行板电容器的两个极板,B 板接地,A 板带有电荷量+Q ,板间电场中有一固定点P ,若将B 板固定,A 板下移一些;或者将A 板固定,B 板上移一些,在这两种情况下,以下说法中正确的是( )A .A 板下移时,P 点的电场强度不变,P 点电势不变B .A 板下移时,P 点的电场强度不变,P 点电势升高C .B 板上移时,P 点的电场强度不变,P 点电势降低D .B 板上移时,P 点的电场强度减小,P 点电势降低【答案】AC 【解析】根据 C=4s kd επ、=Q U C 、=UE d三式联立可得:4 =kQ E s πε。
高二物理静电原理知识点静电现象是物理学中重要的一部分,指的是物体之间发生的带电现象。
静电主要与电荷有关,电荷是物质所带的属性,分为正负两种。
在静电现象中,正电荷和负电荷之间产生吸引力或排斥力,这是由于它们之间的电场相互作用所导致的。
一、电荷和元素电荷在电荷的概念中,我们引入了元素电荷的概念。
元素电荷是电荷的最小单位,通常表示为e,其数值约为1.6×10^-19库仑。
原子核中带正电的质子和带负电的电子都是具有元素电荷的粒子。
质子的电荷为+e,电子的电荷为-e。
原子中质子数与电子数相等,因此原子的净电荷为零。
二、静电荷和静电力当物体带有静电荷时,我们称其为带电体。
根据电荷的性质,带电体可以分为正带电体和负带电体。
同种电荷之间的相互排斥,不同种电荷之间的相互吸引。
这种相互作用称为静电力。
三、电场和电场强度电荷周围存在一个影响区域,称为电场。
电场是由电荷产生的,可以通过电场力线表示。
电场的强弱取决于电荷的大小和距离,离电荷越近电场越强。
电场强度E定义为单位正电荷在某一点受到的电场力。
四、高斯定理高斯定理是电学中的重要定理之一,从数学上描述了电场的情况。
高斯定理表明,通过任意闭合曲面的电通量等于该曲面所包围电荷的代数和的1/ε₀(ε₀表示真空中的电介质常数)。
五、电场中的电势能和电势差在电场中,电荷具有电势能。
电势能是指电荷在电场中由于位置发生变化而具有的能量。
电势差是指单位正电荷从一个点移动到另一个点时,电势能的变化。
电势差等于单位正电荷从一个点到另一个点时所做的功。
六、电容和电容器电容指的是电荷与电势之间的关系。
电容器是能够存储电荷的装置。
电容是指电容器对单位电压的响应能力,其计量单位为法拉(F)。
七、静电感应和静电屏蔽静电感应是指当一物体靠近带电体时,由于电荷重新分布,使物体上的电荷分布发生改变。
静电屏蔽是指用导体将带电体与外部环境隔离开,以减少或消除电荷对外界的影响。
八、静电除尘和静电喷涂静电除尘是利用带电粒子对灰尘进行吸附和收集的方法。
第3讲电容及电容器姓名学校日期知识点一静电现象的应用一、静电感应:E中,由于导体内的自由电子受电场力作用定向移动,使得导体两端出现等量的异1.把金属导体放在外电场外种电荷,这种由于导体内的自由电子在外电场作用下重新分布的现象叫做静电感应。
(在靠近带电体端感应出异种电荷,在远离带电体端感应出同种电荷).由带电粒子在电场中受力去分析。
静电感应可从两个角度来理解:①根据同种电荷相排斥,异种电荷相吸引来解释;②也可以从电势的角度来解释,导体中的电子总是沿电势高的方向移动.二、静电平衡状态下导体的电场1.导体内没有自由电子的_________________的状态叫做_______________状态。
2.静电平衡状态的特点:(1)导体内部的___________处处为零。
这是外加电场与__________电荷产生的电场相互叠加的结果。
(2)表面上任何一点的场强方向跟该点的表面_______________________。
(3)电荷只能分布在导体的__________________上。
(4)静电平衡状态下的导体是个____________________,其表面是个________________。
三、导体与电荷的分布1.处于____________状态的导体,电荷只分布在导体的外表面上。
2.在导体表面越_____________的位置,电荷密度(单位面积的电荷量)___________,凹陷的位置几乎没有_______________。
3.导体尖端附近的电场___________,空中残留的带电粒子在强电场的作用下发生强烈的运动,把空气中的气体分子撞“散”,也就是使分子中的正、负电荷分离,这种现象叫做空气的______________。
4.尖端放电:空气中的___________分子被电离后变成负电的__________和失去电子而带正电的__________,这些带电粒子在强电场的作用下加速、撞击空气中的分子从而产生更多带电粒子,那些所带电荷尖端,与尖端上的电荷_____________,这相当于导体从尖端____________电荷。
第七节静电现象的应用一、静电感应与静电平衡1.静电感应现象:将一不带电的金属导体ABCD放到场强为E的电场中,导体内的自由电子在电场力的作用下向电场线的反方向移动,使导体的一侧聚集负电荷,导体另一侧聚集等量的正电荷,这种现象就是静电感应现象。
2.静电平衡状态:金属导体中自由电子受到导体周围电场的电场力作用后向左移动,在右侧出现多余的正电荷,导体两侧正、负电荷在导体内部产生与原电场方向相反的电场,因与原来的电场方向相反,叠加的结果是使原场强逐渐减弱,直至导体内部各点的合场强等于零为止,于是导体内的自由电子不再发生定向移动,我们就说导体达到了静电平衡状态。
3.静电平衡状态下导体的特点:(1)内部场强处处为0(2)整个导体是一个等势体,表面是一个等势面(3)表面处的场强不为零,方向跟导体表面垂直。
4.静电平衡状态下导体的电荷分布:(1)处于静电平衡状态的导体内部没有净电荷,净电荷只分布在导体外表面上(2)静电平衡时,净电荷在导体表面的分布往往是不均匀的,越尖锐的地方,净电荷分布的密度越大,外部附近的场强也越强,凹陷的位置几乎没有电荷(3)“远近端”电荷的电性相反,电荷量相等。
二、尖端放电1.空气的电离导体尖端的电荷密度很大,附近的电场很强,空气中残留的带电粒子在强电场的作用下发生剧烈的运动,把空气中的气体分子撞“散”,也就是使分子中的正负电荷分离,这个现象叫作空气的电离。
2.尖端放电中性分子电离后变成带负电的自由电子和失去电子而带正电的离子,这些带电粒子在强电场的作用下加速,撞击空气中的分子,使它们进一步电离,产生更多的带电粒子.那些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,这相当于导体从尖端失去电荷,这个现象叫作尖端放电。
3.尖端放电的应用和防止应用:避雷针是利用尖端放电避免建筑物遭受雷击的设备,另外燃气灶中的电子打火器的放电电极做成针状,加上电压时更容易产生电火花。
电场中的导体、电容器知识简析一、电场中的导体1、静电感应:把金属导体放在外电场E外中,由于导体内的自由电子受电场力作用定向移动,使得导体两端出现等量的异种电荷,这种由于导体内的自由电子在外电场作用下重新分布的现象叫做静电感应。
(在靠近带电体端感应出异种电荷,在远离带电体端感应出同种电荷).由带电粒子在电场中受力去分析。
静电感应可从两个角度来理解:①根据同种电荷相排斥,异种电荷相吸引来解释;②也可以从电势的角度来解释,导体中的电子总是沿电势高的方向移动.2.静电平衡状态:发生静电感应后的导体,两端面出现等量感应电荷,感应电荷产生一个附加电场E附,这个E附与原电场方向相反,当E附增到与原电场等大时,(即E附与E外),合场强为零,自由电子定向移动停止,这时的导体处于静电平平衡状态。
注意:这没有定向移动而不是说导体内部的电荷不动,内部的电子仍在做无规则的运动。
3.处于静电平衡状态的导体的特点:(1)内部场强处处为零,电场线在导体内部中断。
导体内部的电场强度是外加电场和感应电荷产生电场这两种电场叠加的结果.表面任一点的场强方向跟该点表面垂直。
(因为假若内部场强不为零,则内部电荷会做定向运动,那么就不是静电平衡状态了)(2)净电荷分布在导体的外表面,内部没有净电荷.曲率半径小的地方,面电荷密度大,电场强,这一原理的避雷针(因为净电荷之间有斥力,所以彼此间距离尽量大,净电荷都在导体表面)(3)是一个等势体,表面是一个等势面.导体表面上任意两点间电势差为零。
(因为假若导体中某两点电势不相等,这两点则有电势差,那么电荷就会定向运动).4.静电屏蔽处于静电平衡状态的导体,内部的场强处处为零,导体壳(或金属网罩)能把外电场“遮住”,使导体内部区域不受外部电场的影响,这种现象就是静电屏蔽.二、电容、电容器、静电的防止和应用电容器:是一种电子元件,构成:作用:容纳电荷;电路中起到隔直通交(高频);充、放电的概念。
电容:容纳电荷本领,是电容器的基本性质,与是否带电、带电多少无关。
第三讲静电屏蔽和电容器一、静电屏蔽1. 静电感应把金属导体放在外电场E外中,由于导体内的自由电子受电场力作用产生定向移动,使得导体两端出现等量的异种电荷,这种由于导体内的自由电子在外电场力作用下重新分布的现象叫作静电感应;在靠近带电体端感应出异种电荷,在远离带电体端感应出同种电荷;由带电粒子在电场中受力去分析;静电感应可从两个角度来理解:①根据同种电荷相排斥,异种电荷相吸引来解释;②也可以从电势的角度来解释,导体中的电子总是沿电势高的方向移动;例1.如图所示,A、B是两个带有绝缘支架的金属球,它们原来均不带电,并彼此接触.现使带负电的橡胶棒C靠近A C与A不接触,然后先将A、B分开,再将C移走.关于A、B的带电情况,下列判断正确的是 AA.A带正电,B带负电 B.A带负电,B带正电C.A、B均不带电 D.A、B均带正电2. 静电平衡1静电平衡发生静电感应后的导体,两端面出现等量感应电荷,在导体内部,感应电荷产生一个附加电场E附,这个E附与原电场方向相反,当E附增大到与原电场等大时,导体内合场强为零,自由电子定向移动停止,这时的导体处于静电平衡状态; 2处于静电平衡状态下的导体的特点①内部场强处处为零,电场线在导体内部中断;导体内部的电场强度是外加电场和感应电荷产生的电场这两种电场叠加的结果;②整个导体是等势体,表面是个等势面;导体表面上任意两点间电势差为零;因为假如导体中某两点电势不相等,则这两点有电势差,那么电荷就会定向运动③表面上任何一点的场强方向都跟该点表面垂直;因为假如不是这样,场强就有一个沿导体表面的分量,导体上的电荷就会发生定向移动,这就不是平衡状态了④净电荷分布在导体的外表面,越尖锐的位置,电荷的密度越大,凹陷的位置几乎没有电荷,内部没有净电荷;曲率半径小的地方,面电荷密度大,电场强,这是避雷针的原理;3. 尖端放电1空气的电离:导体尖端电荷密度大,电场很强,带电粒子在强电场作用下剧烈运动撞击空气分子,从而使分子的正负电荷分离的现象;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,相当于导体从尖端失去电荷的现象;例2.一个球形金属导体,处于静电平衡状态时 AA.导体内部没有净电荷. B.导体内部任意两点间的电势差不一定为零C.导体内部的场强不一定处处为零 D.在导体表面上,电场线可以与导体表面成任意角4. 静电屏蔽1定义:把一个电学仪器放在封闭的金属壳里,即使壳外有电场,由于壳内场强保持为零,外电场对壳内的仪器也不会产生影响的现象;2静电屏蔽的两种情况及本质①导体内部不受外部电场的影响;②接地的封闭导体壳内部电场对壳外空间没有影响;本质:两种情况中,屏蔽的本质是静电感应,使得某一部分空间场强为零,不受电场影响;例3.长为L的导体棒原来不带电,现将一带电量为+q的点电荷放在距导体棒左端R处,如图所示,当导体棒达到静电平衡后,棒上感应电荷在棒内中点处产生的场强大小等于________,方向________;例2.将悬挂在细线上的带正电的小球A放在不带电的金属空心球C内不与球接触,另有一个悬挂在细线上的带负电的小球B向C靠近,如图所示,于是有 BA. A向左偏离竖直方向,B向右偏离竖直方向B. A的位置不变,B向右偏离竖直方向C. A向左偏离竖直方向,B的位置不变D. A和B的位置都不变二、电容器1.电容器1定义:两块彼此绝缘且又相互靠近的导体就组成一个电容器,电容器可以容纳电荷.2充放电过程:充电:使电容器带电的过程,充电后电容器两极板带上等量的异种电荷,充电过程实质上是电源逐步把正电荷从电容器的负极板移到正极板的过程,由于正、负两极板间有电势差,所以电源需要克服电场力做功,正是电源所做的这部分功以电能的形式储存在电容器中,所以电容器中储存电场能;放电:使充电后的电容器失去电荷的过程,放电过程中电场能转化为其他形式的能;3.电容1定义:电容器所带的电荷量是指一个极板所带电荷量的绝对值与电容器两极板间电压的比值.2公式:/=,单位:法拉;612C Q U==.1F10μF10PF3物理意义:电容反映电容器容纳电荷的本领的物理量,和电容器是否带电无关.4制约因素:电容器的电容与Q U、的大小无关,是由电容器本身情况决定,对一个确定的电容器,它的电容是一定的,与电容器是否带电及带电多少无关.注意:由QC=知,对确定的电容器,Q与U成正比,比值不变;对不同的电容器,U相U同时,Q越大,则C越大,因此说C是反映电容器容纳电荷本领的物理量.二、平行板电容器的电容1.决定因素:C 与极板正对面积、介质的介电常数成正比,与极板间距离成反比.2.公式:4S C kdεπ=,式中k 为静电力常量. 3.Q C U =与4S C kd επ=的比较 1公式Q Q C U U∆==∆是电容的定义式,对任何电容器都适用.对一个确定的电容器其电容已确定,不会随其带电量的改变而改变,电容大小由电容器本身的因素决定,是用来表示电容器容纳电荷本领的物理量.2公式4S C kdεπ=是平行板电容器电容的决定式,只对平行板电容器适用.电容C 随S d ε、、等因素的变化而变化.三、平行板电容器的动态分析1.平行板电容器变化的两种模式1电容器两极板电势差U 保持不变与电源连接.2电容器的带电量Q 保持不变与电源断开.2.进行讨论的物理依据主要是三个1平行板电容器的电容与极板距离d ,正对面积S ,电介质的介电常数ε间的关系SC d ε∝.2平行板电容器内部是匀强电场,U E d =3电容器所带电量Q CU =3.平行板电容器动态分析的基本步骤1认清分析的前提是Q 与U 中的哪个量恒定不变:一是电容器两板间的电势差U 保持不变与电源连接;二是电容器所带的电荷量Q 保持不变与电源断开.2用决定式4S C kd επ=判断电容C 的变化趋势. 3由定义式Q C U =判断Q 与U 中会发生变化的那个量的变化趋势. 4由UE d =常用于U 不变时或Q E S ∝ 常用于Q 不变时分析场强的变化. 因为4U Q kQ E d Cd S πε===,所以Q E S∝ 5由F qE =分析电场中的点电荷受力变化,进一步分析其运动状态.例如:合力为零时,带电体将处于静止或匀速直线运动状态;合力方向与初速度方向在同一直线上时,带电体将被加速或减速初速为零必加速;合力恒定且方向与初速度方向垂直时,带电体将做类平抛运动等.6选定某一极板为零电势,用U Ed '=±计算场中某点的电场以及判断其变化,其中d '为该点到零电势极板的垂直距离,当该点垂直指向零电势极板的方向与电场方向相同时取“+”,反之取“-”.进一步判断场中任意两点间的电势差ab a b U ϕϕ=-,由E q ϕ=确定点电荷q 在该点的电势能E 的变化,此时要注意E q 、和ϕ都有正负之分.例1.关于电容器和电容,下列说法中正确的是 CA.电容器的电容越大,则所带电荷量越多B.电容器不带电荷时,其电容为零C.对一个确定的电容器来说,其电容与带电情况无关,是个定值D.由Q C U =可知C 与Q 成正比,C 与U 成反比例2. 已知一平行金属板电容器带电量为2×10-3C,两板间的电势差为2V,若使电容器的带电量增至4×10-3C,则电容器的电容为 BA. 1×103FB. 1×10-3FC. 2×10-3FD. 2×103F 例3一平行板电容器两极板间距为d 、极板面积为S ,电容为0/S d ε,其中0ε是常量.对此电容器充电后断开电源.当增加两板间距时,电容器极板间 AA .电场强度不变,电势差变大B .电场强度不变,电势差不变C .电场强度减小,电势差不变D .电场强度减小,电势差减小例4如图所示,电子由静止开始从A 板向B 板运动,当到达B 板时速度为v ,保持两板间的电压不变则 CDA .当增大两板间距离时,v 增大B .当减小两板间距离时,v 增大C .当改变两板间距离时,v 不变D .当增大两板间距离时,电子在两板间运动的时间变长例5将平行板电容器两极板之间的距离、电压、电场强度大小和极板所带的电荷分别用d 、U 、E 和Q 表示,下列说法正确的是 ADA. 保持U 不变,将d 变为原来的两倍,则E 变为原来的一半B. 保持E 不变,将d 变为原来的一半,则U 变为原来的两倍C. 保持d 不变,将Q 变为原来的两倍,则U 变为原来的一半D. 保持d 不变,将Q 变为原来的一半,则E 变为原来的一半例6.如图所示,将平行板电容器两极板分别与电池正、负极相接,两极板间一带电液滴恰好处于静止状态,现贴着下极板插入一定厚度的金属板,则在插入过程中下列选项正确的是DA. 电容器的带电荷量不变B. 电路将有顺时针方向的短暂电流C. 带电液滴仍将静止D. 带电液滴将向上做加速运动作业:1.如图所示,平行板电容器的两个极板与水平地面成一角度,两极板与一直流电源相连.若一带电粒子恰能沿图中所示水平直线通过电容器,则在此过程中,该粒子BDA.所受重力与电场力平衡B.电势能逐渐增加C.动能逐渐增加D.做匀变速直线运动2、用控制变量法,可以研究影响平行板电容器的因素如图.设两极板正对面积为S,极板间的距离为d,静电计指针偏角为θ.实验中,极板所带电荷量不变,若 A A.保持S不变,增大d,则θ变大B.保持S不变,增大d,则θ变小C.保持d不变,减小S,则θ变小D.保持d不变,减小S,则θ不变3.多选平行板电容器充电后与电源断开,负极板接地,在两极板间有一正电荷电量很小固定在P点,如图所示,以E表示两极板间的电场强度,U表示电容器两极间的电压;W表示正电荷在P 点的电势能.若保持负极板不动,将正极板移到图中虚线所示的位置,则 ACA.U变小,E不变 B.E变大,W变大C.U变小,W不变 D.U不变,W不变。
静电电容的基本原理静电电容是电学中非常重要的一个概念,它是指物质存储电能的能力。
在许多电路应用中,电容器扮演着极其关键的角色。
静电电容的基本原理非常简单,它是由平行板电容器引申出来的。
静电电容是电场的一种形式,电场存在时,它就对任何存在于其中的电荷点施加力。
这个力的大小是由点电荷的电荷量和电场的强度决定的。
当电场中的电荷点被移动时,它必须克服这个力,因此就需要产生一个相应的能量。
静电电容是由在两个导体间存储电能的方式。
这两个导体可以是电容器的电极内部,也可以是电容器本身与外界之间的导体。
通常情况下,这两个导体之间是由一些绝缘材料隔开的,比如说空气或者其他的材料。
这样做的目的是为了防止电荷在导体之间流动,从而保持电荷的存储。
在某些情况下,这些导体也可以通过一个电解质连接起来,这样就可以形成电池。
静电电容的功能就像一个蓄水池,当需要能量时就通过导线将电荷引流到电路中。
当电容器充满电荷时,它的电场能量就可以通过电路输出。
由于静电电容器可以存储极其大量的电荷,所以在很多场合中被广泛使用。
静电电容的性质可以通过电容器的电容来进行描述。
电容是物体存储电场能量的大小,它可以由周围的环境和所用的介质来决定。
通常情况下,电容的大小与导体间的距离成反比,与导体面积成正比。
通过增加电容的大小,可以增加电荷的存储容量。
需要说明的是,不同的物质之间,电容的大小也是不同的。
在这些物质中,电场的强度和介电常数之间有一定比例。
通常导体的介电常数是1,在真空中也是1。
而对于被充电的介质,介电常数则会提高一些,这样电容器的电流就会受到阻碍。
利用不同材料的介质性质,可以设计出不同大小的电容器,从而满足不同的相应需求。
总结一下,静电电容的基本原理是在介质之间存储电荷,通常由两个导体之间的分隔物组成。
通过增加电容的值,可以增加电荷的存储容量。
在电容器充满电荷的情况下,它的电场能量可以通过输出电路来使用。
这种充电、输出的反复过程是静电电容的核心原理,其应用也是十分广泛的。
静电传感器原理
静电传感器是一种可以感知静电场的电子器件。
它的工作原理是基于静电感应现象,即当一个带电体靠近传感器时,它会改变传感器周围的电场,从而在传感器内部产生电荷分布和电势变化。
传感器通过测量这些变化来判断周围是否存在静电场,并将这个信息转换成可读的信号输出。
静电传感器的构造一般包括电极、电容器和电路板等组成部分。
其中,电极是用来接收周围静电场的信号的部分,电容器则是将电极和电路板之间形成的电场转换成电信号的主要部分,电路板则是将电容器中的信号放大、滤波、处理并输出的部分。
静电传感器广泛应用于各种领域,如制造业、自动化控制、电子、医疗等。
它的优点是灵敏度高、响应速度快、结构简单、可靠性高等。
但也存在一些局限性,如易受尘、浸水和电磁干扰的影响,需要在使用过程中注意保护和维护。
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静电计的工作原理静电计是一种用于测量电荷量的仪器,它基于静电力的作用原理。
静电计通常由电容器和电荷测量装置组成,下面将详细介绍静电计的工作原理。
1. 电容器:静电计的核心部件是电容器。
电容器由两个金属平板构成,中间隔有一层绝缘材料(如空气或者塑料)作为电介质。
其中一个平板连接到地,称为接地板,另一个平板与待测电荷相连。
2. 静电力:当待测电荷挨近电容器时,电容器的平板上会产生电荷分布,形成一个电场。
待测电荷会与电容器的电场发生相互作用,产生静电力。
3. 平衡状态:当待测电荷与电容器的静电力达到平衡时,静电计处于平衡状态。
此时,静电计测得的电荷量即为待测电荷的大小。
4. 电荷测量:为了测量电荷量,静电计需要一个精确的电荷测量装置。
常见的测量装置是电荷放大器和电流积分器。
- 电荷放大器:电荷放大器将静电计测得的弱小电荷放大到可以测量的范围。
它通过放大电荷信号并转换为电压信号,以便进行后续的测量和记录。
- 电流积分器:电流积分器用于积分电荷放大器输出的电流信号,以得到电荷量的准确测量值。
积分器会将电流信号积分为电荷量,并输出对应的电压信号。
5. 校准和精度:为了确保静电计的准确性,需要进行校准。
校准可以通过已知电荷量的标准电荷源进行。
校准后,静电计可以提供精确的电荷测量结果。
6. 应用领域:静电计广泛应用于电荷测量、静电场分析和静电干扰控制等领域。
例如,在电子工业中,静电计可以用于测量电子元器件的电荷量,以确保其质量和性能。
总结:静电计是一种基于静电力的仪器,通过测量电容器中的电荷量来确定待测电荷的大小。
它由电容器和电荷测量装置组成,通过静电力的平衡状态来测量电荷量。
静电计在电子工业等领域有着广泛的应用,可以提供准确的电荷测量结果。
电动势产生原理电动势(EMF)是指在电路中产生电流的动力源,它是电路中某些元件之间的电势差的测量。
了解电动势的产生原理对于理解电路的工作原理和应用十分重要。
本文将从静电感应、磁场感应以及化学反应三个方面探讨电动势的产生原理。
一、静电感应产生的电动势静电感应是指当电荷分布不均匀时,在导体内部产生一个电场,在导体表面产生电势差,从而导致电荷运动。
这种感应产生的电动势被称为静电感应电动势。
静电感应主要应用于电容器中。
电容器由两块导体板和介质组成,当其中一块导体板带有一定电荷后,电荷会通过静电感应作用,将另一块导体板上的电荷排斥或吸引,从而在两块导体板之间产生电势差,形成电场。
这个电势差即为电容器的电动势。
二、磁场感应产生的电动势磁场感应是指当导体运动相对于磁场或磁场变化时,在导体中会产生电荷的移动,从而形成电动势。
这种感应产生的电动势被称为磁场感应电动势。
磁场感应主要应用于发电机中。
发电机是一种将机械能转化为电能的装置,其中的核心部件是转子和定子。
当转子与定子中的磁场相互作用时,导体中的电子受到力的作用而运动,从而产生电流。
这个电流即为发电机输出的电动势。
三、化学反应产生的电动势化学反应是指通过化学反应产生电荷移动及电动势。
这种感应产生的电动势被称为化学电动势。
化学电动势主要应用于电池中。
电池是一种将化学能转化为电能的装置,其中构成电池的两个电极通过化学反应而发生氧化还原反应,使得电子发生移动而产生电流。
这个电流即为电池所产生的电动势。
总结:电动势的产生原理主要包括静电感应、磁场感应和化学反应。
静电感应是由于电荷分布不均匀所产生的电势差;磁场感应是由于导体相对于磁场或磁场发生变化所引起的电动势;化学反应是通过化学反应产生电荷移动所产生的电动势。
理解这些原理有助于我们更好地理解电路的工作原理,并在实际应用中做出正确的选择和设计。
(以上内容为一般情况下用于描述电动势的原理,具体情况可能因电路结构、元件类型等不同而有所差异。
物理总复习:静电感应电容器【考纲要求】1、知道静电感应现象;知道什么是电容器以及常用的电容器; 理解电容器的概念及其定义,并能进行相关的计算; S 知道平行板电容器与哪些因素有关及 ---------- C 。
4 kd【考点梳理】 考点一、静电平衡 1、静电平衡状态(1) 静电平衡状态的定义:处于静电场中的导体,当导体内部的自由电荷不再发生定 向移动时,我们说导体达到了静电平衡状态。
(2) 静电平衡状态出现的原因是:导体在外电场的作用下,两端出现感应电荷,感应 电荷产生的电场和外电场共同的作用效果, 使得导体内部的自由电荷不再定向移动。
(导体内部自由电荷杂乱无章的热运动仍然存在着) 2、静电平衡状态的特点 要点诠释:(1)处于静电平衡状态的导体,内部电场强度处处为零。
导体内部的场强 E 是外电场E o 和感应电荷产生的场 E /的叠加,即E 是E o 和E 的矢量 和。
当导体处于静电平衡状态时, E o = — E 。
(2) 处于静电平衡状态的导体,其表面上任何一点的电场强度方向与导体表面垂直。
如果导体表面的场强不与导体表面垂直, 必定存在着一个切向分量, 这个切向分量就会使得导体表面的自由电荷沿着表面切线方向运动,那么,导体所处的状态就不是平衡状态, 与给定的平衡状态相矛盾,所以导体表面的场强方向一定与导体表面垂直。
(3) 达到静电平衡状态下的导体是一个等势体,导体表面是一个等势面。
由上面的思考题知道,无论是在导体内部还是在导体的表面上或者是由导体的内部到表面上移动电荷,电场力都不做功,这就说明了导体上任何两处电势差为零, 即整个导体处处等势。
(4) 静电平衡状态导体上的电荷分布特点:① 导体内部没有电荷,电荷只分布在导体的外表面② 导体表面越尖锐的地方电荷密度越大,凹陷的地方几乎没有电荷。
3、静电屏蔽及其应用 要点诠释:(1) 静电屏蔽:将电学仪器用金属外壳或者金属网包围起来, 金属网或者金属壳的这种作用就叫做静电屏蔽。
物理总复习: 静电感应 电容器编稿:xx 审稿:xx【考纲要求】1、知道静电感应现象;2、知道什么是电容器以及常用的电容器;3、理解电容器的概念及其定义,并能进行相关的计算;4、知道平行板电容器与哪些因素有关及4S C kdεπ=。
【考点梳理】考点一、静电平衡1、静电平衡状态(1)静电平衡状态的定义:处于静电场中的导体,当导体内部的自由电荷不再发生定 向移动时,我们说导体达到了静电平衡状态。
(2)静电平衡状态出现的原因是:导体在外电场的作用下,两端出现感应电荷,感应 电荷产生的电场和外电场共同的作用效果,使得导体内部的自由电荷不再定向移动。
(导体 内部自由电荷杂乱无章的热运动仍然存在着)2、静电平衡状态的特点要点诠释:(1)处于静电平衡状态的导体,内部电场强度处处为零。
导体内部的场强E 是外电场E 0和感应电荷产生的场E /的叠加,即E 是E 0 和E '的矢量和。
当导体处于静电平衡状态时,必定有感应电荷的场与外电场大小相等、方向相反,即:E 0 =-E '。
(2)处于静电平衡状态的导体,其表面上任何一点的电场强度方向与导体表面垂直。
如果导体表面的场强不与导体表面垂直,必定存在着一个切向分量,这个切向分量就会使得导体表面的自由电荷沿着表面切线方向运动,那么,导体所处的状态就不是平衡状态,与给定的平衡状态相矛盾,所以导体表面的场强方向一定与导体表面垂直。
(3)达到静电平衡状态下的导体是一个等势体,导体表面是一个等势面。
由上面的思考题知道,无论是在导体内部还是在导体的表面上或者是由导体的内部到表面上移动电荷,电场力都不做功,这就说明了导体上任何两处电势差为零,即整个导体处处等势。
(4)静电平衡状态导体上的电荷分布特点:①导体内部没有电荷,电荷只分布在导体的外表面②导体表面越尖锐的地方电荷密度越大,凹陷的地方几乎没有电荷。
3、静电屏蔽及其应用要点诠释:(1)静电屏蔽:将电学仪器用金属外壳或者金属网包围起来,以防止外电场对它的影响,金属网或者金属壳的这种作用就叫做静电屏蔽。
(2)实验及解释:如图甲所示,使带电的导体接近验电器,静电感应使得验电器的金箔张开。
若用一个金属网将验电器罩住,再使带电金属球靠近,验电器的金箔不会张开,如图乙所示,即使用导线把验电器和金属网连接,箔片也不张开。
可见金属网可以把外电场遮住——由于静电感应使金属网内部场强为0,使内部不受外电场的影响。
考点二、电容器1、电容器两个彼此绝缘又相互靠近的导体就是一个电容器。
2、电容器的工作状态——充电和放电充电就是使电容器带电的过程如图所示。
放电就是使充电后的电容器失去电荷的过程,如图所示。
电容器的带电荷量是指一个极板所带电荷量的绝对值。
3、电容电容是描述电容器容纳电荷本领的物理量。
电容器所带电荷量与极板间电压的比值叫电容。
定义式为Q C U =,其中C 与Q 、U 无关,仅由电容器自身决定。
(又是一个用比值法定义的物理量,与电场强度F E q=理解方法一样) 单位1F=1 C/V=6121010F pF μ= 4、平行板电容器的电容C 跟电容器的正对面积、介电常数成正比,跟极板间距成反比,即4S C kdεπ=,其中k 为静电力常量。
一带电平行板电容器两极板间的电场可认为是匀强电场,U E d = 如图所示。
5、探究影响平行板电容器电容的因素要点诠释:(1)如图所示,保持Q 和d 不变,S 越小,电势差越大,表示电容C 越小。
(2)如图所示,保持Q 和S 不变,d 越大,电势差U 越大,表示电容C 越小。
(3)如图所示,保持Q 、S 不变,插入电介质后,电势差U 越小,电容C 越大。
6、常见的电容器常见的电容器有:聚苯乙烯电容器、纸质电容器、电解电容器、可变电容器、平行板电容器。
电解电容器连接时应注意其“+”“一”极。
7、平行板电容器的两类典型问题要点诠释:(1)电容器两板间的电压U 保持不变(与电源连接)平行板电容器充电后,继续保持电容器两极板与电池两极相连接,电容器的d 、S 、ε变化,将引起电容器的C 、Q 、U 、E 的变化。
可根据下列几式讨论C 、Q 、E 的变化情况:当d 、S 发生变化时,SC d ε∝,SQ CU d ε=∝,1U E d d=∝。
(2)电容器的电荷量Q 保持不变(与电源断开)平行板电容器充电后,切断与电源的连接,电容器的d 、S 、ε变化,将引起电容器的C 、Q 、U 、E 的变化。
可根据下列几式讨论C 、U 、E 的变化清况:S C d ε∝,Q d U C S ε=∝,1U E d Sε=∝。
【典型例题】类型一、电场中的导体例1、如图,验电器A 与B 的顶端各安装了一个上端开有小孔的金属圆筒,验电器B 带有正电荷,用带有绝缘柄的金属小球C ,在下列操作中能使A 带的电荷最多的是( )A. C 与筒B 内壁接触后,再与筒A 的内壁接触B. C 与筒B 内壁接触后,再与筒A 的外壁接触C. C 与筒B 外壁接触后,再与筒A 的内壁接触D. C 与筒B 外壁接触后,再与筒A 的外壁接触【答案】C【解析】A 选项:开始A 不带电,B 带有正电荷,所带电荷都分布在外表面,当C 与筒B 内壁接触后,C 不带电,再与筒A 的内壁接触,A 仍然不带电,A 错。
同理B 选项:A 不带电,B 错。
C 选项:C 会从B 上取走电荷,放入A 中后,电荷全部分布在A 的外表面,C 上无电荷,C 把得到的电荷全部给A ,所以C 正确。
D 选项:C 会从B 上取走电荷,再与筒A 的外壁接触,电荷部分分布在A 的外表面,部分留在C 上,C 把得到的电荷只是把一部分分给了A ,D 错。
故选C 。
【总结升华】本题通过接触带电来转移电荷,电荷分布在导体的外表面,因此与C 接触时应该与其外壁接触,使部分电荷转移到小球C 上,然后与A 圆筒内表面接触,这样电荷可以全部转移到A 的外部,若和外壁接触,只能转移部分电荷。
举一反三【变式】如图甲所示,使带电的金属球靠近验电器的箔片将______(选填“张开”或“不张开”),这是由于______的缘故;若先用金属网罩把验电器罩住,如图乙所示,验电器的箔片将______(选填“张开”或“不张开”),这是由于__________的缘故。
【答案】张开、静电感应;不张开、静电屏蔽。
例2、长为L 的导体棒原来不带电,现将一电量为+q 的点电荷放在与棒的左端距离R 的地方,达到静电平衡后,棒内中点O 处(1)实际场强为多少?(2)棒上的感应电荷产生的场强多大?【答案】(1)00E = (2)2()2q E E k L R ==+感【解析】(1)导体棒在+q 的电场中,很快达到静电平衡。
所以导体内部的场强处处为零,00E =。
(2)场源电荷(+q )在O 点的场强 2()2qE k L R =+,方向水平向右,如图。
由于达到静电平衡导体内部的场强处处为零,棒上的感应电荷产生的场强大小等于场源电荷产生的场强大小,方向相反,即水平向左。
所以 2()2q E E k L R ==+感。
【总结升华】达到静电平衡导体内部的场强处处为零,是指场强的矢量和为零,导体上任一点的场强等于场源电荷在该点的场强与导体上感应电荷产生的场强大小相等方向相反。
举一反三【高清课堂:电场中的导体例3】【变式】如图,两个不带电的导体棒,水平放置,在同一水平线A 处有一负点电荷,试比较B 、C 、O 、D 、E 、F 各点的电势大小关系:【答案】F E D O C B ϕϕϕϕϕϕ>>==>【解析】导体棒内部的场强处处为零,沿电场线方向电势降低,因此只要画出电场方向即可,如图,由于场源电荷是负电荷,所以场强方向指向电荷,即图中水平向左,最右边的点电势最高,从右向左,电势降低,所以电势高低顺序如下:F E D O C B ϕϕϕϕϕϕ>>==>。
类型二、平行板电容器的基本公式的应用【高清课堂:电场中的导体例6】例3、如图所示,平行板电容器充电后与电源断开,负极板接地,在两极间有一点P ,B 极板向上移动一小段距离,则P 点处的场强如何变化? ;电势如何变化? ;若在P 点放置一电量为q 的正电荷,则该电荷的电势能如何变化? 。
【答案】不变;降低;减少。
【解析】电容器充电后与电源断开是电量不变。
B 极板向上移动一小段距离,d 减小,由4S C kdεπ=知,C 变大,Q C U =所以电压U 减小,又由U E d =,U 和d 都减小,所以场强不变,AB 间是匀强电场,则P 点场强不变。
P 点的电势是对参考点B 的,即PB 的电势差, PB PB U Ed =,B 极板向上移动,PB d 减小,场强不变,所以PB 的电势差PB U 降低。
若在P 点放置一电量为q 的正电荷,电势能P PB E q ϕ=,PB U 降低,所以q 的电势能减少。
【总结升华】U E d=中,当U 、d 同时增大或同时间减小时,场强不变。
例如当2d d '=时,12C C '=,在电量不变的条件下,2U U '=,则22U E E d'==,得出场强不变(增大或减小的倍数关系相同)。
举一反三 【变式】如图所示,平行板电容器的两个极板为A 、B ,B 板接地,A 板带有电荷量+Q ,板间电场有一固定点P ,若将B 板固定,A 板下移一些,或者将A 板固定,B 板上移一些,在这两种情况下,以下说法正确的是( )A. A 板下移时,P 点的电场强度不变,P 点电势不变B. A 板下移时,P 点的电场强度不变,P 点电势升高C. B 板上移时,P 点的电场强度不变,P 点电势降低D. B 板上移时,P 点的电场强度减小,P 点电势降低【答案】AC【解析】A 板下移与B 板上移,两板间的距离均减小,但此平行板电容器为一电荷量不变的电容器,因此改变两板间的距离不能改变电场强度的大小。
A 板下移时,PB PB U Ed =,PB d 不变,PB U 不变,即P 点电势不变,BD 错,A 对。
B 板上移时,PB d 减小,PB U 降低,即P 点电势降低,C 对。
例4、(2014 吉林联考) 一平行板电容器充电后与电源断开,负极板接地。
两板间有一个正试探电荷固定在P 点,如图所示,以C 表示电容器的电容、E 表示两板间的场强、φ表示P 点的电势,W 表示正电荷在P 点的电势能,若正极板保持不动,将负极板缓慢向右平移一小段距离 l 0的过程中,各物理量与负极板移动距离x 的关系图象中正确的是()【答案】C 【解析】由平行板电容器的电容4r S C kdεπ=可知d 减小时,C 变大,但不是一次函数,A 错。
在电容器两极板所带电荷量一定情况下,Q U C =,4r U kQ E d S πε==与d 无关,则B 错。