物理第七章 靜電場 20 電場知識的應用

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1、第第2020講電場知識的應用講電場知識的應用-3-基礎夯實精準歸納題組突破強化提升核心剖析歸納提升電容器的電容1.電容器任何兩個彼此絕緣又相距很近的組成電容器,它帶電時,兩導體總是帶電荷,電容器所帶的電荷量指其中一個極板所帶電荷量的絕對值。導體等量異種容納電荷1061012-4-基礎夯實精準歸納題組突破強化提升核心剖析歸納提升1.電容器是電子電路中不可缺少的元器件,下圖是兩種常見的電容器。關于電容器,下列說法正確的是()A.由圖甲可知,該電容器電容為100FB.乙圖所示是一種可變電容器,電容會隨著充電電荷量的增加而增大C.在充電和放電的過程中,正常工作的電容器兩極板之間有電流通過D.電容器在充

2、電過程中,不僅能存儲電荷,同時能存儲電能 答案解析解析關閉A選項中,電容器的電容是100 F,A錯誤;B選項中,可變電容器通過調節(jié)動片可改變電容,而不是在充電過程中改變電容,B錯誤;C選項中,電容器兩極板互相絕緣,C錯誤;D選項中,充電過程同時存儲電能,D正確。 答案解析關閉D-5-基礎夯實精準歸納題組突破強化提升核心剖析歸納提升2.中國設計制造的全球首創(chuàng)超級電容儲能式現(xiàn)代電動公交車已下線運營。這種超級電動公交車的核心是我國自主研發(fā)、全球首創(chuàng)的“超級電容器”。如圖所示,這種電容器安全性高,可反復充放電100萬次以上,使用壽命長達十二年,且容量超大(達到9500F),能夠在10s內完成充電。下列

3、說法正確的是()A.該“超級電容器”能儲存電荷B.該“超級電容器”的電容隨電壓的增大而增大C.該“超級電容器”放電過程中把化學能轉化為電能D.充電時電源的正極應接“超級電容器”的負極 答案解析解析關閉電容器能儲存電荷,A正確;電容器的電容反映電容器容納電荷的本領,由電容器本身決定,與電壓無關,B錯誤;電容器放電過程把電能轉化為其他形式的能,C錯誤;電容器充電時,電源的正極接電容器的正極,D錯誤。 答案解析關閉A-6-基礎夯實精準歸納題組突破強化提升核心剖析歸納提升1.如圖所示,設兩極板正對面積為S,極板間的距離為d,靜電計指針偏角為。實驗中,極板所帶電荷量不變,若 ()A.保持S不變,增大d,

4、則變大B.保持S不變,增大d,則變小C.保持d不變,減小S,則變小D.保持d不變,減小S,則不變A-7-基礎夯實精準歸納題組突破強化提升核心剖析歸納提升2.電容式加速度傳感器的原理結構如圖所示,質量塊右側連接輕質彈簧,左側連接電介質,彈簧與電容器固定在外框上。質量塊可帶動電介質移動改變電容。則()A.電介質插入極板間越深,電容器電容越小B.當傳感器以恒定加速度運動時,電路中有恒定電流C.若傳感器原來向右勻速運動,突然減速時彈簧會伸長D.當傳感器由靜止突然向右加速瞬間,電路中有順時針方向電流D-8-基礎夯實精準歸納題組突破強化提升核心剖析歸納提升解析:根據(jù)電容器的電容公式,當電介質插入極板間越深

5、,即電介質增大,則電容器電容越大,故A錯誤;當傳感器以恒定加速度運動時,根據(jù)牛頓第二定律可知,彈力大小不變,則電容器的電容不變,因兩極的電壓不變,則電容器的電量不變,因此電路中沒有電流,故B錯誤;若傳感器原來向右勻速運動,突然減速時,因慣性,則繼續(xù)向右運動,從而壓縮彈簧,故C錯誤;當傳感器由靜止突然向右加速瞬間,質量塊要向左運動,導致插入極板間電介質加深,因此電容會增大,由于電壓不變,根據(jù)Q=CU可知,極板間的電量增大,電容器處于充電狀態(tài),因此電路中有順時針方向電流,故D正確。-9-基礎夯實精準歸納題組突破強化提升核心剖析歸納提升電容器動態(tài)問題的分析技巧1.抓住不變量,弄清楚是電容器的電荷量不

6、變還是電壓不變。電容器始終與電源相連時,兩極板間的電勢差U保持不變;充電后與電源斷開時,電容器所帶的電荷量Q保持不變。2.根據(jù)電容的決定式分析電容的變化,再根據(jù)電容的定義式分析電荷量或電壓的變化,最后分析電場強度的變化。3.平行板電容器問題的一個常用結論電容器充電后斷開電源,在電容器所帶電荷量保持不變的情況下,電場強度與極板間的距離無關。-10-基礎夯實精準歸納題組突破強化提升核心剖析歸納提升電場中的力電綜合1.帶電粒子(或帶電體)在電場中的直線運動(1)做直線運動的條件粒子所受合外力F合=0,粒子或,或做運動。粒子所受合外力F合0,且與初速度方向在同一條直線上,帶電粒子將做運動或運動。靜止勻

7、速直線勻加速直線 勻減速直線-11-基礎夯實精準歸納題組突破強化提升核心剖析歸納提升2.帶電粒子在電場中的偏轉(1)條件分析:帶電粒子垂直于電場線方向進入勻強電場。(2)運動性質:運動。(3)處理方法:分解成相互的兩個方向上的,類似于。勻變速曲線垂直直線運動平拋運動-12-基礎夯實精準歸納題組突破強化提升核心剖析歸納提升(4)運動規(guī)律:沿初速度方向做運動,運動時間勻速直線-13-基礎夯實精準歸納題組突破強化提升核心剖析歸納提升沿電場力方向,做運動勻加速直線-14-基礎夯實精準歸納題組突破強化提升核心剖析歸納提升3.帶電粒子在勻強電場中偏轉時的兩個結論(1)不同的帶電粒子從靜止開始經(jīng)過同一電場加

8、速后再從同一偏轉電場射出時,偏移量和偏轉角總是相同的。-15-基礎夯實精準歸納題組突破強化提升核心剖析歸納提升-16-基礎夯實精準歸納題組突破強化提升核心剖析歸納提升1.如圖所示,在豎直放置間距為d的平行板電容器中,存在電場強度為E的勻強電場。有一質量為m、電荷量為+q的點電荷從兩極板正中間處靜止釋放。重力加速度為g。則點電荷運動到負極板的過程,下列說法正確的是 ()B-17-基礎夯實精準歸納題組突破強化提升核心剖析歸納提升-18-基礎夯實精準歸納題組突破強化提升核心剖析歸納提升2.如圖所示,一充電后的平行板電容器的兩極板相距l(xiāng)。在正極板附近有一質量為m1、電荷量為q(q0)的粒子;在負極板附

9、近有另一質量為m2、電荷量為-q的粒子。在電場力的作用下,兩粒子同時從靜止開始運動。已知兩粒子同時經(jīng)過一平行于正極板且與其相距的平面。若兩粒子間相互作用力可忽略,不計重力,則m1m2為()A.32B.21C.52D.31A-19-基礎夯實精準歸納題組突破強化提升核心剖析歸納提升-20-基礎夯實精準歸納題組突破強化提升核心剖析歸納提升1.有一種電荷控制式噴墨打印機的打印頭的結構簡圖如圖所示。其中墨盒可以噴出極小的墨汁微粒,此微粒經(jīng)過帶電室后以一定的初速度垂直射入偏轉電場,再經(jīng)偏轉電場后打到紙上,顯示出字符。已知偏移量越小打在紙上的字跡越小,現(xiàn)要縮小字跡,下列措施可行的是()A.增大墨汁微粒的比荷

10、B.減小墨汁微粒進入偏轉電場時的初動能C.減小偏轉極板的長度D.增大偏轉極板間的電壓C-21-基礎夯實精準歸納題組突破強化提升核心剖析歸納提升-22-基礎夯實精準歸納題組突破強化提升核心剖析歸納提升2.如圖所示,在兩條平行的虛線內存在著寬度為l、電場強度為E的勻強電場,在與右側虛線相距也為l處有一與電場平行的屏。現(xiàn)有一電荷量為+q、質量為m的帶電粒子(重力不計),以垂直于電場線方向的初速度v0射入電場中,v0方向的延長線與屏的交點為O。試求:(1)粒子從射入到打到屏上所用的時間;(2)粒子剛射出電場時的速度方向與初速度方向夾角的正切值tan;(3)粒子打在屏上的點P到O點的距離x。-23-基礎

11、夯實精準歸納題組突破強化提升核心剖析歸納提升-24-基礎夯實精準歸納題組突破強化提升核心剖析歸納提升-25-基礎夯實精準歸納題組突破強化提升核心剖析歸納提升1.解答力電綜合問題的一般思路 -26-基礎夯實精準歸納題組突破強化提升核心剖析歸納提升2.解決粒子在電場中直線運動問題的兩種方法(1)根據(jù)帶電粒子受到的電場力,用牛頓第二定律求出加速度,結合運動學公式確定帶電粒子的運動情況。此方法只適用于勻強電場。(2)根據(jù)電場力對帶電粒子所做的功等于帶電粒子動能的變化求解。此方法既適用于勻強電場,也適用于非勻強電場。-27-基礎夯實精準歸納題組突破強化提升核心剖析歸納提升3.分析粒子在電場中偏轉運動的兩

12、種方法(1)分解觀點:垂直射入勻強電場的帶電粒子,在電場中只受電場力作用,與重力場中的平拋運動相類似,研究這類問題的基本方法是將運動分解,可分解成平行電場方向的勻加速直線運動和垂直電場方向的勻速直線運動。(2)功能觀點:首先對帶電粒子進行受力分析,再進行運動過程分析,然后根據(jù)具體情況選用公式計算。若選用動能定理,則要分清有多少個力做功,是恒力做功還是變力做功,同時要明確初、末狀態(tài)及運動過程中的動能的增量。若選用能量守恒定律,則要分清帶電粒子在運動中共有多少種能量參與轉化,哪些能量是增加的,哪些能量是減少的。-28-基礎夯實精準歸納題組突破強化提升核心剖析歸納提升4.特別提醒(1)受力分析時一定

13、關注重力是否不計。(2)在偏轉電場中,電場力對帶電粒子做的功qU中的U不一定等于兩板間的電壓。-29-基礎夯實精準歸納題組突破強化提升靜電現(xiàn)象的應用(加試)1.靜電感應現(xiàn)象導體的內部有大量的,對金屬導體來說,是由做熱振動的正離子和在它們之間做無規(guī)則熱運動的自由電子組成的。如圖甲所示,將一不帶電金屬導體ABCD放入電場強度為E0的電場中,導體內的自由電子在電場力的作用下,逆著電場線定向移動,使導體一側集聚負電荷,另一側則集聚等量的正電荷,這種現(xiàn)象叫作。自由電荷靜電感應現(xiàn)象-30-基礎夯實精準歸納題組突破強化提升2.靜電平衡狀態(tài)由于靜電感應,在導體兩側出現(xiàn)等量異種電荷,在導體內部形成與電場E0反向

14、的電場E,疊加后使導體內的電場強度減弱,如圖乙所示。隨著導體兩側感應電荷繼續(xù)增加,E增強,合電場強度E內將逐漸減小,直到導體內部各點的合電場強度時為止,這時導體內的自由電子不再發(fā)生定向移動,我們就說導體達到了,如圖丙所示。E內=E0+E E內=0靜電平衡狀態(tài)-31-基礎夯實精準歸納題組突破強化提升3.處于靜電平衡狀態(tài)的導體的特征(1)處處為。(2)靜電荷只分布在導體的。(3)整個導體是個,它的表面是個。(4)導體表面上任何一點的電場強度方向跟該點的表面。4.靜電平衡狀態(tài)下導體上的電荷分布(1),。這是因為,假如導體內部有電荷,導體內部的電場就不可能為0,自由電荷就會發(fā)生定向移動,導體也就沒有處

15、于靜電平衡狀態(tài)。(2)在導體外表面,越的位置電荷的密度(單位面積的電荷量),凹陷的位置幾乎。內部電場強度0外表面等勢體等勢面垂直導體內部沒有電荷 電荷只分布在導體的表面尖銳越大沒有電荷-32-基礎夯實精準歸納題組突破強化提升5.尖端放電(1)空氣的電離:導體尖端的電荷密度,附近的電場,空氣中殘留的帶電粒子在強電場的作用下發(fā)生劇烈的運動,把空氣中的氣體分子撞“散”,也就是使分子中的,這個現(xiàn)象叫作。(2)尖端放電中性分子電離后變成帶負電的自由電子和失去電子而帶正電的離子,這些帶電粒子在強電場的作用下加速,撞擊空氣中的分子,使它們進一步電離,產生更多的帶電粒子。那些所帶電荷與導體尖端的電荷符號相反的

16、粒子,由于被吸引而奔向尖端,與尖端上的電荷,這相當于導體從尖端失去電荷,這個現(xiàn)象叫作。很大很強正負電荷分離空氣的電離中和尖端放電-33-基礎夯實精準歸納題組突破強化提升(3)尖端放電的應用和防止:應用:是利用尖端放電避免建筑物遭受雷擊的設備。將燃氣灶中的電子打火器的放電電極做成針狀,加上電壓時容易產生電火花。防止:高壓設備中導體的表面要盡量。避雷針光滑-34-基礎夯實精準歸納題組突破強化提升6.靜電屏蔽把一個電學儀器放在封閉的金屬殼里,即使殼外有電場,由于殼內電場強度保持為,所以外電場對殼內的儀器不會產生影響。金屬殼的這種作用叫作。7.靜電屏蔽的應用和危害(1)應用:電子儀器和電子設備外面套有

17、金屬網(wǎng)罩,通信電纜外包一層鉛皮等,可防止外電場的干擾。電力工人高壓帶電作業(yè)時,身著用金屬絲網(wǎng)制成的衣帽、手套、鞋子,可以對人體起到靜電屏蔽作用,使人安全工作。(2)危害:航天飛機、飛船返回地球大氣層時,由于飛船與大氣層的高速摩擦而產生高溫,在飛船的周圍形成一層等離子體,它對飛船產生靜電屏蔽作用,導致地面控制中心與飛船的通信聯(lián)系暫時中斷。對航天員來說,這是一個危險較大的時間段。0靜電屏蔽-35-基礎夯實精準歸納題組突破強化提升1.一金屬容器置于絕緣板上,帶電小球用絕緣細線懸掛于容器中,容器內的電場線分布如圖所示。容器內表面為等勢面,A、B為容器內表面上的兩點,下列說法正確的是()A.A點的電場強

18、度比B點的大B.小球表面的電勢比容器內表面的低C.B點的電場強度方向與該處內表面垂直D.將檢驗電荷從A點沿不同路徑移到B點,電場力所做的功不同 答案解析解析關閉由題圖可知,B點的電場線比A點的密集,所以B點的電場強度比A點的大,A錯;沿著電場線電勢降落,小球表面的電勢比容器內表面高,B錯;電場線的方向與等勢面垂直,所以B點的電場強度與該處表面垂直,C正確;由于A、B兩點在同一等勢面上,故電場力不做功,所以D錯。 答案解析關閉C-36-基礎夯實精準歸納題組突破強化提升2.如圖所示,一導體AB在點電荷Q的電場中發(fā)生靜電感應,下列說法正確的是()A.導體中M、N兩點的電場強度不相等B.感應電荷在M點產生的電場強度大于感應電荷在N點產生的電場強度C.如果在AB間用一導線連接,則導線中將有電流產生D.N點的電勢大于M點的電勢 答案解析解析關閉處于靜電平衡狀態(tài)的導體內部各點的合電場強度為零,故A錯誤;感應電荷的電場強度與點電荷Q產生的電場強度大小相等,而點電荷Q在M點產生的電場強度大于在N點產生的電場強度,故感應電荷在M點產生的電場強度大于感應電荷在N點產生的電場強度,B正確;處于靜電平衡狀態(tài)的導體是一個等勢體,故C、D錯誤。 答案解析關閉B