我高二第一學(xué)期學(xué)習(xí)的主要科目是電磁學(xué),從《靜電場》這門課開始,物理概念變得非常難懂,因?yàn)槿粘I钪泻芏嘣O(shè)備和儀器都是看不見、摸不著的,所以非常抽象,很難理解和記住。在這里想和同學(xué)們分享一下。
基本
1、靜電感應(yīng):當(dāng)不帶電的導(dǎo)體放在電場中時,導(dǎo)體兩端會感應(yīng)出等量的正、負(fù)電荷。
2、靜電:靜電一般是由摩擦產(chǎn)生的,當(dāng)兩個物體相互摩擦?xí)r,帶上正負(fù)電荷,相互之間產(chǎn)生電位差,當(dāng)電荷積累到一定值時,帶電體就會放電。
3. 靜電平衡導(dǎo)體
(1)對于處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體,其內(nèi)部場強(qiáng)度處處為零。
(2)對于處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體,其表面附近任一點(diǎn)的場強(qiáng)方向,都垂直于該點(diǎn)的表面。
(3)處于靜電平衡的導(dǎo)體為等勢體,其表面為等勢面。
⑷ 當(dāng)達(dá)到靜電平衡時,導(dǎo)體內(nèi)部不帶電荷,電荷只分布在導(dǎo)體外表面上。導(dǎo)體表面上,越是尖銳的位置,電荷密度越大,凹陷處幾乎沒有電荷。
4. 尖端放電
導(dǎo)體尖端的電荷密度很大,附近的電場很強(qiáng),能使周圍的氣體分子發(fā)生電離。與尖端電荷帶相反電荷的離子在電場作用下沖向尖端,中和了尖端電荷,相當(dāng)于使導(dǎo)體尖端失去電荷。這種現(xiàn)象叫尖端放電。例如高壓線周圍的“光環(huán)”就是尖端放電現(xiàn)象。避雷針做成蒲公英形狀。高壓設(shè)備應(yīng)盡量做成光滑的。
5.靜電屏蔽
空心導(dǎo)體或金屬網(wǎng)在電場中處處合成場強(qiáng)為零,可以屏蔽外界電場,使內(nèi)部不受外界電場的影響,這就是靜電屏蔽。例如電器儀器的外殼往往是金屬的,三根高壓線上面還有兩根導(dǎo)線與地相連,這些都是靜電屏蔽在生活中的應(yīng)用。
6. 電容器
(1)任何兩個互相絕緣但又距離很近的導(dǎo)體都可以形成電容器。
(2)把電容器的兩個極板分別接在蓄電池的兩個極板上,兩個極板上就會帶上相等但不同的電荷。這個過程叫做電容器的充電。任何一個極板所帶電荷的絕對值叫做電容器的電荷量;用導(dǎo)線把電容器的兩個極板接在一起,兩個極板上的電荷就會中和,電容器就不再帶電了。這個過程叫做放電。
7. 電容器
(1)電容器所帶電荷Q與兩極板間電位差U之比稱為電容器的電容量,用符號C表示。
(二)定義:
如果極板上的電荷增加 ΔQ,且極板之間的電壓增加 ΔU,則
(3)單位:法拉,符號:F。
⑷含義:電容是描述電容器儲存電荷能力的物理量高考物理之電容、帶電粒子在電場中運(yùn)動的例題,其數(shù)值等于電容器兩極板間電位差每增加1V所增加的電荷量。
8.平行板電容器
(1)一般來說,組成電容器的兩導(dǎo)體的面對面積S越大,距離d越小,則電容器的電容量越大;兩導(dǎo)體之間電介質(zhì)的性質(zhì)也會影響電容器的電容量。
經(jīng)典示例
1.平行板電容器相關(guān)量的變化分析
【例1】圖6-3-1所示電路中,電容器的兩個極板始終與電源相連,若將兩個極板間的距離加大,電路中會出現(xiàn)的情況是( )
A.有電流流動,方向?yàn)轫槙r針從a到b
B.有電流流動,方向從b到a逆時針
C. 無電流流動
D.無法判斷
[擴(kuò)展] 一個平行板電容器接在直流電源的兩極上,充電后兩極板間的電壓為U,電荷為Q,兩極板間的場強(qiáng)為E,電容為C。如果電容器充電后斷開電源,兩極板間的距離減小,引起的變化是( )
A. Q 變大 B. C 變大
C.E保持不變 D.U減少
2.平行板電容器中帶電粒子的運(yùn)動與平衡分析
【例2】平行板電容器兩極板間有均勻電場,有一靜止帶電液滴,如圖6-3-2所示,當(dāng)發(fā)生下列哪種變化時,液滴會向上運(yùn)動?( )
A.將電容器的下板稍微向下移動。
B.將電容器的上板稍微向下移動
C. 斷開 S 并將電容器的下板稍微水平向左移動。
D. 斷開 S 并將電容器的上板稍微向下移動。
【分析】開關(guān)不打開,電壓就不會變化
當(dāng)液滴向上運(yùn)動時,向上的電場力要增大,即場強(qiáng)增大,所以d要減小。B正確;
如果開關(guān)關(guān)閉,電荷保持不變。
當(dāng)面對面積S減小時,E變大,液滴向上運(yùn)動,所以C是正確的。
【答案】BC
【提示】帶電粒子在電場中的運(yùn)動與平衡是一個力學(xué)問題,需要從“力的分析”入手。“力與電”之間以“場”聯(lián)系在一起,因此,準(zhǔn)確“分析場強(qiáng)E的變化”是解決問題的關(guān)鍵。
3. 靜電平衡導(dǎo)體
【例3】如圖6-3-4所示,接地金屬球A的半徑為R高考物理之電容、帶電粒子在電場中運(yùn)動的例題,一個點(diǎn)電荷的電荷量為Q,距球心的距離為r。該點(diǎn)電荷在球心O處的電場強(qiáng)度等于( )
A. kQ/r2-kQ/R2 B. kQ/r2+kQ/R2
C、0 D、kQ/r2
【解析】由于靜電感應(yīng),導(dǎo)體A(包括大地)中的自由電荷在電荷Q形成的外電場作用下發(fā)生重新分布。靜電平衡時,在導(dǎo)體內(nèi)部,電荷Q形成的外電場E=kQ/r與感應(yīng)電荷產(chǎn)生的“附加電場E'”同時存在,且在導(dǎo)體內(nèi)部任一點(diǎn),外電場的電場強(qiáng)度E等于附加電場的場強(qiáng)E',但方向相反。
這兩個電場的疊加,導(dǎo)致內(nèi)部的綜合場強(qiáng)處處為零,即=0。
【答案】D
【小貼士】靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體內(nèi)部場強(qiáng)為0,也就是總場強(qiáng)為0,也就是說,“外界電場”與“感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場”大小相等,方向相反,在導(dǎo)體內(nèi)部疊加,互相抵消。
【例4】如圖6-3-5所示,當(dāng)帶正電的絕緣腔體導(dǎo)體A內(nèi)部通過導(dǎo)線與驗(yàn)電器的小球B相連時,驗(yàn)電器的指針是否帶電?
【錯誤解釋】因?yàn)檫_(dá)到靜電平衡時,凈電荷只分布在空心導(dǎo)體的外表面上,內(nèi)部不帶電荷。因此,當(dāng)導(dǎo)體A內(nèi)部通過導(dǎo)線與驗(yàn)電器球相連時,驗(yàn)電器不帶電。
【錯誤原因】關(guān)鍵是“導(dǎo)體外表面”的含義不明確,結(jié)構(gòu)變化會引起“外表面”的變化網(wǎng)校頭條,這一點(diǎn)一定要分析清楚。
【正確答案】腔體導(dǎo)體A內(nèi)部通過導(dǎo)線與驗(yàn)電器球B連接后,AB與另二者組成一個整體。驗(yàn)電器的金箔成為導(dǎo)體外表面的一部分,改變了原有的導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。凈電荷需要重新分配,即電荷分布在新的導(dǎo)體外表面上,因此金箔會帶電。
【洞察】“內(nèi)表面”和“外表面”是相對的(整體),需要根據(jù)具體情況具體分析。比如這道題,達(dá)到平衡后,腔體內(nèi)的小球仍然不帶電,但是腔體表面的電荷通過小球轉(zhuǎn)移到了外表面金箔上。