高中物理7 静电的利用和防护评课ppt课件

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1.了解生活中的静电现象,知道静电在生产生活中的应用,了解静电的危害并知道如何防治。2.知道电容器的概念和平行板电容器的主要构造。3.了解电容器的充放电过程。4.理解电容的概念及其定义式和决定式。5.掌握平行板电容器电容的决定式,并能用其讨论有关问题。6.知道常见的电容器,能区分各类电容器。
1.通过对静电的应用、危害与防治的学习增强科学态度与责任。2.通过观察电容器的充放电过程,养成科学探究的精神。3.通过类比建立电容的概念,通过比值定义法定义电容,形成科学思维。4.通过构建电容器的动态分析模型形成科学思维。
一、静电及其应用1.静电(1)定义:静止的电荷称为静电。(2)规律:带电体的绝缘性能越好,电荷越容易积累,产生的电压越高。同时,绝缘性能越好的物体一旦带上静电,电荷的泄露速度越慢,其危害性就越大。2.静电的利用(1)静电喷涂;(2)静电除尘;(3)激光打印机;(4)除上述应用外,静电屏蔽、静电复印、静电植绒、避雷针等也利用了静电原理。
二、静电的危害及防治1.静电的危害(1)雷雨云的雷鸣电闪,可能造成人畜伤亡、击毁树木房屋、造成停电事故、酿成飞行事故、引发森林大火、干扰无线电通信等。(2)静电火花极易点燃易燃物质,引起爆炸和火灾。(3)静电放电可能引起电子设备的故障,造成电磁干扰。(4)静电放电可以击穿集成电路和精密电子元件。
2.静电危害的防治措施(1)尽快导走多余电荷,避免静电积累。(2)调节空气湿度。(3)保持良好的通风、消除静电火花的引爆条件。(4)给导体加一个金属尖端进行尖端放电。
三、电容器1.电容器的作用:储存电荷和电能。2.电容器:任何两个彼此绝缘又互相靠近的导体都可以看成一个电容器。3.平行板电容器:两块彼此隔开平行放置的金属板构成一个最简单的电容器,叫作平行板电容器。4.电容器所带电荷量:任意一块极板所带电荷量的绝对值。
5.电容器的充放电(1)充电:把电容器的两极板分别与电池组的两极相连,两个极板分别带上等量异种电荷的过程,充电过程中,由电源获得的电能储存在电容器中。(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,电能转化为其他形式的能量。
四、电容器的电容1.定义:电容器所带的电荷量Q与电容器两极板间的电势差U的比值。2.物理意义:描述电容器储存电荷能力的物理量。
3.公式C= ,其中Q指一个极板上带电荷量的绝对值。4.单位:法拉,符号是F,1 F=1 C/V,1 F=106 μF=1012 pF。
五、常见的电容器1.分类(1)固定电容器:纸质电容器、电解电容器、云母电容器、陶瓷电容器等。(2)可变电容器。2.电容器的击穿电压和额定电压(1)击穿电压:绝缘介质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,则电容器就会损坏。(2)额定电压:电容器正常工作所能承受的最大电压,比击穿电压低许多。3.电容器上标的电压值是额定电压还是击穿电压?提示:额定电压。
【思考讨论】 1.判断下列说法的正误。(1)电工穿的高压作业服是用铜丝编织的,目的是铜丝衣服有屏蔽作用,使体内电场强度为零。(　　)(2)电容器的电容跟它的电荷量成正比。(　　)(3)对于确定的电容器,它所充的电荷量跟它两极板间电压的比值保持不变。(　　)
2.电容器和电容有何区别?提示:电容器是一个电子元件,能够储存电荷和电能;电容是一个物理量,是用来描述电容器容纳电荷本领的物理量。
3.有一充电的平行板电容器,两极板间电压为3 V,现使它的电荷量减少3×10-4 C,于是电容器两极板间的电压降为原来的 ,此电容器的电容是多大?电容器原来的电荷量是多少?若电容器极板上的电荷全部放掉,电容器的电容是多大?
设电容器原来的电荷量为Q,则Q=CU=4.5×10-4 C,电容器的电容是由本身决定的,与是否带电无关,所以电容器放掉全部电荷后,电容仍然是1.5×10-4 F。
照相机的闪光灯是通过电容器供电的,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?
提示:拍照前的充电过程由电源获得的电能储存在电容器中;拍照后的放电过程,两极板间的电场能转化为其他形式的能量。
1.电容由电容器本身的构造决定电容器的电容是反映电容器容纳电荷本领的物理量,用比值C= 来定义,但它却是由电容器自身的构造决定的,与电荷量Q和所加电压U无关。即使电容器不带电,其电容仍然存在,并且是一个确定的值。
2.通过Q-U图像来理解。如图所示,Q-U图像是一条过原点的直线,其中Q为一个极板上电荷量的绝对值,U为两极板间的电势差,直线的斜率表示电容大小。因而电容器的电容也可以表示为C= ,即电容的大小在数值上等于两极板间的电压增大(或减小)1 V所增加(或减少)的电荷量。
电容器的充电电流、放电电流都是瞬时电流,电流迅速变化并消失。
【例题1】 如图所示,电源电压为 3 V,则
(1)接通开关S的瞬间,通过电阻R的电流方向从　　　　到　　　　。 (2)平行板电容器充电稳定后,电荷量为4.5×10-4 C,那么此电容器的电容是多少?(3)将两极板间距离增大后发现,电荷量减少了1.5×10-4 C,那么电容器的电容变成了多少?
答案:(1)A　B　(2)1.5×10-4 F　(3)1×10-4 F
解析:(1)电容器在充、放电过程中,电路中将有电流,电流方向即正电荷的定向移动方向。在接通开关S的瞬间,电容器被充电,上极板带正电,下极板带负电,故电流方向由A到B;
【变式训练1】 一个电容器的规格是100 μF、25 V,对这两个数据的理解正确的是(　　)A.这个电容器只有加上25 V电压时,电容才是100 μFB.这个电容器储存的电荷量一定为2.5×10-3 CC.这个电容器所加电压不能高于25 VD.这个电容器所加电压可以低于25 V,但电容不变,总是100 μF(电容器本身不发生变化)
答案:D解析:电容器的电容与电容器板间电压无关,加电压或不加电压、电荷量多或少时,电容都是100 μF,2.5×10-3 C是此电容器所能储存的最大电荷量,故A、B错误,D正确;25 V是电容器的额定电压值,是指电容器正常工作所能承受的最大电压,它比击穿电压要低很多,故C错误。
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,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= ,分析电容C的变化。
(2)如图所示,保持Q和S不变,增大两极板间的距离d,观察电势差U(静电计指针偏角)的变化,依据C= ,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= ,分析电容C的变化。
提示:(1)实验结论:S减小,电势差U增大,电容C减小。(2)实验结论:d增大,电势差U增大,电容C减小。(3)实验结论:插入电介质,电势差U减小,电容C增大。
2.两类动态问题的分析过程(1)第一类动态变化:两极板间电压U恒定不变
(2)第二类动态变化:电容器所带电荷量Q恒定不变
分析电容器动态变化问题的思维流程
【例题2】 如图所示,两块相互靠近彼此绝缘的平行金属板组成平行板电容器,极板N与静电计金属球相连,极板M和静电计的外壳均接地,用静电计测量平行板电容器两极板间的电势差U。在两极板相距为d时,给电容器充电,静电计指针张开一定角度。在整个实验过程中,保持电容器所带的电荷量Q不变,下面的操作中将使静电计指针张角变大的是(　　)
A.仅将M板向下平移B.仅将M板向右平移C.仅在M、N之间插入云母板(相对介电常数大于1)D.仅在M、N之间插入金属板,且不和M、N接触
解析:仅将M板向下平移,两极板正对面积减小,由C= 可知电容减小,而电容器的电荷量不变,由C= 可得,板间电压增大,静电计指针张角变大,A正确;仅将M板向右平移,板间距离减小,电容增大,而电容器所带电荷量不变,板间电压减小,静电计指针张角变小,B错误;仅在M、N之间插入云母板,相对介电常数增大,电容增大,而电容器的电荷量不变,板间电压减小,静电计指针张角变小,C错误;仅在M、N之间插入金属板,相当于板间距离减小,电容增大,而电容器所带电荷量不变,板间电压减小,静电计指针张角变小,D错误。
静电计的使用静电计是在验电器的基础上改造而成的,静电计由相互绝缘的两部分组成,静电计与电容器的两极板分别连接在一起,则电容器两极板间的电势差就等于静电计上所指示的电势差U,U的大小可从静电计的刻度读出,可见,静电计指针偏角的变化表征了电容器两极板间电势差的变化。
【变式训练2】 如图所示,一平行板电容器充电后与电源断开,这时电容器的电荷量为Q,P是电容器内一点,电容器的上极板与大地相连,下列说法正确的是(　　)
A.若将电容器的上极板左移一点,则两板间电场强度减小B.若将电容器的下极板上移一点,则P点的电势升高C.若将电容器的下极板上移一点,则两板间电势差增大D.若将电容器的下极板上移一点,则两板间电势差减小
如图所示,两平行的带电金属板水平放置。若在两板中间a点从静止释放一带电微粒,微粒恰好保持静止状态。则:带电微粒受哪几个力的作用?有何特点?若将电容器的电荷放掉一部分,带电微粒如何运动?
提示:微粒受到重力和电场力的作用;两个力大小相等,方向相反;放掉部分电荷后电容器极板间的电场变弱,电场力减小,故微粒向下做匀加速直线运动。
关于电容器与力学、运动学知识相结合的问题,电场强度是联系电场问题和力学问题的桥梁。分析此类问题时应注意:(1)若已知电压、电荷量或电容的变化情况,应先根据 分析两极板间电场强度的变化,然后分析物体的受力情况及运动情况的变化。(2)若已知物体运动情况的变化,应先根据运动情况分析电场力的变化,由此判断电场强度的变化,进而判断电压、电荷量或电容的变化规律。
【例题3】 右图是一个由电池、电阻R、开关S与平行板电容器组成的串联电路,开关S闭合。一带电液滴悬浮在两板间P点不动,下列说法正确的是(　　)A.带电液滴可能带正电B.增大两极板距离的过程中,电阻R中有从b到a的电流C.断开S,减小两极板正对面积的过程中,液滴将加速下降D.断开S,减小两极板距离过程中,液滴静止不动
1.保持S闭合,误认为带电液滴所受静电力不变。实际上,两极板间电压保持不变,若增大两极板距离,由E= 可知,带电液滴所受静电力减小。2.充电后断开开关,减小两极板距离,误认为带电液滴所受静电力增加。实际上,由E= 可知,在Q不变情况下,E与d无关,E与εr·S成反比。
【变式训练3】 如图所示,平行板电容器的两极板A、B接于电池两极,一带正电的小球悬挂在电容器内部,闭合S,电容器充电,这时悬线偏离竖直方向的夹角为θ,则下列说法正确的是(　　)A.保持S闭合,将A板向B板靠近,则θ不变B.保持S闭合,将A板向B板靠近,则θ变小C.断开S,将A板向B板靠近,则θ增大D.断开S,将A板向B板靠近,则θ不变
1.(静电的应用与防护)关于静电的利用与防范,下列说法不正确的是(　　)A.安装避雷针可使建筑物免遭雷击B.静电复印机的工作过程实际上和静电完全无关C.用静电喷漆的方法给汽车喷涂油漆,既省漆又均匀D.油罐车在运输过程中会产生静电,车后拖一铁链,能及时把静电导走答案:B解析:高大建筑物顶上安放避雷针是为了防止静电危害,故A正确;静电复印机是利用静电工作的,与静电有关,故B不正确;用静电喷漆的方法给汽车喷涂油漆,由于电荷间的相互作用,既省漆又均匀,故C正确;油罐车拖一条与地面接触的铁链是为了将摩擦产生的静电及时导走,防止静电危害,故D正确。
2.(对电容器与电容的理解)据报道,科学家发明了一种新型超级电容器,能让手机几分钟内充满电。某同学假日登山途中用该种电容器给手机电池充电,下列说法正确的是(　　)A.该电容器给手机电池充电时,电容器的电容变大B.该电容器给手机电池充电时,电容器所带的电荷量可能不变C.该电容器给手机电池充电时,电容器存储的电能变少D.充电结束后,电容器不带电,电容器的电容为零答案:C解析:电容是描述电容器容纳电荷本领大小的物理量,与电容器的电压及电荷量无关,故A、D错误;当该电容器给手机电池充电时,电容器存储的电荷量减小,则电能变少,故B错误,C正确。
3.(平行板电容器的动态分析)平行板电容器的两极板接在电压恒定的直流电源上,若将两极板间距离减小,则电容器(　　)A.极板上的电荷量变大,极板间电场强度变大B.极板上的电荷量变小,极板间电场强度变大C.极板上的电荷量变大,极板间电场强度不变D.极板上的电荷量变小,极板间电场强度不变
4.(平行板电容器的动力学问题)如图所示,一平行板电容器的两极板与一电压恒定的电源相连,极板水平放置,极板间距为d;在下极板上叠放一厚度为l的金属板,其上部空间有一带电粒子P静止在电容器中。当把金属板从电容器中快速抽出后,粒子P开始运动。重力加速度为g。粒子运动的加速度为(　　)