2017_2018学年高中物理第一章静电场第9讲电容器和电容学案教科版选修3_12018061931.doc
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1、第9讲 电容器和电容目标定位1.知道电容器的概念和平行板电容器的主要构造.2.理解电容的概念及其定义式和决定式.3.掌握平行板电容器电容的决定式,并能用其讨论有关问题一、电容器和电容1电容器(1)电容器:两个彼此绝缘又相距很近的导体组成一个电容器(2)电容器的电荷量:电容器两块金属板上带上等量的异种电荷,任意一块极板所带的电荷量的绝对值,叫做电容器的电荷量(3)电容器的充电和放电充电:把电容器的两个极板带上等量异种电荷,这个过程叫做充电如图1甲所示充电过程中由电源获得的电能储存在电容器中放电:用导线把充电后的电容器的两极板接通,两极板上的电荷中和,电容器又不带电了,这个过程叫做放电如图乙所示放
2、电过程电场能转化为其他形式的能量 甲乙图12电容(1)物理意义:描述电容器储存电荷能力的物理量(2)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(3)定义式:C(4)在国际单位制中,电容的单位是法拉,简称法,符号是F.常用单位还有微法(F)和皮法(pF),数量值关系:1 F106 F1012 pF.深度思考(1)电容器的带电荷量为两极板所带电荷量的绝对值之和吗?(2)由于C,所以说电容器的电容与电容器所带电荷量成正比,与电容器两极板间的电势差成反比,你认为这种说法正确吗?为什么?答案(1)不是电容器的带电荷量是指其中一块极板所带电荷量的绝对值(2)不对电容是电容
3、器本身的一种属性,大小由电容器自身的构成情况决定,与电容器是否带电、带多少电荷量均无关例1下列关于电容的说法正确的是()A电容器简称电容B电容器A的电容比B的大,说明A的带电荷量比B多C电容在数值上等于使两极板间的电势差为1 V时电容器需要带的电荷量D由公式C知,电容器的电容与电容器两极板间的电压成反比,与电容器所带的电荷量成正比解析电容器和电容是两个不同的概念,A错;电容器A的电容比B的大,只能说明电容器A容纳电荷的本领比B强,与是否带电无关,B错;电容器的电容大小和它所带的电荷量、两极板间的电压等均无关,D错答案CC为比值定义法C的大小与Q、U无关,只跟电容器本身有关,当Q0时,U0,而C
4、并不为零例2有一充电的电容器,两板间的电压为3 V,所带电荷量为4.5104 C,此电容器的电容是多少?将电容器的电压降为2 V,电容器的电容是多少?所带电荷量变化多少?解析由C,得C F1.5104 F电容器电压降为2 V,电容不变,仍为1.5104 F.此时带电荷量为QCU1.51042 C3104 C带电荷量减少QQQ1.5104 C.答案1.5104 F1.5104 F减少1.5104 C电容器的电容是由电容器的自身结构决定的,计算电荷量变化时也可以根据C来计算二、平行板电容器的电容和常用电容器1平行板电容器的电容(1)结构:由两块彼此绝缘、互相靠近的平行金属板组成,是最简单的,也是最
5、基本的电容器(2)决定因素:平行板电容器的电容与两平行极板正对面积S成正比,与电介质的相对介电常数r成正比,与极板间距离d成反比(3)表达式:C式中k为静电力常量2常用电容器(1)分类:从构造上可分为固定电容器和可变电容器两类(2)额定电压和击穿电压额定电压:电容器正常工作时所能承受的电压,它比击穿电压要低击穿电压:是电容器的极限电压,超过这个电压,电容器内的电介质将被击穿,电容器将被损坏深度思考(1)公式C与C有什么区别?(2)某电容器上标有“1.5 F,9 V”的字样,9 V指什么电压?答案(1)C是电容的定义式,对某一电容器来说,QU但C不变,反映电容器容纳电荷的本领,C是电容器电容的决
6、定式,CS,Cr,C,说明了电介质的材料、极板的正对面积和极板间的距离是电容大小的决定因素(2)额定电压例3如图2所示,电路中A、B为两块竖直放置的金属板,C是一只静电计,开关S合上后,静电计指针张开一个角度,下述做法可使静电计指针张角增大的是()图2A使A、B两板靠近一些B使A、B两板正对面积减小一些C断开S后,使B板向右平移一些D断开S后,使A、B正对面积减小一些解析静电计显示的是A、B两极板间的电压,指针张角越大,表示两板间的电压越高当合上S后,A、B两板与电源两极相连,板间电压等于电源电压,静电计指针张角不变;当断开S后,板间距离增大,正对面积减小,都将使A、B两板间的电容变小,而电容
7、器所带的电荷量不变,由C可知,板间电压U增大,从而使静电计指针张角增大所以本题的正确选项是C、D.答案CD(1)平行板电容器动态问题的分析方法:抓住不变量,分析变化量其依据是:电容定义式C;匀强电场中E;平行板电容器电容决定式C.(2)平行板电容器的两类典型问题平行板电容器始终连接在电源两端:电势差U不变由C可知C 随d、S、r的变化而变化由QUCU,Q也随d、S、r的变化而变化由E可知,E随d的变化而变化平行板电容器充电后,切断与电源的连接:电荷量Q保持不变由C可知C随d、S、r的变化而变化由U可知,U随d、S、r的变化而变化由E可知,E与d无关,只随S、r变化而变化例4如图3所示,一平行板
8、电容器充电后与电源断开,这时电容器的电荷量为Q,P是电容器内一点,电容器的上极板与大地相连,下列说法正确的是()图3A若将电容器的上极板左移一点,则两板间场强减小B若将电容器的下极板上移一点,则P点的电势升高C若将电容器的下极板上移一点,则两板间电势差增大D若将电容器的下极板上移一点,则两板间电势差减小解析由E、U、C,可知E,S减小,E增大,A项错误,由E可知d变化,E不变,P不变,B项错误;UEd,d减小,U减小,C项错误,D项正确答案D(1)充电后的电容器断开和电源的连接,Q不变;(2)Q一定时,由E知,两板间电场强度与d无关;(3)接地的极板电势为0.1(对电容的理解)关于电容器的电容
9、,下列说法正确的是()A电容器不带电时,其电容为零B电容器带电荷量越多,其电容越大C电容器两极板间电压越低,其电容越小D电容器的电容只由它本身的性质决定答案D解析公式C是电容器电容的定义式,电容器的电容与U和Q均无关,只由它本身的性质决定,选项D正确2(平行板电容器的两类典型问题)一平行板电容器两极板之间充满云母介质,接在恒压直流电源上若将云母介质移出,则电容器()A极板上的电荷量变大,极板间电场强度变大B极板上的电荷量变小,极板间电场强度变大C极板上的电荷量变大,极板间电场强度不变D极板上的电荷量变小,极板间电场强度不变答案D解析由C可知,当云母介质移出时,r变小,电容器的电容C变小;因为电
10、容器接在恒压直流电源上,故U不变,根据QCU可知,当C减小时,Q减小再由E,由于U与d都不变,故电场强度E不变,选项D正确3(平行板电容器的两类典型问题)(多选)如图4所示,用静电计可以测量已充电的平行板电容器两极板间的电势差U,现使B板带正电,则下列判断正确的是()图4A增大两极板之间的距离,静电计指针张角变大B将A板稍微上移,静电计指针张角将变大C若将玻璃板插入两板之间,则静电计指针张角变大D若将A板拿走,则静电计指针张角变为零答案AB解析电容器上所带电荷量一定,由公式C,当d变大时,C变小再由C得U变大;当A板上移时,正对面积S变小,C也变小,U变大;当插入玻璃板时,C变大,U变小;当将
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