(YJ)电容器与静电问题的归纳资料
【本讲教育信息】
一. 教学内容：
电容器与静电问题的归纳
二. 学习目标：
1、掌握平行板电容器两类典型问题的求解方法。
2、电容器问题与能量的结合问题的分析思路。
3、静电平衡问题的典型问题分析。
三. 重难点解析：
1、电容器——容纳电荷的容器
（1）基本结构：由两块彼此绝缘互相靠近的导体组成。
（2）带电特点：两板电荷等量异号，分布在两板相对的内侧。
（3）板间电场：板间形成匀强电场（不考虑边缘效应），场强大小E=U/d，方向始终垂直板面。
充电与放电：使电容器带电叫充电；使充电后的电容器失去电荷叫放电。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，放电时，这部分能量又释放出来。
电容器所带电量：电容器的一个极板上所带电量的绝对值。
击穿电压与额定电压：加在电容器两极上的电压如果超过某一极限，电介质将被击穿而损坏电容器，这个极限电压叫击穿电压；电容器长期
工作所能承受的电压叫做额定电压，它比击穿电压要低。
2、电容
（1）物理意义：表征电容器容纳（储存）电荷本领的物理量。
（2）定义：使电容器两极板间的电势差增加1V所需要增加的电量。
电容器两极板间的电势差增加1V所需的电量越多，电容器的电容越大；反之则越小。
定义式：式中C表示电容器的电容，△U表示两板间增加的电势差，△Q表示当两板间电势差增加△U时电容器所增加的电量。
电容器的电容还可这样定义：，Q表示电容器的带电量，U表示带电量为Q时两板间的电势差。电容的单位是F，应用中还有μF和pF，1F=。
注意：电容器的电容是反映其容纳电荷本领的物理量，完全由电容器本身属性决定，跟电容器是否带电，带电量多少以及两板电势差的大小无关。
（3）电容大小的决定因素
电容器的电容跟两极板的正对面积、两极板的间距以及两极板间的介质有关。两极板的正对面积越大，极板间的距离越小，电介质的介电常数越大，电容器的电容就越大。
通常的可变电容器就是通过改变两极板的正对面积来实现电容量的变化的。
3、平行板电容器
（1）电容：平行板电容器的电容与两板的正对面积S成正比，与两板间距d成反比，与充满两板间介质的介电常数成正比，即。
注意：上式虽不要求进行定量计算，但用此式进行定性分析会很方便。
（2）板间场强：充电后的平行板电容器板间形成匀强电场，场强，其中U是两板间电势差，d为两板间距离。
4、两类典型电容器问题的求解方法
（1）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、变化，将引起电容器的C、Q、U、E怎样变化？
这类问题由于电容器始终连接在电池上，因此两板间的电压保持不变，可根据下列几式讨论C、Q、E的变化情况。
（2）平行板电容器充电后，切断与电池的连接，电容器的d、S、变化，将引起电容器的C、Q、U、E怎样变化？
这类问题由于电容器充电后，切断与电池的连接，使电容器的
带电量保持不变，可根据下列几式讨论C、U、E的变化情况。
另外，还可以认为一定量的电荷对应着一定数目的电场线，若电量不变，则电场线数目不变，当两板间距变化时，场强不变；当两板正对面积变化时，引起电场线的疏密程度发生了改变，如图所示，电容器的电量不变，正对面积减小时，场强增大。
5、静电感应现象及静电平衡：
（1）现象解释：将呈电中性状态的金属导体放入场强为的静电场中，导体内自由电子便受到与场强方向相反的电场力作用，除了做无规则热运动，自由电子还要向电场的反方向做定向移动（如图a 所示），并在导体的一个侧面集结，使该侧面出现负电荷，而相对的另一侧出现“过剩”的等量的正电荷（如图b所示）。在电场中的导体沿着电场强度方向两端出现等量异种电荷的这种现象叫静电感应。（如图c 所示）。
（2）导体静电平衡条件：
由于静电感应，在导体两侧出现等量异种电荷，在导体内部形成与场强反向的场强，在导体内任一点的场强可表示为
因附加电场与外电场方向相反，叠加的结果削弱了导体内部的电场，随着导体两侧感应电荷继续增加，附加电场增加，合场强将逐渐减小。当时，自由电子的定向运动也停止了。（如图c所示）说明：①导体静电平衡后内部场强处处为零，是指电场强度与导体两端感应电荷产生的场强E’的合场强为零。
②金属导体建立静电平衡状态的时间是短暂的。
③静电平衡时，电荷在导体表面的分布往往是不均匀的，越是尖突的地方，电荷分布的密度越大，附近的场强也越强。
（3）当导体达静电平衡时，有如下特点：
①内部的场强处处为零，假设内部场强不为零，那么自由电荷必定受到电场力的作用，在电场力的作用下发生定向移动，说明导体尚未达到静电平衡。导体内部场强为零，是外加电场与感应电荷产生的电场相互叠加的结果，即（与大小相等，方向相反）。
②表面上任何一点的场强方向跟该点的表面垂直。假如不是这样，场强就有一个沿导体表面的分量，导体上的自由电荷就会发生定向移
动，这就不是平衡状态了。
③电荷只能分布在导体的外表面上。因为导体内部的场强处处为零，导体内部就不可能有未被抵消的电荷。假如内部某处有静电荷，在它附近的场强就不可能为零。
【典型例题】
问题1：平行板电容器的动态分析：
例1、（2007·江苏盐城）如图所示，两平行金属板水平放置，并接到电源上，一带电微粒P位于两板间处于静止状态，分别为两个金属板的中点，现将两金属板在极短的时间内都分别绕垂直于的轴在纸面内逆时针旋转一个角θ（θ<90°），则下列说法中正确的是（不考虑极板正对面积的变化）
A、微粒P受到的电场力不变
B、两板上的带电量变小
C、两板间的电压变小
D、微粒将水平向左做直线运动
答案：D
例2、两块大小、形状完成相同的金属平板平行放置，构成一个平行板电容器，与它相连接的电路如图所示。接通开关S，电源即给电容器充电
A、保持S接通，减小两极板间的距离，则两极板间电场的电场强度减小
B、保持S接通，在两极板间插入一块介质，则极板上的电量增大
C、断开S，减小两极板间的距离，则两极板间的电势差减小
D、断开S，在两极板间插入一块介质，则两极板间的电势差增大
答案：BC
例3、如图所示，把一个平行板电容器接在电压U=10V的电源上，现
进行下列四步动作：①合上S；②在两板中央插入厚为的金属板；③打开S；④抽出金属板。则此时电容器两板间电势差为（）
A、0V
B、10V
C、5V
D、20V
答案：D
问题2：带电粒子在平行板电容器中的平衡（静止或匀速）、加速和偏转。例4、（1995·上海）如图所示，两板间距为d的平行板电容器与一电源连接，开关K闭合，电容器两板间有一质量为m，带电荷量为q的微粒静止不动，下列各叙述中正确的是（）
A、微粒带的是正电
B、电源电动势的大小等于
C、断开开关K，微粒将向下做加速运动
D、保持开关K闭合，把电容器两极板距离增大，微粒将向下做加速运动
答案：BD
例5、（1997·上海）如下图所示，A、B为平行金属板，两板相距为d，分别与电源两极相连，两板的中央各有一小孔M和N，今有一带电质点，自A板上方相距为d的P点由静止自由下落（P、M、N在同一竖直线上），空气阻力忽略不计，到达N孔时，速度恰好为零，然后沿原路返回，若保持两极板间的电压不变，则（）
A、把A板向上平移一小段距离，质点自P点自由下落后仍能返回
B、把A板向下平移一小段距离，质点自P点自由下落后将穿过N 孔继续下落
C、把B板向上平移一小段距离，质点自P点自由下落后仍能返回
D、把B板向下平移一小段距离，质点自P点自由下落后将穿过N 孔继续下落
答案：ACD
例6、如图所示，水平放置的两平行金属板A、B相距d，电容为C，开始两板均不带电，A板接地且中央有孔。现将带电量为q、质量为m 的带电液滴一滴一滴地从小孔正上方h高处无初速度地滴下，落向B板后电荷全部传给B板。求：
（1）第几滴液滴在A、B间做匀速直线运动？
（2）能够到达B板的液滴不会超过多少滴？
解析：当带电液滴滴到B板上，由于静电感应，A极板上会出现等量的异种电荷，因而A、B间产生了匀强电场。随着液滴的不断下落，B板的带电量不断增加，导致A、B间的电场强度不断增大，使后来滴下的带电液滴所受的电场力不断增大。当某滴液滴所受重力和电场力平衡后，该液滴在板间匀速下滴，以后的液滴做减速运动。若某一液滴刚好到B板时速度减为零，则以后就没有液滴能够到达B板。
（1）当带电量为q的带电液滴落在B板时，由知，B板所带电量增加，两板间电压也增加。由知，两板间电场强度也增加。
带电油滴做匀速运动时，由于平衡条件有：
又，解得
故第n+1滴带电液滴下落的运动为匀速运动。
（2）当能够到达B板的液滴增多时，电容带电量Q增大，两板间电势差也增大。当到达B板的速度恰好为零的带电液滴在OB间往复运动时，由动能定理
得
解得
问题3：静电平衡问题的归纳：
例7、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_________。
答案：，向左
例8、一金属球，原来不带电，现沿球的直径的延长线放置一均匀带电的细杆MN，如图所示，金属球上感应电荷产生的电场在球内直径上a、b、c三点的场强大小分别为，三者相比，则（）
A、最大
B、最大
C、最大
D、
答案：C
例9、如图所示，在水平放置的光滑金属板中点的正上方，有带正电的点电荷+Q，一表面绝缘带正电的金属小球C可视为质点，且不影响原电场，自左向右以初速向右运动，则在运动过程中（）
A、小球先做减速后加速运动
B、小球做匀速直线运动
C、小球受到的电场力的冲量为零
D、小球受到的电场力对小球做功为零
答案：BD
【模拟试题】
1、关于电容器的充放电，下列说法中正确的是（）
A、充放电过程中外电路有电流
B、充放电过程中外电路有恒定电流
C、充电过程中电源提供的电能全部转化为内能
D、放电过程中电容器中的电场能逐渐减小
2、一平行板电容器始终与电池相连，现将一块均匀的电介质板插进电容器恰好充满两极板间的空间，与未插电介质时相比（）
A、电容器所带的电量增大
B、电容器的电容增大
C、电极板间各处电场强度减小
D、两极板间的电势差减小
3、一个电容器的规格是“10μF，50V”，则（）
A、这个电容器加上50V电压时，电容量才是10μF
B、这个电容器的最大电容量为10μF，带电量较少时，电容量小于10μF
C、这个电容器上加的电压不能低于50V
D、这个电容器的电容量总等于10μF
4、如图所示，平行金属板A、B组成的电容器，充电后与静电计相连，要使静电计指针张角变大，下列措施中可行的是（）
A、A板向上移动
B、B板向右移动
C、A、B间充满电介质
D、使A板放走部分电荷
5、如图所示的电容器C两板间有一负电荷q静止，使q向上运动的措施是（）
A、两板间距离增大
B、两板间距离减少
C、两板正对面积减小
D、两板正对面积增大
6、平行板电容器的两极板A、B接于电池两极，一个带正电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θ，如图所示。那么（）
A、保持开关S闭合，带正电的A板向B板靠近，则θ增大
B、保持开关S闭合，带正电的A板向B板靠近，则θ不变
C、开关S断开，带正电的A板向B板靠近，则θ增大
D、开关S断开，带正电的A板向B板靠近，则θ不变
知识讲解 静电感应 电容器
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 kd επ=。 【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。
如何理解电容器的静电容量
如何理解电容器的静电容量 A.电容量 电容器的基本特性是能够储存电荷（Q），而Q值与电容量（C）和外加电压（V）成正比。 Q = CV 因此充电电流被定义为： = dQ/dt = CdV/dt 当外加在电容器上的电压为1伏特，充电电流为1安培，充电时间为1秒时，我们将电容量定义为1法拉。 C = Q/V = 库仑/伏特 = 法拉 由于法拉是一个很大的测量单位，在实际使用中很难达到，因此通常采用的是法拉的分数，即： 皮法（pF） = 10-12F 纳法（nF） = 10-9F 微法（mF）= 10-6F B.电容量影响因素 对于任何给定的电压，单层电容器的电容量正比于器件的几何尺寸和介电常数： C = KA/f(t) K = 介电常数 A = 电极面积 t = 介质层厚度 f = 换算因子 在英制单位体系中，f = 4.452，尺寸A和t的单位用英寸，电容量用皮法表示。单层电容器为例，电极面积1.0×1.0″，介质层厚度0.56″，介电常数2500， C = 2500（1.0）（1.0）/4.452（0.56）= 10027 pF 如果采用公制体系，换算因子f = 11.31，尺寸单位改为cm， C = 2500（2.54）（2.54）/11.31（0.1422）= 10028 pF 正如前面讨论的电容量与几何尺寸关系，增大电极面积和减小介质层厚度均可获得更大的电容量。然而，对于单层电容器来说，无休止地增大电极面积或减小介质层厚度是不切实际的。因此，平行列阵迭片电容器的概念被提出，用以制造具有更大比体积电容的完整器件。 这种“多层”结构中，由于多层电极的平行排列以及在相对电极间的介质层非常薄，电极面积A得以大大增加，因此电容量C会随着因子N（介质层数）的增加和介质层厚度t’的
电容静电现象
第3课时 电容器 静电现象的应用 1．电容器 ⑴任何两个彼此绝缘而又相距很近的导体都可以构成电容器． ⑵把电容器的两个极板分别与电池的两极相连，两个极板就会带上等量异种电荷．这一过程叫 电容器的充电．其中任意一块板所带的电荷量的绝对值叫做电容器的带电量；用导线把电容器的两板接通，两板上的电荷将发生中和，电容器不再带电，这一过程叫做放电． 2．电容 ⑴电容器所带的电量Q 跟两极板间的电势差U 的比值，叫做电容器的电容，用符号C 表示． ⑵定义式：C =Q U ,若极板上的电量增加ΔQ 时板间电压增加ΔU ,则C =Q U V V ． ⑶单位：法拉，符号：F ，与其它单位的换算关系为：１F ＝106F m ＝1012pF ⑷意义：电容是描述电容器储存电荷本领大小的物理量，在数值上等于把电容器两极板间的 电势差增加１V 所增加的电量． 3.平行板电容器 ⑴一般说来，构成电容器的两个导体的正对面积S 越大 ，距离d 越小，这个电容器的电容 就越大；两个导体间电介质的性质也会影响电容器的电容． ⑵表达式：板间为真空时：C =4s kd p ， 插入介质后电容变大r e 倍：C =4r s kd e p ，k 为静电力常数，r e 称为相对（真空）介电常数． 说明：Q C U = 是电容的定义式，它在任何情况下都成立，式中C 与Q 、U 无关，而由电容器自身结构决定．而4r s C kd e p =是电容的决定式，它只适用于平行板电容器，它反映了电容与其 自身结构S 、ｄ、r e 的关系． 4．静电平衡状态下的导体 ⑴处于静电平衡下的导体，内部合场强处处为零． ⑵处于静电平衡下的导体，表面附近任何一点的场强方向与该点的表面垂直． ⑶处于静电平衡下的导体是个等势体，它的表面是个等势面． ⑷静电平衡时导体内部没有电荷，电荷只分布于导体的外表面． 导体表面，越尖的位置，电荷密度越大，凹陷部分几乎没有电荷． 5．尖端放电 导体尖端的电荷密度很大，附近电场很强，能使周围气体分子电离，与尖端电荷电性相反的离子在电场作用下奔向尖端，与尖端电荷中和，这相当于使导体尖端失去电荷，这一现象叫尖端放电．如高压线周围的“光晕”就是一种尖端放电现象，避雷针做成蒲公花形状，高压设备应尽量光滑分别是生活中利用、防止尖端放电． 6．静电屏蔽 处于电场中的空腔导体或金属网罩，其空腔部分的合场强处处为零，即能把外电场遮住，使内部不受外电场的影响，这就是静电屏蔽．如电学仪器的外壳常采用金属、三条高压线的上方还有两导线与地相连等都是静电屏蔽在生活中的应用． 重点难点例析 一、处理平行板电容器相关量的变化分析 进行讨论的依据主要有三个：
静电和电力电容器
静电电容器 在供配电设计中，总是会涉及到对功率因数的补偿，一般选用的是静电电容器来提供无功功率，从而减少来自电网的无功功率，使得无功功率占总功率的比例减少，从而提高功率因数，同时减少线路的损耗。 静电电容器只能向系统提供感性无功功率，不能吸收无功功率，提供的无功功率与所在点的电压U平方成正比，公式为：Qc=U2/Xc,Xc=1/wc; 静电电容器的优点是： 1、静电电容器是根据需要由许多电容器连接成组的，因此可大可小，既可以集中使用，又可分散使用，使用比较灵活； 2、静电电容器在运行时的功率损耗比较小，约为额定容量的0.3%-0.5%； 3、静电电容器没有旋转部件，维护比较方便。 其缺点是： 1、无功功率调节性能比较差，由公式可以看出，当系统电压下降需要无功功率时，它提供给系统的感性无功功率按电压的平方减少，导致电压水平进一步下降； 2、它是靠电容器投切进行调节，调节过程是不连续的，不能平滑调节。 电力电容器 电力电容器按用途可分为8种：①并联电容器。原称移相电容器。主要用于补偿电力系统感性负荷的无功功率，以提高功率因数，改善电压质量，降低线路损耗。②串联电容器。
串联于工频高压输、配电线路中，用以补偿线路的分布感抗，提高系统的静、动态稳定性，改善线路的电压质量，加长送电距离和增大输送能力。③耦合电容器。主要用于高压电力线路的高频通信、测量、控制、保护以及在抽取电能的装置中作部件用。④断路器电容器。原称均压电容器。并联在超高压断路器断口上起均压作用，使各断口间的电压在分断过程中和断开时均匀，并可改善断路器的灭弧特性，提高分断能力。⑤电热电容器。用于频率为40～24000赫的电热设备系统中，以提高功率因数，改善回路的电压或频率等特性。⑥脉冲电容器。主要起贮能作用，用作冲击电压发生器、冲击电流发生器、断路器试验用振荡回路等基本贮能元件。⑦直流和滤波电容器。用于高压直流装置和高压整流滤波装置中。⑧标准电容器。用于工频高压测量介质损耗回路中，作为标准电容或用作测量高压的电容分压装置. 在电力系统中分高压电力电容器(6KV以上)和低压电力电容器(400V) 电力电容器 低压电力电容器按性质分油浸纸质电力电容器和自愈式电力电容器,按功能分普通电力电容器和智能式电力电容器.普通式就不做重述,重点介绍智能式电力电容器
2019-2020学年高二物理(选修3) 专题1.3 静电现象 电容器(第01期)解析版
一、选择题 1、【2015-2016学年?上学期吉林一中9月高二物理检测】验电器带有正电，物体A接触验电器的金属球后，发现验电器的金属泊先闭合后又张开，这表明（） A、物体A原先带有正电 B、物体A原先带有负电 C、物体A原先不带电 D、物体A原先带有负电，也可能不带电 【答案】B 考点：电荷间的相互作用. 【名师点睛】此题考查了电荷间的相互作用问题；要知道两个带异种电荷的带电体相互接触时，电荷首先要中和，然后剩余的电荷重新分配；在验电器的金箔上由于带上同性电荷而被排斥张开，若金箔不带电则闭合；此题是一道基础题目. 2．【2015—2016学年·济南一中第一学期期中质量检测】对静电现象的认识，下列说法错误的是 A．摩擦起电创造了电荷 B．电脑、电视机工作时，荧光屏表面因为带静电而易吸附灰尘 C．干燥季节在暗处脱去化纤衣服时看到火花，是静电现象 D．油罐车车尾拖在地上的铁链,它的作用是避免静电造成的危害 【答案】A 【解析】 试题分析：摩擦起点只是让正负电荷分离,并没有创造新的电荷,A错误；当电脑、电视机工作时，荧光屏表面因带电，因此会吸附灰尘等轻小尘埃，B正确；干燥季节在暗处脱去化纤衣服时看到火花，是摩擦起电后的放电现象，C正确；油罐车车尾拖在地上的铁链,是因为油罐车与空气摩擦带电后通过铁链将静电放掉，从而保证不会造成危害，D正确。只有A 错误，因此选A。 考点：静电感应现象和摩擦起电
【名师点睛】在静电感应和摩擦起电的过程中，由于不同物质对电子的束缚能力不同，因此摩擦过程中会出现正负电荷的分离，这就是摩擦起电，但不会产生新的电荷；而放电过程也只是正负电荷中和，电荷也没有消失，当然有时物体带电是有害的，因此要尽快放掉，但放电过程中，有时会出现电火花。 3、【2015-2016学年?上学期吉林一中9月高二物理检测】如图所示，A、B是被绝缘支架分别架起的两金属球，并相隔一定距离，其中A带正电，B不带电，则以下说法中正确的是（） A．导体B带负电 B．导体B左端出现负电荷，右端出现正电荷，并且电荷量大小相等 C．若A不动，将B沿图中虚线分开，则两边的电荷量大小可能不等 D．只要A与B不接触，B的总电荷量总是为零 【答案】BD 故选BD． 考点：静电感应. 【名师点睛】此题考查了静电感应问题；要知道静电感应的实质就是同性电荷相互排斥，异性电荷相互吸引；同性电荷总是吸引到最近点，而异性电荷总是被排斥到最远点；开始处于中性的导体中正负电荷的代数和等于零. 4．【2014—2015学年?北京师范大学附属实验中学第一学期高二年级物理期中试卷】如图所示，取一对分别用绝缘支柱支撑的金属导体A和B，使它们彼此接触。起初它们不带电，贴在A、B下面的金属箔是闭合的。现在把带正电荷的球C移近导体A，可以看到A、B上的金属
2012届高考物理一轮复习 6.4电容器 静电现象的应用学案
第 4 课时 电容器 静电现象的应用 基础知识归纳 1.静电感应现象 导体放入电场后，导体内部自由电荷在 电场力 作用下做 定向移动 ，使导体两端出现 等量 的正、负电荷的现象. 2.静电平衡 (1)状态：导体中(包括表面) 没有电荷定向移动 . (2)条件：导体 内部场强处处为零 . (3)导体处于静电平衡状态的特点： ①导体表面上任何一点的场强方向跟该点外表面 垂直 ； ②电荷只分布在导体 外表面 ； ③整个导体是一个 等势体 ，导体表面是一个 等势面 . 3.静电屏蔽 导体球壳内(或金属网罩内)达到静电平衡后， 内部场强处处为零 ， 不受外部电场的影响 ，这种现象叫 静电屏蔽 . 4.尖端放电 导体尖端的电荷密度很大，附近场强很强，能使周围气体分子 电离 ，与尖端电荷电性相反的离子在电场力作用下奔向尖端，与尖端电荷 中和 ，这相当于导体尖端失去电荷，这一现象叫尖端放电.如高压线周围的“光晕”就是尖端放电现象，所以高压设备尽量做得光滑，防止尖端放电，而避雷针则是利用尖端放电的实例. 5.电容器 (1)两块互相靠近又彼此绝缘的导体组成的电子元件. (2)电容器的带电量： 一个极板 所带电荷量的 绝对值 . (3)电容器的充、放电：使电容器带电的过程叫做 充电 ，使电容器失去电荷的过程叫做 放电 . 6.电容 (1)定义：电容器所带电荷量与两极板间电势差的比值叫电容，定义式为 U Q C =. (2)单位： 法拉 ，符号F ，换算关系为 1 F ＝106 μF＝1012 pF . (3)物理意义：电容是描述电容器储存电荷本领大小的物理量，可与卡车的载重量类比. 7.平行板电容器的电容 电容C 与平行板正对面积S 成 正比 ，与电介质的介电常数εr 成 正比 ，与两极板的距离d 成 反比 ，即C ＝ π4 r kd S ε. 重点难点突破 一、处理平行板电容器内部E 、U 、Q 变化问题的基本思路 1.首先要区分两种基本情况； (1)电容器始终与电源相连时，电容器两极板电势差U 保持不变； (2)电容器充电后与电源断开时，电容器所带电荷量Q 保持不变. 2.赖以进行讨论的物理依据有三个： (1)平行板电容器电容的决定式C ＝ π4 r kd S ε；
3静电平衡和电容器
静电平衡和电容器 1、静电感应现象 （1）静电感应现象：导体在电场中自由电荷重新分布的现象。 （2）静电感应因果关系 原因 现象 结果 （3）静电平衡 当导体内E =0时（自由电子定向移动停止），导体达到静电平衡状态。 ①静电平衡状态：导体中（包括表面）没有电荷定向移动的状态。 ②静电平衡的条件：导体内部场强为零，即内E =0。 ③静电平衡状态下导体的特征： a 、导体内部场强处处为零。 b 、导体表面场强垂直表面。（原因：如果不垂直，场强就有一个沿导体表面的分量，自由电子还要发生定向移动） c 、导体为等势体，表面为等势面。（原因：导体内部场强处处为零，在导体内部移动电荷时，电场力不做功，任意两点间电势差为零；电荷在导体表面移动时，电场力与位移垂直，电场力不做功） ④静电平衡导体的电荷分别特点 a 、导体内部没有电荷，电荷只分布在导体的表面。 b 、在导体外表面，越尖锐的位置，电荷的密度（单位面积的电荷量）越大，凹陷的位置几乎没有电荷。 2、尖端放电 （1）空气电离 气体分子中的电子在强电场的作用下发生剧烈的运动，挣脱原子核对它的束缚而成为自自电子，同时气体分子变成带正电荷的正离子，这个现象叫做空气的电离。 （2）尖端放电 中性的分子电离后后变成带负电的自由电子和失去电子带正电的离子，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，
这相当于导体尖端失去电荷，这个现象叫做尖端放电。 （3）应用和防止 ①应用：避雷针是利用尖端放电避免雷击的一种设施。 ②防止：高压设备中导体的表面尽量光滑会减少电能的损失。 1、静电屏蔽 （1）定义：处于静电平衡状态的导体，内部场强处处为零，可以利用导体球壳（或金属网罩）封闭某区域，使该区域不再受外电场的影响，这一现象称为静电屏蔽。 （2）静电屏蔽的实质 利用静电屏蔽现象，使金属壳的感应电荷和外加场强的矢量和为零，好像是金属壳将电场“挡”在外面，即所谓的屏蔽作用，其实是壳内两种电荷并存，矢量和为零而已。 当金属壳达到静电平衡时，内部没有电场，因而金属的外壳会对其内部起到保护作用，使它内部不受外部电场影响。 （3）静电屏蔽的两种情况 ①导体内空腔不受外界影响，如图甲 ②接地导体空腔外部不受内部电荷影响，如图乙所示。 处于静电平衡的导体，内部场强处处为零的原因是（） A、外电场不能进入导体内部 B、所有感应电荷在导体内部产生的合场强为零 C、外电场和所有感应电荷的电场在导体内部叠加的结果为零 D、以上解释都不正确 如图所示，金属壳放在光滑的绝缘水平垫上，能起到屏蔽外电场或内电场作用的是（） 如图所示，带电体Q靠近一个接地空腔导体，空腔里面无电荷，在静电平衡后，下列物理量中等于零的是（） A、导体墙内任意点的场强 B、导体腔内任意点的电势 C、导体外表面的电荷量
静电现象与电容器
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） 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. // 的矢量和.和EE当的叠加，即E是E是外电场导体内部的场强EE和感应电荷产生的场0 0/ . E=－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 (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
静电屏蔽电容 高中物理复习全过程课件
静电屏蔽电容要点·疑点·考点 课前热身 能力·思维·方法
要点·疑点·考点 1.静电屏蔽：导体球壳(或金属网罩)内达到静电平衡后，内部场强处处为0，不受外部电场的影响，这种现象叫做静电屏蔽. 2.电容器、电容： (1)电容：C=Q/U，式中Q指每一个极板带电量的绝对值另外还有C=△Q/△U
要点·疑点·考点 (2)电容器的充、放电.充电，在两极间加电压、两板带等量异种电荷不断增大，直到两极电压等于电源电压为止；放电，两极间形成短路时两板电量中和.电容器的充、放电过程也伴随能量的转化. (3)常用电容器有：固定电容器和可变电容器.电解电容器有正负极，不能接反. 注意：电容器的电容是由电容器本身的因素决定，与Q、U无关.在数值上等于两板间每增加1V的电势差所需的电量.
要点·疑点·考点 3.平行板电容器的电容： (1)公式：C=εS/(4πk d)，其中，k为静电力恒量，S为正对面积 (2)二种情况的讨论： ①始终连在电源上时U一定，讨论Q、E随C的 变化情况. ②与电源断开后Q一定，讨论U、E随C的变化 情况. 能指出在每一变化过程中各种形式能量的转化.
课前热身 1.静电屏蔽有哪些用途? 〔答〕用金属罩保护电学仪器和电子设备.通信电览外面包一层铅皮，用来防止外界电场干扰. 2.电容器在充电和放电过程中所形成的电流方向如何?电容器在直流电路中是否有电流流过?〔答〕充电时电流方向是从电源正极流出；放电时是从电容器的带正电数极流出；无
课前热身 3.在研究平行板电容器的实验中，如何测量电容器的电压?能否改用电压表? 用静电计测量，而不能用电压表. 4.画出几种常见电容器的符号 【答案】略
静电场和物质的相互作用
静电场和物质的相互作用 第章静电场与物质的相互作用理论基础为静电场的高斯定理与环流定理静电场与物质的相互作用问题：（）物质在静电场中要受到电场的作用表现出宏观电学性质（）物质的电学行为也会影响电场分布最后达到静电平衡状态。 引言导体***物质分类***导体、电介质和半导体与静电场作用的物理机制各不相同。 绝缘体半导体金属导体内存在大量的自由电子（在晶格离子的正电背景下）与导体相对绝缘体内没有可自由移动的电子称电介质本章讨论金属导体半导体内有少量的可自由移动的电荷超导体()第章静电场与物质的相互作用§静电场中的导体§电容器和电容§静电场中的电介质§静电场的能量FEi=静电感应：在外电场影响下导体表面不同部分出现正负电荷的现象。 一、导体的静电感应现象静电平衡：感应电荷产生的附加电场与外加电场在导体内部相抵消。 此时导体内部和表面没有电荷的宏观定向运动。 §导体的静电平衡性质E二、导体的静电平衡性质、导体内部的场强处处为零。 导体表面的场强垂直于导体的表面。 、导体内部和导体表面处处电势相等整个导体是个等势体。 导体表面成为等势面。 FEi=E、静电平衡下的孤立导体其表面处面电荷密度与该表面曲
率有关曲率（R）越大的地方电荷密度也越大曲率越小的地方电荷密度也小。 当表面凹进曲率为负值时电荷面密度更小。 RRRRR因此,孤立的带电导体球,长直圆柱,无限大平板表面电荷均匀分布特例：相距很远的大小导体球用导线相连接电势相等：Q,R, q,r,、处于静电平衡的导体其表面上各点的电荷密度与表面邻近处场强的大小成正比。 由高斯定理：E=S E来自电荷dS的贡献其他电荷贡献尖端放电与无限大带电平面的场强公式比较？**导体与静电场相互作用问题计算基本原则**导体静电平衡的条件静电场基本方程电荷守恒定律例、有任意形状的带电导体已知其表面上某处的面电荷密度为,试求该处电荷元dS受到其余电荷作用的电场力。 解：产生的场强为:（外侧）导体表面上其余电荷在dS内外侧产生的场强内侧的总场强:（内侧）由此算得导体表面外侧的总场强:电荷元受到的电场力:（外侧）（内侧）讨论若导体周围存在其他带电体,可以计算,导体表面电荷元σds受到的电场力表式同上σ例、两块大导体平板面积为S分别带电q和q两极板间距远小于平板的线度。 求平板各表面的电荷密度。 解：qqBA电荷守恒：由静电平衡条件导体板内E=。 特例：当两平板带等量的相反电荷时电荷只分布在两个平板的内表面！由此可知：两平板外侧电场强度为零内侧这就是平板电容器。 qqBA空腔内无电荷空腔内有电荷q电荷分布在导体内
静电屏蔽电容器范书凡
私塾国际学府学科教师辅导教案 学员编号：sszk 年级：高一年级课时数：3课时学员姓名：范书凡辅导科目: 物理学科教师：王浩彬授课主题静电屏蔽 教学目的1、了解导体导电机制、静电平衡状态、静电感应现象； 2、理解电场中处于静电平衡状态下导体的特点； 3、了解静电屏蔽现象及其应用 教学重点静电平衡的原理 授课日期及时段2016-8-4 19:00-21:00 【基础知识巩固】 【要点梳理】 1. 静电感应现象及静电平衡 （1）现象解释：将呈电中性状态的金属导体放入场强为E 的静电场中，导体内自由电子便 受到与场强E 方向相反的电场力作用，除了做无规则热运动，自由电子还要向电场玩的反方向作定向移动，图1—4一l（a）所示，并在导体的一个侧面集结，使该侧面出现负电荷，而相对的另一侧出现“过剩”的等量的正电荷图l一4—1（b）所示。在电场中的导体沿着电场强度方向两个端面出现等量异种电荷，这种现象叫做静 电感应。 （2）导体静电平衡条件：E 内 =0 由于静电感应，在导体两侧出现等量异种电荷，在导体内部形成与场强E 向的场强E'，在 导体内任一点的场强可表示为E 内=E +E′。 因附加电场E′与外电场E 方向相反，叠加的结果削弱了导体内部的电场，随着导体两侧感 应电荷继续增加，附加电场E′增强，合场强E 内将逐渐减小。当E 内 =0时，自由电子的定向运 动也停止了。如图1—4—1（c）。 说明： ①导体静电平衡后内部场强处处为零，是指电场强度E ，与导体两端感应电荷产生的场强E′的合场强为零。 ②金属导体建立静电平衡状态的时间是短暂的。 ③静电平衡时，电荷在导体表面的分布往往是不均匀的，越是尖锐的地方，电荷分布越密，
静电感应、电容器与电容
【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
高考物理第一轮复习静电现象电容器及电容学案新人教版.doc
第 3 课时静电现象电容器及其电容 ε0S 1．一平行板电容器两极板间距为d，极板面积为S，电容为 d ，其中ε0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() A ．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 2．如图所示， C 为中间插有电介质的电容器， a 和 b 为其两极板， a 板接地； P 和 Q 为两竖直放置的平行金属板，在两板间用绝缘线悬挂一带电小球；P 板与 b 板用导线相连， Q 板接地．开始时悬线静止在竖直方向，在 b 板带电后，悬线偏转了 角度α.在以下方法中，能使悬线的偏角α变大的是() A ．缩小 a、 b 间的距离 B．加大 a、 b 间的距离 C ．取出 a、 b 两极板间的电介质 D．换一块形状大小相同、介电常数更大的电介质 3．如图所示，在平行板电容器正中有一个带电微粒。K 闭合时，该微粒恰好能保持静止在 ①保持 K 闭合；②充电后将K 断开；两种情况下，各用什么方法能使该带电微粒向上运动 打到上极板？（） A ．上移上极板M B．上移下极板N K C ．左移上极板M D ．把下极板N 接地 4．如图所示 ,平行板电容器与电动势为 E 的直流电源 (内阻不计 )连接 ,下极板接地 .一带电油滴位于电容器中的 P 点且恰好处于平衡状态 .现将平行板电容器的上极板竖直向上移动一小 段距离() A．带电油滴将沿竖直方向向上运动 B． P 点的电势将降低C ．带电油滴的电势能将减少 D ．若电容器的电容减小,则极板带电量将增大 5.如图所示 , 水平放置的平行板电容器 , 上板带负电 , 下板带正电 , 带电小球以速度 v0水平射 入电场 , 且沿下板边缘飞出. 若下板不动 , 将上板上移一小段距离, 小球 仍以相同的速度v0从原处飞入 , 则带电小球 () A.将打在下板中央 B.仍沿原轨迹由下板边缘飞出 C.不发生偏转 , 沿直线运动 D.若上板不动 , 将下板上移一段距离 , 小球可能打在下板的中央 6 如图所示的是一个带正电的验电器,当一个金属球 A 靠近验电器上的金属小球 B 时 ,验电器中金属箔片的张角减小,则() A. 金属球 A 可能不带电 B. 金属球 A 一定带正电
高中物理-静电场 电容器和电容 学案
学案9 电容器和电容 学案10 静电的应用及危害 [学习目标定位] 1.知道电容器的概念和平行板电容器的主要构造. 2.理解电容的概念及其定义式和决定式. 3.了解平行板电容器电容与哪些因素有关，并能用其讨论有关问题. 4.了解静电的应用以及防止静电危害的办法． 一、电容器 1．储存 的元件叫电容器．任何两个彼此绝缘而又相互靠近的 ，就构成一个电容器． 2．电容器任一个极板带电荷量的 叫做电容器的电荷量． 二、电容器的电容 一个电容器所带的电荷量Q 与电容器两极间的电势差U 成正比，比值Q U 是一个常量．它与 电荷量Q 和电压U ，反映了电容器 的能力，叫做电容．电容的单位是 ，简称 ，符号是F.1 μF ＝10－ 6 F,1 pF ＝10－12 F. 三、平行板电容器的电容 平行板电容器两板之间的正对面积S 越大，电容C ；板间距离d 越大，电容C ；插入电介质后电容C ．(即C ＝εr S 4πkd ，εr 为电介质的相对介电常数) 四、 常用电容器 从构造上看可分为 电容器和 电容器．电容器能长期 工作时所能承受的电压叫额定电压，电容器的电压超过某一限度，电介质被击穿，这个极限电压称为击穿电压．电容器外壳上标的是 ，比击穿电压 ． 五、静电的应用 有 、静电屏蔽、 、静电复印机、激光打印机等．预防静电危害的方法有 ；调节空气的湿度；易燃易爆环境中 .
2 一、电容器 电容 [问题设计]照相机的闪光灯是通过电容供电的，拍照前先对电容器充电，拍照时电容器瞬间放电，闪光灯发出耀眼的白光．拍照前、后的充电过程和放电过程，能量发生怎样的变化？ [要点提炼] 1．任意两个彼此 又相距很近的 ，都可以看成一个电容器． 2．电容器的电容在数值上等于两极板间每升高(或降低)单位电压时增加(或减少)的电荷量． C ＝Q U ＝ΔQ ΔU ，对任何电容器都适用．Q 为电容器的带电荷量，是其中一个极板上带电荷量的 绝对值． [延伸思考] 是否可以根据C ＝Q U 认为，电容器的电容与电容器所带电荷量成正比，与电容 器两极板间的电势差成反比？ 二、平行板电容器的电容 [问题设计]平行板电容器由两块平行放置的金属板组成．利用平行板电容器进行如下实验： (1)如图所示，保持Q 和d 不变，增大(或减小)两极板的正对面积S ，观察电势差U (静电计指针偏角)的变化，依据C ＝Q U ，分析电容C 的 变化． (2)如图所示，保持Q 和S 不变，增大(或减小)两极板间的距离d ，观察电势差U (静电计指针偏角)的变化，依据C ＝Q U ，分析电容C 的变 化． (3)如图所示，保持Q 、S 、d 不变，插入电介质，观察电势差U (静电计指针偏角)的变化，依据C ＝Q U ，分析电容C 的变化． [要点提炼] 1．平行板电容器的电容与两平行极板正对面积S 成 ，与电介质的相对介电常数εr
第一章 6 电容器和电容~7 静电的应用及危害
6 电容器和电容 一、电容器 1．电容器 (1)电容器：由两个彼此绝缘又互相靠近的导体组成，是储存电荷和电能的元件． (2)平行板电容器：由两块彼此隔开平行放置的金属板构成． 2．电容器的带电荷量Q ：任意一块极板所带电荷量(＋Q 或－Q )的绝对值． 3．电容器的充放电 (1)充电：把电容器的两极板分别与电源的两极相连，两个极板分别带上等量的异种电荷的过程．充电过程中，由电源获得的电场能储存在电容器中． (2)放电：用导线把充电后的电容器的两极板接通，两极板上的电荷中和的过程．放电过程中，电场能转化为其他形式的能量． 二、电容 1．定义：电容器所带电荷量Q 与电容器两极板间的电势差U 的比值． 2．定义式：C ＝Q U . 3．单位：电容的国际单位是法拉，符号为F,1 F ＝1 C/V. 常用的单位还有微法和皮法，1 F ＝106 μF ＝1012 pF. 4．物理意义：电容器的电容是表示电容器储存电荷能力的物理量，在数值上等于两极板间的电势差为1 V 时电容器所带的电荷量． 三、平行板电容器的电容 实验探究 (1)方法 ①两极板分别与静电计的金属球和外壳相连，静电计指针的偏转角度显示两极板间的电势差． ②采取控制变量法，分别研究电容与正对面积S 、板间距离d 、板间电介质的关系． (2)结论：平行板电容器的两板之间的正对面积S 越大，电容C 越大；板间距离d 越大，电容C 则越小；插入电介质后电容C 增大． 四、常用电容器 1．分类 (1)按电介质分：云母电容器、纸质电容器、陶瓷电容器、电解电容器等． (2)按是否可变分：固定电容器、可变电容器等． 2．电容器的额定电压和击穿电压： (1)击穿电压：电介质不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
特性阻抗和静电电容
1. 特性阻抗：Z0〔?〕和静电电容：C〔pF/m〕 a静电电容和特性阻抗成反比关系 (同轴电缆的实际测量例：参照下表) 一般同一绝缘体材料时，Z0决定于导体直径(d)和绝缘体外径(D)之比(D/d)。1. Impedance (Z0), Capacitance (C) 1)Impedance & Capacitance have an inverse proportion relationship. (An example data on coaxial cable is illustrated below). Fundamentally, if the insulating material is exactly the same, the ratio of Z0to C is determined by the diameter of s Z0 Z0在频率大约为10MHz以上时趋于稳定。对于同轴电缆规定10MHz时的Z0，对于同轴之外的其它电缆，定义频率或测量法后规定Z0。Z0is stable when frequency gets to about 10 MHz & over. Coaxial cable regulates the Z0at 10 MHz, & cables other than coaxial regulate the Z0by defining frequency or measurement method.
d与介电常数( ε )的关系 除D/d、频率外，决定Z0和C的要素还有介电常数( ε )。这取决于绝缘体材料。 导体为同一时，ε 和Z0、C的关系如q、w。 q绝缘体外径不变，缩小ε时， →C变小，Z0增大 (即可不改变结构尺寸地改变C和Z0) w C和Z0不变，缩小ε 时， →绝缘体外径变小 (即可不改变C和Z0地缩小外径) 一般来说PVC是受频率和温度影响ε 大幅度变化的绝缘材 料。因此，对Z0等电气特性的要求高时，应使用聚烯烃类、氟化乙烯树脂类等ε稳定的绝缘体材料。3)The relationship of dielectric contact (ε). Another factor for determining Z0& C, besides D/d & frequency is dielectric contact (ε). This is determined according to the insulating material. q&w below show the relationship between ε, Z0& C when the conductors used are same size. q When the external diameter of the insulating body is not changed & εis made smaller → C becomes smaller & Z0becomes bigger. (In other words : without changing the size of the structure, C & Z0can be changed.) w When C & Z0are not changed, & εis made smaller →the external diameter of the insulating body becomes smaller. (In other words : without changing C & Z0, the external diameter of the insulating body can be made smaller.) In general PVC is an insulating material where unfortunately εexperiences large scale changes, according to frequency & temperature. Because of this, when electrical properties of Z0etc, are demanded polyoefin & fluorocarbon polymers etc. are used in the insulating material to stabilize ε.
静电屏蔽和电容器
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（ A ） A．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（ A ） A．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。
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静电屏蔽和电容器 Prepared on 24 November 2020
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（ A ） A．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（ A ） A．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