向学生交代清楚,地球是个极大的导体,可以认为处于静电平衡状态,所以它是一个等势体,这是我们可以把大地选做零电势体的一个原因。
问题8:处于静电平衡状态的导体,其电荷如何分布?
答案 电荷只能分布在导体的外表面。且电荷分布不均匀,越尖的地方电荷分布越多,越平的地方电荷分布越少。
2. 静电现象及应用 (1) 尖端放电
现象:出租车的“尾巴”放电、尖端放电使蜡烛火焰偏向。
我们用一个极端的例子来说明:例如一枚缝衣针带有电荷,由于是同种电荷,电荷相互排斥,电荷自然要被“挤”到针的两端。 原因:由于导体尖端电荷密度很大,附近场强特别强,使空气电离从而出现放电现象。 应用:① 避雷针。打雷时,天空中存在大量的电荷,从而使避雷针感应起电,感应电荷向尖端积聚,其附近形成强电场,最终发生尖端放电现象。这里有一种等价说法:大地通过避雷针释放电荷,去中和天空中的相反电荷;或者天空中的电荷通过避雷针直接导入大地。
② 在燃气灶和燃气热水器中,常常安装电子点火器,接通电子线路时产生高电压,通过高压放电的电火花来点燃气体。点火器的放电电极做成针形。
此处教学也可问学生,验电器的金属杆上端固定一个金属球而不做成针尖状的原因? (2) 静电屏蔽
现象:把手机放在金属杯中,用另一手机拨打,出现“不在服务区”的信号。
静电屏蔽的其他现象及应用可简要提及一下,无须作原理性的介绍,如:静电分选,静电复印,静电除尘,静电喷涂等。如果时间有余的话,可介绍接地金属球壳屏蔽内外电场的原理。 原因:在导体内部挖出一个空腔,导体内部没有电场,空腔内当然也没有电场。
应用:有线电视信号传输线是同轴电缆,电脑配件声卡、网卡等都用铝膜塑料袋包装,电脑主机机箱使用金属材质,高压工作服??
【例题1】 用一根跟毛皮摩擦过的硬橡胶棒,靠近不带电验电器的金属小球a(如图所示),然后用手指瞬间接触一下金属杆c后拿开橡胶棒,
这时验电器小球a和金箔b的带电情况是( )
A. a带正电,b带负电 B. a带负电,b带正电 C. a、b均带正电
D. a、b均带负电 答案 A
【例题2】 如图所示,把一个架在绝缘支架上的枕形导体放在正电荷形成的电场中,导体处于静电平衡状态。下列说法中正确的是( )
A. A、B两点场强相等,且都为零 B. A、B两点的场强不相等
C. 感应电荷产生的附加场强大小是|E'A|<|E'B| D. 当开关S闭合时,电子从大地沿导线向导体移动 答案 AD
【例题3】 下列关于避雷针的说法中,正确的是( )
A. 避雷针避雷是中和云层中的异种电荷
B. 避雷针避雷是将云层中积聚的电荷导入大地 C. 为了美观,通常把避雷针顶端设计成球形 D. 避雷针安装在高大建筑物顶部,而不必接地 答案 B
【例题4】 长为l的导体棒原来不带电,现将一带电荷量为+q的点电荷放在距棒左端R处,如图所示。当棒达到静电平衡状态后,棒上感应电荷在棒内中点P处产生的场强大小等于 ,方向为 。
解析 导体棒在点电荷+q的电场中发生静电感应,左端出现负电荷,右端出现正电荷,棒中任何一点都有两个电场,即外电场——+q在该点形成的电场E0,附加电场——棒上感应电荷在该点形成的电场E',达到静电平衡时E'=E0,题中所求的即为E',于是我们通过上述等式转化为求E0。
棒的中点距离+q为r=R+2,于是E'=E0=
??
????
??2 ??+
2。
E'和E0方向相反,方向向左。
同理,我们还能求棒中其他点的附加电场的场强。 答案
????(??+2)??2 向左
本课小结(见学生用书课堂本第19页) 1. 静电感应
把金属导体放进电场中,由于电场力的作用,两端会分别出现正负电荷,这种现象叫做静电感应。
2. 处于静电平衡状态的导体的基本特点: (1) 静电平衡的条件E感=E外;
(2) 静电平衡的导体的特点:① 电荷都分布在导体外表面而导体内部没有电荷且表面越尖锐处电荷分布密度越大。② 整个导体是个等势体(包括导体表面)。③ 导体表面的电场线与表面垂直。
第10课时 电容器的电容
高效课堂
情景创设
通过对照相机闪光灯的工作原理的设疑,课件展示电容器广泛应用的图片,导入课题。 在黑板上画上水平放置的两块平行金属板,再画上电源,用导线把两金属板分别与电源的正负极连接,会在两极板上出现正、负电荷,再移除电源,由于正负电荷的相互吸引,电荷保留了下来,所以两个相互靠近的金属板这样的装置能容纳一定的电荷,这样的装置就叫做电容器。
“从生活走向物理”,让学生了解电容器在生活中的广泛应用,增加对电容器的感性认识,激发学习热情,从而提出课题。
互动探究(见学生用书课堂本第21页) 1. 认识电容器 问题1:电容器是怎样构成的?
答案 两个相隔很近且彼此绝缘的导体,组成一个电容器。中间的绝缘物质叫电介质。
指导学生观察莱顿瓶结构。莱顿瓶易拆易装,使学生更易掌握电容器的结构,同时易引起学生了解电容器的兴趣,激发学生的求知欲。 问题2:电容器有什么作用? 分析充电过程,如图所示。
思考1:充电后电容器两极板的带电特点。 答案 带等量异种电荷。
思考2:电容器所带的电荷量指的是什么? 答案 一个极板所带电荷量的绝对值。
思考3:充电过程中,两极板上的电荷如何变化? 答案 很快增多。
思考4:两极板间的电场强度如何变化? 答案 很快增大。
思考5:两极板间的电势差如何变化? 答案 很快增大。
思考6:充电的时间可以控制吗? 答案 不可以。
思考7:充电过程中能量是如何转化的? 答案 电能转化为电场能。 分析放电过程,如图所示。
思考8:放电后两极板上的电荷哪里去了? 答案 相互中和,电容器不带电。
思考9:放电后,电容器两端还有电势差吗? 答案 无电荷,无电场,无电势差。 思考10:充电过程中能量如何转化的? 答案 电场能转化为其他形式的能。
教学条件较好的学校可利用传感器观察电容器的充、放电过程,进一步引导学生进行定量分析。 2. 怎样描述电容器容纳电荷本领的大小?
问题1:给电容器加上电压U,能使电容器带上一定的电荷量Q,设想用2U的电压,电容器能带多少电荷量?同样如果是加电压3U,电容器能带多少电荷量呢?
答案 类比于水容器,如图所示。装水时,如果水的深度为1 cm,装水体积为V,则水的深度为2 cm,装水体积为2V。电容器所带电荷量分别为2Q和3Q。
问题2:由类比得出电容器带电荷量与电压成正比,写成数学表达式便是Q=kU,此处的比例系数k具有什么样的物理意义呢?
答案 结论:对同一电容器,每单位电压下储存的电荷量是一个定值。所以可用??的比值表示电容器容纳电荷本领的大小。不同的电容器,这个比值是不同的。
??
此处教学时首先要让学生理解,比例系数k是一个与Q、U均无关的物理量;其次,通过两个电容器的Q与U的比值的比较要让学生领悟到这个比值反映了电容器容纳电荷本领的大小。这个比值,我们给它一个物理名称叫做电容。
3. 电容
(1) 说说你对电容器电容定义的理解?并写出电容器电容的定义式。
答案 ① 电容器的电容定义: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,叫做电容器的电容。② 电容的定义式:C=??。
(2) 电容的物理意义及决定因素。
答案 电容是表示电容器容纳电荷本领的物理量,是由电容器本身的性质(包括导体大小、形状、相对位置及电介质)决定的,与电容器是不是带电无关。
??
通过上面的分析,电容C是一个与Q、U无关的物理量,那么C的大小由什么因素决定呢?引导学生想到由电容器本身决定,也就是说是由电容器本身的一些结构因素决定的。下面教学以最简单的电容器(平行板电容器)为例介绍影响电容的因素。
4. 影响平行板电容器电容的因素有哪些?
猜想:与电容器两极板的正对面积S、两极板间的距离d、介质有关。 实验研究方法:控制变量法。
问题:演示平行板电容器的电容充电后,用电压表测电压的方式行不通,那么怎样测充电后平行板电容器的电压?
通过阅读、查资料,知道静电压要用静电计测量,如图所示。
思考:静电计指针偏大说明了什么?
答案 说明电容改变了。指针偏大,电势差增大,C=,Q不变,电容减小了。
注意:这个过程的因果关系是:极板正对面积S的改变,使得电容器变成了另一个电容器,正因为电容器变化了,才使得在Q不变时,U发生变化。因此通过U 的变化,可以判断电容C的变化。
????
如果学校实验条件不太好的话,可采用演示实验与实验录象同步进行的方式来展开教学。 实验1:保持Q和d不变,减小S,观察U的变化情况,说明C随S怎样变化?(提示:此时已经是一个新的电容器,电容发生了改变。) 答案 保持Q、d不变,S越小,电容C越小。
实验2:保持Q和S不变,增大d,观察U的变化情况,说明C随d怎样变化? 答案 保持Q、S不变,增大极板间的距离d,电势差U 增大,电容C 减小。 实验3:保持Q、S、d不变,插入电介质,观察U的变化情况,说明C怎样变化? 答案 保持Q、S、d 均不变,插入电介质,电势差U减小,电容C增大。
此处教学可引导学生编制下面的实验方案,同时也让学生学会通过表格处理实验数据。
方案 方法 观察的现象 对电容的影响