电子电荷量e应用 一口气搞懂电容这个重要的物理量

一口气搞懂电容这个重要的物理量

提起电容，就不得不说一下电容器。电容器是应用得非常广得电器元件之一，它最大的特点就是能够通交流，阻直流，因此，电容器常常被用来做整流得元器件。而电容则表示的是电容器储存电荷的本领，也就是说，电容反应了电容器储存电场能的能力。

在给电容器充电的过程中，电容器两个极板上就会聚集大量的等量异种电荷，电容器的极板上有了电荷的聚集后，电容器的两个极板间就一定存在着电场，而电场有具有能量的属性，因此，电容器的两个极板间就一定存在着电势差。

进一步研究表明，电容器的电容等于电容器所带电荷量Q与电容器两基板间的电势差之比，写成公式就是C=Q/U，其中C为电容符号，单位法拉，简称法，符号F。在此式中应该明白，这里的电荷量是指单个极板所蕴含的电荷量，因为在电容器放电的过程中，负极板的电子是要跟正极板的正电荷进行中和的，所以，电容器的电量应该就是指单个极板上的电荷量的绝对值。

但是，由电量与电势差的比值得到的电容只是电容的定义式，一个电容器的电容其实跟极板上的是没有多大的关系，跟极板间的电势差也没有关系，电容的大小可以根据一组实验来观察到，从而导出了电容的决定式。

在给平行电容器的极板充电后，保持电容器的电量不变，分别改变两极板间的正对面积S与距离d后，可以看到，当S增大时，静电计指出的电势差U在减少，根据C=Q/U可知，平行电容器的电容是在增大的。

当d减小时，静电计上的电势差U同样的减小，表明平行板电容器的电容是在增大的，保持S、d、Q都不变，往平行板中间插入一个电介质，则会看到静电计上的电势差又减少了，那么电容的电容也就增大了。而电容器极板间充满电介质后电容增大的倍数就叫做电介质常数。由此可知，真空中的电介质常数为1。

在众多的实验的反复推敲下，人们得出了电容器电容的决定式，即C=Sε/4Kdπ，其中K为静电力常量，ε为电介质常数。所以，一般来说，电容器的电容是由两个极板的大小和形状，以及两个极板的相对位置和电介质的种类决定的。

那么问题来了，平行板电容器充电后，继续保持电容器的两个极板与电源相连，在这种情况下，如果增大两个极板间的距离d，那么两极板间的电势差U，电容器所带的电量Q，两极板间的场强E该如何变化呢？

由于电容器充电后依然与电源相连，故而电容器的电势差U不变，由C=Sε/4πKd可知，当d增大时，电容C减小；又由C=Q/U可知，当U不变时，电荷量Q是在减少的。

如果此时切断电源，在这种情况下，当增大d的大小时，电荷量Q、电场E、电势差U又该怎样变化呢？

由于电容器已经断开了电源，故而电容器上的电荷量Q是不变的，由上面的式子可得，电容器的电容依然在减小，所以电容器极板间的电势差U就在变大。由公式E=U/d可得，E=Q/Cd=Q4πK/εS，最后得出两个电容器两个极板间的场强是不变的。

高二物理同步学习 91电荷

9.1电荷

知识梳理

一、 电荷

1、物体带电

物体有了吸引轻小物体的性质，我们就说它带了电，或有了电荷。

2、两种电荷

①正电荷：用丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷叫做正电荷。

②负电荷：用毛皮摩擦过的橡胶棒所带的电荷叫做负电荷。

相互作用规律：同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。

3、物质的结构

物质有原子构成，原子由带正电的原子核和带负电的核外电子组成。在物体内部，原子核是相对固定的，内部的质子也不能脱离原子核而移动，而离核较远的核外电子容易受到外界的作用而脱离原子，所以起电过程中转移的都是核外电子。物体由中性原子组成，对外表现为不带电的状态，呈电中性。

二、三种起电方式

1、摩擦起电

当两个物体相互摩擦时，由于不同物质的原子核对核外电子的舒服能力不一样，束缚能力强的物质在摩擦中得到电子带负电，束缚能力若的物质在摩擦中失去电子带正电。

2、感应起电

当一个带电体靠近导体时，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，这种现象叫作静电感应。利用静电感应使金属导体带电的过程叫作感应起电。

3、接触起电

一个物体带电时，所带电荷之间会相互排斥，如果接触另一个导体，电荷会转移到这个导体上，使这个导体也带电，这种起电方式成为接触起电。

三、电荷守恒定律

（1）两种表述

①电荷既不会创生，也不会消灭，它只能从一个物体转移到另一个物体，或从一个物体的一部分转移到另一部分；在转移过程中，电荷的总量保持不变。这个结论叫做电荷守恒定律。

②一个与外界没有电荷交换的系统，电荷的代数和保持不变。

（2）说明

电荷守恒定律和能量守恒定律一样，都是自然界中最基本的守恒定律，任何带电现象都不能违背电荷守恒定律。

四、元电荷

（1）电荷量

①定义：物体带电的多少叫做电荷量，常用符号Q或q表示。

②单位：在国际单位制中，电荷量的单位是库仑，简称为库，用符号C表示。通常正电荷量用正数表示，负电荷量用负数表示。

（2）元电荷

科学实验发现的最小电荷量就是电子所带的电荷量，质子所带的电荷量与它相同，但符号相反。人们把这个最小的电荷量叫做元电荷，用e表示。我们在计算中可取e=1.60×10–19 C。

所有带电体的电荷量或者等于e，或者是e的整数倍。也就是说，电荷量时不能连续变化的物理量。

（3）比荷

带电体所带电荷量q与其质量m之比叫做比荷。比荷一般是针对电子等微观粒子而言的。

例如，电子的电荷量e与电子的质量m之比，叫做电子的比荷。

考向一 三种起电方式

例1．如图所示，两个不带电的导体A和B，用一对绝缘柱支撑使它们彼此接触。把一带正电荷的物体C置于A附近，贴在A、B下部的金属箔都张开(　　)

A．此时A带正电，B带负电 B．此时A、B都带负电

C．移去C，贴在A、B下部的金属箔都闭合

D．先把A和B分开，然后移去C，贴在A、B下部的金属箔都闭合

对点训练1．如图所示，在绝缘支架上的导体A和导体B按图中方式接触放置，原先A、B都不带电，先让开关S1、S2均断开，现在将一个带正电的小球C放置在A左侧，以下判断正确的是(　　)

A．只闭合S1，则A左端不带电，B右端带负电

B．只闭合S2，接着移走带电小球，最后将A、B分开，A带负电

C．S1、S2均闭合时，A、B两端均不带电

D．S1、S2均闭合时，A左端带负电，B右端不带电

考向二　电荷守恒定律　元电荷

例2．目前普遍认为，质子和中子都是由被称为u夸克和d夸克的两类夸克组成。u夸克带电荷量为3(2)e，d夸克带电荷量为－3(1)e，e为元电荷。下列论断可能正确的是(　　)

A．质子由1个u夸克和2个d夸克组成，中子由1个u夸克和2个d夸克组成

B．质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和2个d夸克组成

C．质子由1个u夸克和2个d夸克组成，中子由2个u夸克和1个d夸克组成

D．质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由2个u夸克和1个d夸克组成

对点训练2．某同学有一次不小心购买了盗版的物理参考书，做练习时，他发现有一个关键数据看不清，拿来问老师，如果你是老师，你认为可能是下列数据中的(　　)

A．6.2×10－19 C　　　 B．6.3×10－19 C

C．6.4×10－19 C D．6.5×10－19 C

课后落实

1．如图所示，人站在绝缘板上，手扶着起电球，头发竖起来，则头发带电的方式属于(　　)

A．摩擦起电　　B．接触起电 C．感应起电 D．以上方式都不属于

2．(多选)关于元电荷，下列说法正确的是(　　)

A．元电荷实质上是指电子或质子本身

B．所有带电体的电荷量一定等于元电荷的整数倍

C．元电荷的数值通常取作e＝1.6×10－19 C

D．元电荷e的数值最早是由美国科学家密立根用实验测得的

3．如图，用带有正电的带电体A，靠近(不接触)不带电的验电器的上端金属球，则(　　)

A．验电器金属箔张开，因为整个验电器都带上了正电

B．验电器金属箔张开，因为整个验电器都带上了负电

C．验电器金属箔张开，因为验电器下端金属箔都带上了正电

D．验电器金属箔不张开，因为带电体A没有和验电器的金属球接触

4．完全相同的两个金属小球A、B带有等量的电荷，相隔一定距离，现让第三个相同的不带电金属小球C先后与A、B接触后移开。

(1)若A、B两球带有同种电荷，求最后的电荷量的绝对值之比；

(2)若A、B两球带有异种电荷，求最后的电荷量的绝对值之比。

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