(完整word版)静电场问题实例：平板电容器电容计算仿真
电磁场与电磁波实验报告
实验一
班级：通信2班
姓名：闫振宇
学号：1306030222
日期：
实验一静电场问题实例，平板电容电容计算仿真
1. 实验目的和任务
a.学习软件maxwell软件的使用方法；
b.复习电磁学相关的基本理论；
c.通过软件的学习掌握运用maxwell进行电磁场仿真的流程；
d.通过对平行班电容器电容计算仿真实验进一步熟悉maxwell软件的应用。
2. 实验内容
1)学习maxwell有限元分析步骤；
2)会用maxwell后处理器和计算器对仿真结果分析；
3)对平板电容器电容仿真计算结果与理论计算值进行比较。
3. 实验原理
平行板电容器原理：
两板上可带等量异号电荷，使板间形成匀强电场。当和用电器构成回路时放电，造成板上电荷、板间电压、场强减弱。如再次充电发生和上述情况相反的过程。
4. 实验步骤
Project>insert maxwell 3D design
选择求解器类型：maxwell>solution type>electric>electrostatic（静电）
4.1 创建下极板六面体
Draw>box
设置起点：(X，Y，Z)>(0,0,0)
坐标偏置(dx，dy，dz)>(25,25,2)
Assign maxwell>pec(设置材料为理想导体perfect conductor)
4.2 创建上极板六面体
Draw>box
设置起点：(X，Y，Z)>(0,0,3)
坐标偏置(dx，dy，dz)>(25,25,2)
Assign maxwell>pec(设置材料为理想导体perfect conductor)
4.3 创建中间的介质六面体
Draw>box
设置起点：(X，Y，Z)>(0,0,2)
坐标偏置(dx，dy，dz)>(25,25,1)
Assign maxwell>mica(设置材料为云母mica)
图3-1 电容仿真图
4.4 创建计算区域(resign)
Padding percentage：0%
忽略电场的边缘效应(fringing effect)
4.5 设置激励(assign excitation)
选中上极板
Maxwell>excitations>assign>voltage>5v
选中下极板
Maxwell>excitations>assign>voltage>0v
4.6 设置计算参数(assign executive parameter) Maxwell>parameters>assign>matrix(矩阵)>voltage1，voltage2 4.7 设置自适应计算参数(create analysis setup)
Maxwell>analysis setup>add solution setup
最大迭代次数：maximum number of passes>10
误差要求：percent error>1%
每次迭代加密剖分单元比例：refinement per pass>50%
4.8 检查并运行
Check&run
5. 查看结果
Maxwell>reselts>solution data>matrix
电容值：31.543pF
图3-2 最终结果图
图3-3 电容分布图
6.心得体会
通过本次的学习，对于电容器有了新的认识。仿真的过程还是很有意思的。通过拉取，和截取，得到仿真后的电容器3D模型，再加入外加激励，设置激励源，设置计算区域，设置计算参数。通过一系列的设置，得到了最终的结果。做出来之后还是很开心的，得到了老师和同学的帮助之后，很快的做出了答案。突然发现这个软件的强大。希望还有机会制作这样有意思的实验。
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。
高考必备：高中物理电场知识点总结大全
高中物理电场知识点总结大全 1. 深刻理解库仑定律和电荷守恒定律。 （1）库仑定律：真空中两个点电荷之间相互作用的电力，跟它们的电荷量的乘积成正比，跟它们的距离的二次方成反比，作用力的方向在它们的连线上。即： 其中k为静电力常量，k=9.0×10 9 N m2/c2 成立条件：①真空中（空气中也近似成立），②点电荷。即带电体的形状和大小对相互作用力的影响可以忽略不计。（这一点与万有引力很相似，但又有不同：对质量均匀分布的球，无论两球相距多近，r都等于球心距；而对带电导体球，距离近了以后，电荷会重新分布，不能再用球心间距代替r）。 （2）电荷守恒定律：系统与外界无电荷交换时，系统的电荷代数和守恒。 2. 深刻理解电场的力的性质。 电场的最基本的性质是对放入其中的电荷有力的作用。电场强度E是描述电场的力的性质的物理量。 （1）定义：放入电场中某点的电荷所受的电场力F跟它的电荷量q的比值，叫做该点 的电场强度，简称场强。这是电场强度的定义式，适用于任何电场。其中的q为试探电荷（以前称为检验电荷），是电荷量很小的点电荷（可正可负）。电场强度是矢量，规定其方向与正电荷在该点受的电场力方向相同。 （2）点电荷周围的场强公式是：，其中Q是产生该电场的电荷，叫场源电荷。 （3）匀强电场的场强公式是：，其中d是沿电场线方向上的距离。 3. 深刻理解电场的能的性质。 （1）电势φ：是描述电场能的性质的物理量。 ①电势定义为φ=，是一个没有方向意义的物理量，电势有高低之分，按规定：正电荷在电场中某点具有的电势能越大，该点电势越高。 ②电势的值与零电势的选取有关，通常取离电场无穷远处电势为零；实际应用中常取大地电势为零。
人教版选修3-1 静电场 1.10深入理解电容器的电容(习题+解析)
高中物理深入理解电容器的电容 （答题时间：30分钟） 1. 如图所示，一个质量为m、带电量为q的粒子从两带电平行金属板的正中间沿与匀强电场垂直的方向射入，不计粒子所受的重力，当粒子的入射速度为v时，它恰能穿过一电场区域而不碰到金属板上，现欲使质量为m、入射速度为v/2的粒子也能恰好穿过这一电场区域而不碰到金属板，在以下的仅改变某一物理量的方案中，不可行的是（） A. 使粒子的带电量减少为原来的1/4 B. 使两板间所接电源的电压减小到原来的一半 C. 使两板间的距离增加到原来的2倍 D. 使两极板的长度减小为原来的一半 2. 已知一平行金属板电容器带电量为2×10-3C，两板间的电势差为2V，若使电容器的带电量增至4×10-3C，则电容器的电容为（） A. 1×103F B. 1×10-3F C. 2×10-3F D. 2×103F 3. 如下图所示，两块完全相同的金属板A、B，金属板A与静电计相连，用一根与丝绸摩擦过的有机玻璃棒接触金属板A，静电计指针有一偏角，现让金属板B靠近金属板A，则静电计指针的偏角（） A. 变大 B. 变小 C. 不变 D. 上述三种情况都有可能 4. 如图，A、B为水平放置的平行金属板，两板间距离为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板上方间距离为d的P点由静止开始自由下落（P、M、N在同一竖直线上），空气阻力和金属板的厚度不计，到达N孔时速度恰好为零，然后沿原路径返回。若保持两极板间电压不变，则（）
A. 若把A 板向下平移一小段距离，质点自P 点自由下落后仍能返回 B. 若把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 C. 若把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 D. 若把B 板向上平移一小段距离，质点自P 点自由下落后将穿过N 孔继续下落 5. 如图所示，两平行金属板水平放置并接到电源上，一个带电微粒P 位于两板间恰好平衡，现用外力将P 固定住，然后使两板各绕其中点转过α角，如图中虚线所示，再撤去外力，则带电微粒P 在两板间（ ） A. 保持静止 B. 向左做直线运动 C. 电势能不变 D. 电势能将变小 6. 如图，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（ ） A. g d l B. g d l d - C. g l d l - D . g l d d - 7. 如图甲所示的电路中，电源电动势E=8V ，电阻R 与一个电流传感器相连，传感器可以将电路中的电流随时间变化的曲线显示在计算机屏幕上，先将S 接2给电容器C 充电，再将S 接1，结果在计算机屏幕上得到如图乙所示的曲线，将该曲线描绘在坐标纸上（坐标纸上的小方格图中未画出），电流坐标轴每小格表示0.1mA ，时间坐标轴每小格表示0.1s ，曲线与AOB 所围成的区域面积约为80个小方格。则下列说法正确的是（ ） A. 充电电流由a 极板穿过电容器内部流向b 极板
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：
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
高中物理 静电场 知识点归纳
静电场 第一讲 电场力的性质 一、 二、电荷及电荷守恒定律 1、 2、 自然界中只存在两种电荷，一种是正电，例如用丝绸摩擦玻璃棒，玻璃棒带正电；另一种带负电，用 毛皮摩擦橡胶棒，橡胶棒带负电。 3、 4、 电荷间存在着相互作用的引力或斥力（同性相吸，异性相斥）。 5、 6、 电荷在它的周围空间形成电场，电荷间的相互作用力就是通过电场发生的。电荷的多少叫电量。 元电荷ｅ＝×10－19 C ，所有带电体的电荷量都等于ｅ的整数倍。点电荷 7、 8、 使物体带电叫做起电。使物体带电的方法有三种：(1)摩擦起电；(2)接触带电；(3)感应起电。 9、 10、 电荷既不能创造，也不能消灭，它只能从一个物体转移到另一个物体，或从物体的一部分转移到 另一部分，在转移的过程中，电荷的总量不变。这叫做电荷守恒定律。 【重点理解】（１）摩擦起电；（２）接触带电；（３）感应起电 当两个物体互相摩擦时,一些束缚得不紧的电子往往从一个物体转移到另一个物体,于是原来电中性的物体由于得到电子而带负电,失去电子的物体带正电,这就是摩擦起电. 当一个带电体靠近导体,由于电荷间相互吸引或排斥,导体中的自由电荷便会趋向或远离带电体,使导体靠近带电体的一端带异号电荷,远离带电体的一端带同号电荷,这就是感应起电,也叫静电感应. 接触起电指让不带电的物体接触带电的物体，则不带电的物体也带上了与带电物体相同的电荷，如把带负电的橡胶棒与不带电的验电器金属球接触，验电器就带上了负电，且金属箔片会张开；带正电的物体接触不带电的物体，则是不带电物体上的电子在库仑力的作用下转移到带正电的物体上，使原来不带电的物体由于失去电子而带正电。 实质：电子的得失或转移 二、库仑定律 １、内容：在真空中两个点电荷之间相互作用的电力，跟它们的电荷量的乘积成正比，跟它们的距离的平方成反比，作用力的方向在它们的连线上。 ２、公式：2 2 1r Q Q k F ，Ｆ叫库仑力或静电力，也叫电场力，Ｆ可以是引力，也可以是斥力，Ｋ叫静电力常量，公式中各量均取国际单位制单位时，Ｋ＝×109 N ·m 2 /C 2
2020年高考复习微专题—静电场之电容器习题选编 包含答案
微专题—静电场之电容器习题选编 一、单项选择题 1．根据大量科学测试可知，地球本身就是一个电容器。通常大地带有50万库仑左右的负电荷，而地球上空存在一个带正电的电离层，这两者之间便形成一个已充电的电容器，它们之间的电压为300 kV左右。地球的电容约为（） A．0.17 F B．l.7 F C．17 F D．170 F 2．图中的电容器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．两板间距离减小 C．两板间相对面积减小 D．两板间相对面积增大 3．某同学按如图1所示连接电路，利用电压传感器研究电容器的放电过程。先使开关S接1，电容器充电完毕后将开关掷向2，可视为理想电压表的电压传感器将电压信息传入计算机，屏幕上显示出电压随时间变化的U-t曲线，如图2所示。电容器的电容C已知，且从图中可读出最大放电电压U0，图线与坐标轴围成的面积S、任一点的点切线斜率k，但电源电动势、内电阻、定值电阻R均未知，根据题目所给的信息，下 列物理量不能求出 ．．．．的是（） A．电容器放出的总电荷量 B．电阻R两端的最大电流 C．定值电阻R D．电源的电动势和内电阻
4．电容为C 的平行板电容器竖直放置，正对面积为S ，两极板间距为d ，充电完成后两极板之间电压为U ，断开电路，两极板正对区域视为匀强电场，其具有的电场能可表示为2p 1 2 E CU =。如果用外力使平行板电容器的两个极板间距缓慢变为2d ，下列说法正确的是（ ） A ．电容变为原来的两倍 B ．电场强度大小变为原来的一半 C ．电场能变为原来的两倍 D ．外力做的功大于电场能的增加量 5．如图所示为某同学利用传感器研究电容器放电过程的实验电路，实验时先使开关S 与1 端相连，电源向电容器充电，待电路稳定后把开关S 掷向2 端，电容器通过电阻放电，传感器将电流信息传入计算机，屏幕上显示出电流随时间变化的i ﹣t 曲线，这个曲线的横坐标是放电时间，纵坐标是放电电流。仅由这个i ﹣t 曲线所提供的信息可以估算出（ ） A ．电容器的电容 B ．一段时间内电容器放电的电荷量 C ．某时刻电容器两极板间的电压 D ．一段时间内电阻产生的热量 6．阴雨天里积雨云会产生电荷，云层底面产生负电荷，在地面感应出正电荷，电场强度达到一定值时大气将被击穿，发生闪电。若将云层底面和地面看作平行板电容器的两个极板，板间距离记为300m ，电压为 7210V ?，积雨云底面面积约为82110m ?。若已知静电力常量与空气的介电常数，由以上条件是否能估算 出以下物理量（ ） ①云层底面与地面间的电场强度 ②云层底面与地面构成的电容器的电容 ③云层底面所带电量 A ．只能估算出① B ．只能估算出①和②
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
高中物理静电场经典习题30道 带答案
一．选择题（共30小题） 1．（2014?山东模拟）如图，在光滑绝缘水平面上，三个带电小球a 、b 和c 分别位于边长为l 的正三角形的三个顶点上；a 、b 带正电，电荷量均为q ，c 带负电．整个系统置于方向水平的匀强电场中．已知静电力常量为k ．若 三个小球均处于静止状态，则匀强电场场强的大小为（ ） D c 的轴线上有a 、b 、 d 三个点，a 和b 、b 和c 、c 和d 间的距离均为R ，在a 点处有一电荷量为q （q ＞0）的固定点电荷．已知b 点处的场强为零，则d 点处场强的大小为（k 为静电力常量）（ ） D 系数均为k 0的轻质弹簧绝缘连接．当3个小球处在静止状态时，每根弹簧长度为l ．已知静电力常量为k ，若不考虑弹簧的静电感应，则每根弹簧的原长为（ ） ﹣ 个小球，在力F 的作用下匀加速直线运动，则甲、乙两球之间的距离r 为（ ） D
7．（2015?山东模拟）如图甲所示，Q1、Q2为两个被固定的点电荷，其中Q1带负电，a、b两点在它们连线的延长线上．现有一带负电的粒子以一定的初速度沿直线从a点开始经b点向远处运动（粒子只受电场力作用），粒子经过a、b两点时的速度分别为v a、v b，其速度图象如图乙所示．以下说法中正确的是（） 8．（2015?上海二模）下列选项中的各圆环大小相同，所带电荷量已在图中标出，且电荷均匀分布，各圆环间 D 12 变化的关系图线如图所示，其中P点电势最低，且AP＞BP，则（） 以下各量大小判断正确的是（）
11．（2015?丰台区模拟）如图所示，将一个电荷量为1.0×10C的点电荷从A点移到B点，电场力做功为2.4×10﹣6J．则下列说法中正确的是（） 时速度恰好为零，不计空气阻力，则下列说法正确的是（） 带电粒子经过A点飞向B点，径迹如图中虚线所示，以下判断正确的是（） 实线所示），则下列说法正确的是（）
静电放电(ESD)
静电放电（ESD） 1. 静电放电模型 为了定量地研究静电放电问题，必须建立ＥＳＤ模型。人体静电是引起静电危害如火炸药和电火工品发生意外爆炸或静电损坏的最主要和最经常的因素，因此国内外对防静电放电控制要求都是以防人体静电为主，并建立了人体模型（Human Body Model - HBM），HMB是ESD模型中建立最早和最主要的模型之一。除人体模型外，还有很多其它静电放电模型。 人体模型(HBM) 家具ESD模型 机器模型(MM) 人体金属ＥＳＤ模型 带电器件CDM模型 其它静电放电模型 2. 静电放电模拟器(ESD Simulator)或静电放电发生器(ESD Generator) 静电放电发生器的基本要求 静电放电发生器的选用 静电放电发生器的研制过程 EST802静电放电发生器 我人体模型(HBM) 人体静电是引起火炸药和电火工品发生意外爆炸的最主要和最经常的因素，因此国内外对电火工品的防静电危害要求都是以防人体静电为主，并建立了人体模型（Human Body Model - HBM），HMB是ESD模型中建立最早和最主要的模型之一。
人体能贮存一定的电荷，所以人体明显地存在电容。人体也有电阻，这电阻依赖于人体肌肉的弹性、水份、接触电阻等因素。大部分研究人员认为电容器串一电阻是较为合理的电气模型,见图3－1。过去有许多研究试图确定典型人体的这些参数的适当取值。通常把电容器串联一电阻作为人体模型。早在1962年，美国国家矿务局[ ]测得22人次人体电容范围为95～398PF，平均电容值为240，100次试验测得手与手之间的平均电阻为4000Ω。这些数据为建立了人体模型起了一个好的开端，做过一些修改之后，用在电子工业中建立早期的模拟电路。Kirk等[ ]人测得人体电容值的范围为132－190PF。人体电阻值为87－190Ω。为了求得一致，美国海军[ ]1980年提出了一个电容值为100PF，电阻为1.5ｋΩ的所谓“标准人体模型”。这一标准得到广泛采用，但在后来也遇到一些问题。 国电压最高电压(120kV)的静电放电模拟器研制成功 2001-06-30 家具ESD模型 在人们的生活和生产过程中，除人体ＥＳＤ模型外，家具ＥＳＤ模型也是最为常见的ＥＳＤ模型。最早研究家具模型的是IBM公司的Calcayecchio[[i]]。Maas[[ii]]等人还把家具模型与人体/手指模型和手/金属模型进行了比较。家具模型是代表与地绝缘的金属椅子、手推车、工具箱等家具ＥＳＤ的放电模型。早期的主要研究是测量典型家具的电容和放电电流。其电容大约在几十至135PF 左右。家具放电的主要特点是低的阻抗（15－75Ω），串联电感大约在0.2-0.4μH, 因此这导致欠阻尼振荡。对于2000Ｖ的放电，其电流波形上升时间大约在1－8nS之间，半周期（第一个峰值电流与第一个反相峰值电流之间）在10－18nS。放电能产生非常大的电流。 图3－20给出了当家具电容C=80pF, 放电电阻R=50Ω,电感 L=0.3μH,放电电压 V0=2kV时数值计算的家具模型ＥＳＤ电流波形。从图3-20可见，家具模型ＥＳＤ波形为欠阻尼振荡波形，持续时间约为50nS。
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
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
高二物理静电场知识点
高二物理静电场知识点 1.电荷电荷守恒定律点电荷 自然界中只存在正、负两中电荷，电荷在它的同围空间形成电场，电荷间的相互作用力就是通过电场发生的。电荷的多少叫电量。基本电荷e = 1.6*10^-19C。带电体电荷量等于元电荷的整数倍Q=ne 使物体带电也叫起电。使物体带电的方法有三种：①摩擦起电②接触带电③感应起电。 电荷既不能创造，也不能被消灭，它只能从一个物体转移到另一个物体，或从的体的这一部分转移到另一个部分，这叫做电荷守恒定律。 带电体的形状、大小及电荷分布状况对它们之间相互作用力的影响可以忽略不计时，这样的带电体就可以看做带电的点，叫做点电荷。 2.库仑定律 公式F = KQ1Q2/r^2真空中静止的两个点电荷 在真空中两个点电荷间的作用力跟它们的电量的乘积成正比，跟它们间的距离的平方成反比，作用力的方向在它们的连线上，其中比例常数K叫静电力常量，K = 9.0*10^9Nm^2/C^2。F:点电荷间的作用力N， Q1、Q2:两点电荷的电量C，r:两点电荷间的距离m，方向在它们的连线上，作用力与反作用力，同种电荷互相排斥，异种电荷互相吸引 库仑定律的适用条件是1真空，2点电荷。点电荷是物理中的理想模型。当带电体间的距离远远大于带电体的线度时，可以使用库仑定律，否则不能使用。 3.静电场电场线 为了直观形象地描述电场中各点的强弱及方向，在电场中画出一系列曲线，曲线上各点的切线方向表示该点的场强方向，曲线的疏密表示电场的弱度。 电场线的特点： 1始于正电荷或无穷远，终止负电荷或无穷远; 2任意两条电场线都不相交。 电场线只能描述电场的方向及定性地描述电场的强弱，并不是带电粒子在电场中的运动轨迹。带电粒子的运动轨迹是由带电粒子受到的合外力情况和初速度共同决定。
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
高中物理静电场题经典例题
高中物理静电场练习题 1、如图所示，中央有正对小孔的水平放置的平行板电容器与电源连接，电源电压为U 。将一带电小球从两小孔的正上方P 点处由静止释放，小球恰好能够达到B 板的小孔b 点处，然后又按原路返回。那 么，为了使小球能从B 板 的小孔b 处出射，下列可行的办法是（ ） A.将A 板上移一段距离 B.将A 板下移一段距离 C.将B 板上移一段距离 D.将B 板下移一段距离 2、如图所示，A 、B 、C 、D 、E 、F 为匀强电场中一个正六边形的六个顶点，已知A 、B 、C 三点的电势 分别为1V 、6V 和9V 。则D 、E 、F 三 点的电势分别为（ ） A 、+7V 、+2V 和+1V B 、+7V 、+2V 和1V ￥ C 、-7V 、-2V 和+1V D 、+7V 、-2V 和1V 3、质量为m 、带电量为-q 的粒子（不计重力），在匀强电场中的A 点以初速度υ0沿垂直与场强E 的方向射入到电场中，已知粒子到达B 点时的速度大小为2υ0，A 、B 间距为d ，如图所示。 则（1）A 、B 两点间的电势差为（ ） A 、q m U AB 232υ-= B 、q m U AB 232 υ= C 、q m U AB 22υ-= D 、q m U AB 22 υ= （2）匀强电场的场强大小和方向（ ） A 、qd m E 2 21υ= 方向水平向左 B 、qd m E 2 21υ= 方向水平向右 C 、qd m E 2212 υ= 方向水平向左 D 、qd m E 2212 υ= 方向水平向右 4、一个点电荷从竟电场中的A 点移到电场中的B 点，其电势能变化为零，则（ ） A 、A 、B 两点处的场强一定相等 B 、该电荷一定能够沿着某一等势面移动 C 、A 、B 两点的电势一定相等 D 、作用于该电荷上的电场力始终与其运动方向垂直 5、在静电场中（ ） A.电场强度处处为零的区域内，电势也一定处处为零 . B.电场强度处处相等的区域内，电势也一定处处相等 C.电场强度的方向总是跟等势面垂直 D.沿着电场线的方向电势是不断降低的 6、一个初动能为E K 的带电粒子，沿着与电场线垂直的方向射入两平行金属板间的匀强电场中，飞出时该粒子的动能为2E K ，如果粒子射入时的初速度变为原来的2倍，那么当它飞出电场时动能为（ ） A B a P · m 、q 。 >U + - ~ A E B 。