2018-2019學(xué)年高中物理 第2章 電場與示波器 2.4 電容器 電容學(xué)案 滬科版選修3-1.doc

2.4電容器電容學(xué) 習(xí) 目 標(biāo)知 識 脈 絡(luò)1.知道電容器的概念，認識常見的電容器，學(xué)會通過實驗感知電容器的充、放電現(xiàn)象2理解電容器的電容概念及其定義，并能用來進行有關(guān)的計算(重點)3掌握平行板電容器動態(tài)分析的問題(重點、難點)自 主 預(yù) 習(xí)探 新 知知識梳理一、電容器和電容1電容器(1)電容器：物理學(xué)中，把能儲存電荷和電能的裝置叫作電容器(2)電容器的構(gòu)造：任何兩個彼此絕緣又相隔很近的導(dǎo)體，都可以看成是電容器(3)電容器帶電荷量：是指某一極板所帶電荷量的絕對值2電容器的充、放電充電過程放電過程定義使電容器帶電的過程中和掉電容器所帶電荷的過程方法將電容器的兩極板與電源的兩極相連用導(dǎo)線將電容器的兩極板接通場強變化極板間的場強變大極板間的場強變小能量轉(zhuǎn)化電能轉(zhuǎn)化為電場能電場能轉(zhuǎn)化為其他能3電容(1)定義：電容器所帶電荷量Q與電容器兩極板間的電勢差U的比值，叫作電容器的電容(2)定義式：C.(3)單位：法拉(F)，1 F106 F1012 pF.二、平行板電容器的電容1電容器的電容由電容器本身的構(gòu)造因素決定，與電容器所帶電荷量和兩極板間的電勢差無關(guān)2平行板電容器的兩板之間的正對面積S越大，電容C越大；板間距離d越大，電容C則越?。徊迦腚娊橘|(zhì)后電容C增大3平行板電容器的電容：C.基礎(chǔ)自測1思考判斷(正確的打“”，錯誤的打“”)(1)電容器充電后，兩極板分別帶上等量的異種電荷Q和Q，所以電容器的帶電荷量為零()(2)電容為C的電容器所帶電荷量為Q，若電荷量增大為2Q，則電容變?yōu)?C.()(3)某電容器所帶電荷量為Q時，電壓為U，則帶電荷量為2Q時，電壓為2U.()(4)根據(jù)C，當(dāng)電容器兩端的電壓增大時，電容減小()(5)將電介質(zhì)插入平行板電容器時，電容器的電容將變小()(6)由兩組鋁片組成的可變電容器是通過改變正對面積來改變電容的()【提示】(1)電容器的電荷量為某一極板上所帶電荷量的絕對值(2)電容與電荷量無關(guān)(4)電容與電壓大小無關(guān)(5)平行板電容器插入電介質(zhì)，電容將變大2下列關(guān)于電容器充電和放電的說法中，正確的是()【導(dǎo)學(xué)號：69682090】A電容器充電和放電時電流都由大變小B當(dāng)電容器的電量最大時，電路中電流最大C當(dāng)電容器兩極板間的電壓等于零時，電路中的電流最大D當(dāng)電路中的電流最大的時候，電容器儲存的電能最大A充電過程，電路中電流為零時，說明自由移動的電荷“全部”聚集到了電容器上，電容器的兩極板所帶的電量最大，兩極板間的電壓最大，場強最大；電路中電流最大時，說明聚集到電容器的自由移動的電荷數(shù)為零，則電容器的兩極板所帶的電量為零，兩極板間的電壓為零，場強為零放電過程，開始時兩板間含電荷量最大，電壓最高，場強最大，電流也最大，最后兩極板間電量為零時，電壓為零，電流也為零所以電容器充電和放電時電流都由大變小，A正確，B、C錯誤；充電過程當(dāng)電容器上電量最大時，電容器上儲存的電能最大，電路中的電流為零，D錯誤3用控制變量法可以研究影響平行板電容器電容的因素(如圖241所示)設(shè)兩極板正對面積為S，極板間的距離為d，靜電計指針偏角為.實驗中，極板所帶電荷量不變，下列說法正確的是() 【導(dǎo)學(xué)號：69682091】圖241A保持S不變，增大d，則變大B保持S不變，增大d，則變小C保持d不變，減小S，則變小D保持d不變，減小S，則不變A由C知，當(dāng)S不變，增大d時，C變小，又電荷量Q不變，再由U知，U變大，夾角變大，A正確，B錯誤；d不變，減小S時，C變小，U變大，夾角變大，所以C、D錯誤4.如圖242所示為一只“極距變化型電容式傳感器”的部分構(gòu)件示意圖當(dāng)動極板和定極板之間的距離d變化時，電容C便發(fā)生變化，通過測量電容C的變化就可知道兩極板之間距離d的變化情況在下列圖中能正確反映C與d之間變化規(guī)律的圖像是()圖242 A由電容器的電容決定式C可知，C與d成反比，能正確反映C與d之間變化規(guī)律的圖像是A.合 作 探 究攻 重 難電容的理解1電容由電容器本身的構(gòu)造決定電容器的電容是反映電容器容納電荷本領(lǐng)的物理量，用比值C來定義，但它卻是由電容器自身的構(gòu)造決定的，與所帶電荷量Q和所加電壓U無關(guān)即使電容器不帶電，其電容仍然存在，并且是一個確定的值2通過QU圖像來理解C.圖243如圖243所示，在QU圖像中，電容是一條過原點的直線，其中Q為一個極板上所帶電荷量的絕對值，U為兩極板間的電勢差，可以看出，電容器電容也可以表示為C，即電容器的電容的大小在數(shù)值上等于兩極板間的電壓增加(或減小)1 V所需增加(或減少)的電荷量3兩公式C與C的比較公式CC公式特點定義式?jīng)Q定式意義對某電容器QU，但C不變，反映電容器容納電荷的本領(lǐng)平行板電容器C，CS，C，反映了影響電容大小的因素聯(lián)系電容器容納電荷的本領(lǐng)由來量度，由本身的結(jié)構(gòu)(如平行板電容器的、S、d等因素)來決定有一充電的平行板電容器，兩板間的電壓為3 V，現(xiàn)使它的電荷量減少3104 C，于是電容器兩板間的電壓降為原來的，此電容器的電容是多大？電容器原來的帶電荷量是多少？若將電容器極板上的電荷量全部放掉，電容器的電容是多大？思路點撥：電容器的電容與極板上所帶的電荷量無關(guān)電容的定義式為C，當(dāng)電荷量變化時，可以推導(dǎo)出C，可以應(yīng)用此式計算電容【解析】電容器兩極板間的電勢差的變化量為UU3 V2 V，由C，得C F1.5104 F150 F.電容器原來的帶電荷量為QCU1.51043 C4.5104 C電容器的電容是由本身決定的，與是否帶電無關(guān)，所以電容器放掉全部電荷后，電容仍然是150 F.【答案】150 F4.5104 C150 F(1)電容器的電容與電容器的電荷量、電容器極板間的電壓無關(guān).(2)平行板電容器的電容只由自身因素決定.針對訓(xùn)練1一個電容器帶電荷量為Q時，兩極板間的電勢差為U，若使其帶電荷量增加4107 C，電勢差則增加20 V，則它的電容是() 【導(dǎo)學(xué)號：69682092】A1108 FB2108 FC4108 FD8108 FB根據(jù)電容的定義式C可推出計算式C，故該電容器電容C F2108 F，B正確2(多選)兩塊正對的平行金屬板之間夾上一層電介質(zhì)，就組成了一個平行板電容器要改變平行板電容器的電容，可以改變()A兩極板間的電壓UB電容器所帶的電荷量QC兩極板間的距離dD兩極板間的正對面積SCD電容器的電容大小與兩極板間的距離d、兩極板間的正對面積S和兩極板間的電介質(zhì)有關(guān)，所以本題答案為C、D兩項電容器動態(tài)分析問題1兩類基本問題(1)電容器和一電源相連，讓電容器的某一物理量發(fā)生變化，求其他物理量的變化處理原則：電容器上的電壓不變(2)電容器和電源連接后再斷開，電容器的某一物理量發(fā)生變化，求其他物理量的變化處理原則：電容器上的電荷量不變2處理思路(1)確定不變量電容器與電源相連時，電壓不變；電容器先充電，后與電源斷開時，所帶電荷量不變(2)用決定式C分析平行板電容器的電容的變化(3)用定義式C分析電容器所帶電荷量或兩極板間電勢差的變化(4)用E分析電容器間場強的變化(多選)如圖244所示的電路，閉合開關(guān)，水平放置的平行板電容器中有一個帶電液滴正好處于靜止?fàn)顟B(tài)為了使液滴豎直向上運動，下列操作可行的是()圖244A斷開開關(guān)，將兩板間的距離拉大一些B斷開開關(guān)，將兩板水平地向相反方向移開一些C保持開關(guān)閉合，將兩板間的距離減小一些D保持開關(guān)閉合，以兩板各自的左側(cè)板沿為軸，同時向上(即逆時針方向)轉(zhuǎn)過一個小角度思路點撥：斷開開關(guān)時，電容器極板間的電荷量保持不變，改變正對面積，才能改變極板間的電場強度保持開關(guān)閉合，電容器極板間的電壓保持不變，改變極板間的距離，才能改變極板間的電場強度BC帶電液滴受到豎直向下的重力和豎直向上的電場力正好處于靜止?fàn)顟B(tài)，有Eqmg.兩板間的電場強度E，保持開關(guān)閉合時，U不變，當(dāng)兩板間的距離d減小時，E變大，此時Eq>mg，液滴豎直向上運動，C正確；保持開關(guān)閉合，以兩板各自的左側(cè)板沿為軸，同時向上(即逆時針方向)轉(zhuǎn)過一個小角度，E方向變了，此時液滴不會沿豎直方向運動，所以D錯誤；斷開開關(guān)，電容器的電荷量Q不變，E與d無關(guān)，所以斷開開關(guān)，將兩板間的距離拉大一些，仍有Eqmg，液滴仍保持靜止?fàn)顟B(tài)，A錯誤；斷開開關(guān)，將兩板水平地向相反方向移開一些，此時兩板的正對面積S變小，E變大，此時Eq>mg，所以液滴豎直向上運動，B正確 分析平行板電容器時的兩個關(guān)鍵點(1)確定不變量：首先要明確動態(tài)變化過程中的哪些量不變，一般情況下是保持電量不變或板間電壓不變(2)恰當(dāng)選擇公式：要靈活選取電容的兩個公式分析電容的變化，還要應(yīng)用E分析板間電場強度的變化情況針對訓(xùn)練3. (多選)如圖245所示，將平行板電容器與電池組相連，兩板間的帶電塵埃恰好處于靜止?fàn)顟B(tài)若將兩板緩慢地錯開一些，其他條件不變，則() 【導(dǎo)學(xué)號：69682093】圖245A電容器帶電荷量不變B塵埃仍靜止C檢流計中有ab的電流D檢流計中有ba的電流BC電容器與電源相連，所以兩極板間電壓不變兩板錯開一些，正對面積S將減小，由C得C減小，由QUC得，Q減小，電容器放電，電子從b向a運動，所以電流從a向b.由E得，E不變，所以塵埃仍靜止當(dāng) 堂 達 標(biāo)固 雙 基1電容器是一種常用的電子元件，下列對電容器的認識正確的是()A電容器的電容表示其儲存電荷的能力B電容器的電容與它所帶的電荷量成正比C電容器的電容與它兩極板間的電壓成正比D電容的常用單位有F和pF,1 F103 pFA電容是表示電容器容納電荷的本領(lǐng)的物理量，A正確電容是電容器本身的性質(zhì)，只與正對面積、極板間的距離和電介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)，與電容器的帶電荷量和兩極板間的電壓無關(guān)，B、C不正確電容器的常用單位的換算關(guān)系是1 F106 pF，D不正確2(多選)有一個正放電的電容器，若使它的電荷量減少3106 C，其電壓降為原來的，則()【導(dǎo)學(xué)號：69682094】A電容器原來帶的電荷量是9106 CB電容器原來帶的電荷量是4.5106 CC電容器原來的電壓可能是5 VD電容器原來的電壓可能是5107 VBC由C得，解得Q4.5106 C，故A錯誤，B正確；當(dāng)U15 V時，C1 F0.9 F；當(dāng)U25107 V時，C2 F9 F，這么大的電容可以說在哪里都沒有，F(xiàn)的單位非常大，一般的電容都是F以及pF，故電壓不可能為5107 V故C項正確，D錯誤3如圖246所示，平行板電容器的A板帶正電，與靜電計上的金屬球相連；平行板電容器的B板和靜電計的外殼均接地此時靜電計指針張開某一角度，則以下說法中正確的是()圖246A在兩板間插入介質(zhì)板，靜電計指針張角變大B在兩板間插入金屬板，(金屬板與A、B板不接觸)靜電計指針張角變大CB板向右平移，靜電計指針張角變大DB板向上平移，靜電計指針張角變大D在兩板間插入介質(zhì)板，由C得知，電容C增大，而電荷量Q不變，由電容的定義式C可知，板間電壓U減小，靜電計指針張角變小，故A錯誤在兩板間插入金屬板，板間距離減小，電容C增大，而電荷量Q不變，由電容的定義式C可知，板間電壓U減小，靜電計指針張角變小，故B錯誤B板向右平移，板間距離d減小，根據(jù)電容的決定式C得知，電容增大，而電荷量Q不變，由電容的定義式C可知，板間電壓U減小，靜電計指針張角變小，故C錯誤B板向上平移，兩極板正對面積減小，由電容的決定式C得知，電容C減小，而電荷量Q不變，由電容的定義式C可知，板間電壓U增大，靜電計指針張角變大，故D正確4如圖247所示，平行板電容器C與一電源E連接，P為一自動控制元件，只有自a向b的電流通過P時，P才會自動控制外電路，關(guān)于該電路的工作原理，下列敘述正確的是() 【導(dǎo)學(xué)號：69682095】圖247A當(dāng)開關(guān)S閉合后，增大平行板電容器兩板間距離，P會對外電路起到控制作用B當(dāng)開關(guān)S閉合后，減小平行板電容器兩板間距離，P會對外電路起到控制作用C將開關(guān)S斷開，增大平行板電容器兩板間距離，P會對外電路起到控制作用D將開關(guān)S斷開，減小平行板電容器兩板間距離，P會對外電路起到控制作用B開關(guān)S閉合時，電容器兩極板間的電勢差U保持不變，增大電容器兩板間距離，電容C減小，由于QCU，故Q減小，此時通過P的電流方向為由b到a，所以此時P不會自動控制外電路，A錯；同理，B對；開關(guān)S斷開后，電容器的帶電量保持不變，無論如何改變電容，電路中都不會產(chǎn)生電流，P都不會自動控制外電路，C、D錯