资源描述
第3讲 匀强电场中电势差与电场强度的关系 电容器,知识梳理 一、匀强电场中电势差与电场强度的关系 1.电势差与电场强度的关系式: U=Ed ,其中d为匀强电场中两点间 沿电场线方向的距离。 2.电场强度的方向和大小 电场中,电场强度的方向是指 电势降落 最快的方向,在匀强电场 中,电场强度在数值上等于沿电场方向每单位距离上降低的电势。,二、电容器,1.电容器:两个彼此 绝缘又相互靠近 的导体可构成一个电容器。,2.电容器的充放电 (1)充电:把电容器接在电源上,电容器两个极板分别带上等量的异种电 荷的过程。充电后,两极板间有电场存在,电容器储存电荷。 (2)放电:用导线将电容器两极板接通后,极板上电荷通过导线中和的过 程。放电后的两极板间不再有电场,电场能转化为其他形式的能量。,3.电容器的电容 (1)定义:电容器所带的 电荷量 与电容器两极板间的 电势差的比值。 (2)意义:表示电容器 容纳电荷本领 的物理量。 (3)定义式:C= 。 (4)单位:法拉(F)、微法(F)和皮法(pF) 1 F=10-6 F 1 pF=10-12 F,4.平行板电容器 (1)平行板电容器的电容C= 。 (2)带电平行板电容器两极板间的电场可认为是匀强电场,板间场强E= 。,1.a、b、c、d是匀强电场中的四个点,它们正好是一个矩形的四个顶 点。电场线与矩形所在平面平行。已知a点的电势为 20 V,b点的电势 为24 V,d点的电势为4 V,如图所示。由此可知c点的电势为 ( ) A.4 V B.8 V C.12 V D.24 V,B,答案 B 由公式U=Ed可知,在匀强电场中相互平行的两线段端点所 对应电势差之比恰好等于两线段长度之比。则由图知abdc,且abcd为 矩形,必有Uab/Udc=ab/dc=1/1,故(20-24)V=4 V-c,则c=8 V。,2.如图所示为测定液面高度h的电容式传感器示意图,E为电源,G为灵敏 电流计,A为固定的导体芯,B为导体芯外面的一层绝缘物质,C为导电液 体。已知灵敏电流计指针偏转方向与电流方向的关系为:电流从左边接 线柱流进电流计,指针向左偏。如果在导电液体的深度h发生变化时观 察到指针正向左偏转,则 ( ),D,A.导体芯A所带电荷量在增加,液体的深度h在增大 B.导体芯A所带电荷量在减小,液体的深度h在增大 C.导体芯A所带电荷量在增加,液体的深度h在减小 D.导体芯A所带电荷量在减小,液体的深度h在减小,答案 D 电流计指针向左偏转,说明流过电流计G的电流由左向右,则 导体芯A所带电荷量在减小,因电源一直与电容器相连,电容器两端电压 保持不变,由Q=CU可知,导体芯A与液体形成的电容器的电容减小,则液 体的深度h在减小,故D正确。,深化拓展,考点一 匀强电场中电场强度与电势差的关系,考点二 电容器动态变化问题,考点一 匀强电场中电场强度与电势差的关系 1.公式E= 反映了电场强度与电势差之间的关系,电场强度的方向 就是电场中电势降低最快的方向。,2.公式中d可理解为电场中两点所在等势面之间的距离,由此可得出一 个结论:在匀强电场中,两长度相等且相互平行的线段的端点间的电势 差相等。如图所示,AB、CD平行且长度相等,则UAB=UCD。,3.匀强电场中的任一线段AB的中点C的电势,C= ,如图所示。,1-1 如图所示,在平面直角坐标系中,有方向平行于坐标平面的匀强电 场,其中坐标原点O处的电势为0 V,点A处的电势为6 V,点B处的电势为3 V,则电场强度的大小为 ( ) A.200 V/m B.200 V/m C.100 V/m D.100 V/m,A,答案 A 由匀强电场的特点得OA的中点C的电势C=3 V,C=B,即B、 C在同一等势面上,由电场线与等势面的关系和几何关系知:如图所示,d =1.5 cm,则E= = V/m=200 V/m,A正确。,1-2 如图所示,匀强电场方向平行于xOy平面,在xOy平面内有一个半径 为R=5 m的圆,圆上有一个电荷量为q=+110-8C的试探电荷P,半径OP与 x轴正方向的夹角为(如图),P沿圆周移动时,其电势能Ep=2.510-5sin (J),则 ( ) A.x轴位于零势面上 B.电场强度大小为500 V/m,方向沿y轴正方向 C.y轴位于零势面上 D.电场强度大小为500 V/m,方向沿x轴正方向,A,答案 A 由Ep=2.510-5sin (J)知,试探电荷在x轴上时电势能为0,x轴位 于零势面上,电场线沿y轴方向,当 =90 时,Ep90=2.510-5 J=EqR,解得E=5 00 V/m,方向沿y轴负方向,故B、C、D错,A正确。,考点二 电容器动态变化问题 1.区分两种基本情况 (1)电容器始终与电源相连时,电容器两极板间电势差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.平行板电容器的动态分析方法 (1)确定不变量,分析是电压不变还是所带电荷量不变。 (2)用决定式C= 分析平行板电容器电容的变化。 (3)用定义式C= 分析电容器所带电荷量或两极板间电压的变化。 (4)用E= 分析电容器极板间电场强度的变化。,2-1 某电容式话筒的原理示意图如图所示,E为电源,R为电阻,薄片P和 Q为两金属极板。对着话筒说话时,P振动而Q可视为不动。在P、Q间 距增大过程中 ( ),A.P、Q构成的电容器的电容增大 B.P上电荷量保持不变 C.M点的电势比N点的低 D.M点的电势比N点的高,D,答案 D 由C= 可知P、Q间距离d增大时电容C减小,A项错误。 电容器P、Q两端电压不变,由C= 知,电容减小将放电,电荷量减小,故B 项也错。放电时电流从M点经R到N点,说明M点电势高于N点电势,所以 C项错误,D项正确。,2-2 一带电小球悬挂在平行板电容器内部,闭合开关S,电容器充电后, 悬线与竖直方向夹角为,如图所示。下列方法中能使夹角减小的是 ( ) A.保持开关闭合,使两极板靠近一些 B.保持开关闭合,使滑动变阻器滑片向右移动 C.保持开关闭合,使两极板远离一些,D.打开开关,使两极板靠近一些,C,答案 C 要使悬线夹角减小,就要减小小球在电容器中所受到的电 场力,即要减小电容器内部电场强度。保持开关S闭合,即电容器两端电 压不变,使两极板靠近些,由E= 知,电场强度增大,要增大;使两极板远 离一些,就会使电场强度减小,夹角减小;调节滑动变阻器不能影响电 容器两极板间的电压大小,因此A、B错误,C正确;若断开开关S,电容器 两极板电荷量不变,使两极板靠近一些,由C= ,U= ,E= 知,E= ,则E不变,即夹角不变,D错误。,
展开阅读全文