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.wps
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1、第 9 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
2、带电了, 这个过程叫做放电如图乙所示放电过程电场能转化为其他形式的能量 甲 乙 图 1 2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 Q (3)定义式:C U (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? Q (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 U 成反比,你认为这种说法正确吗?
3、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 1 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 Q 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 U 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
4、 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 C Q C 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 并 U 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? Q 4.5 104 解析 由 C ,得 C F1.5104 F U 3 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Q
5、QQ1.5104 C. 答案 1.5104 F 1.5104 F 减少 1.5104 C Q Q 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 U U 二、平行板电容器的电容和常用电容器 2 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 rS (3)表达式:C 式中 k 为静电力常量 4kd 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
6、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 Q rS (1)公式 C 与 C 有什么区别? U 4kd (2)“某电容器上标有 1.5 F,9 V”的字样,9 V 指什么电压? Q Q 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 U U rS 1 的本领,C 是电容器电容的决定式,CS,Cr,C ,说明了电介质的材料、极板 4kd d 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
7、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 2 A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 3 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,而电容器所带的电荷量 Q 不变,由C 可知,板间电压
8、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CD、. U 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 Q U rS ;匀强电场中 E ;平行板电容器电容决定式 C . U d 4kd (2)平行板电容器的两类典型问题 rS rS 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 4kd d 变化而变化 rS U 1 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 4kd d d 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 rS rS 由 C 可
9、知 C 随 d、S、r的变化而变化 4kd d Q 4kdQ d U Q 4kQ 1 由 U 可知,U 随 d、S、r的变化而变化由 E 可知,E C rS rS d Cd rS rS 与 d 无关,只随 S、r变化而变化 例 4 如图 3 所示,一平行板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 3 A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 U Q rS
10、4kQ 4kQ 解析 由 E 、U 、C ,可知 E ,S 减小,E 增大,A 项错误,由 E 可 d C 4kd rS rS 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 4 (1)充电后的电容器断开和电源的连接,Q 不变; U 4kQ (2)Q 一定时,由 E 知,两板间电场强度与 d 无关; d rS (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,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
11、答案 D Q 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 U 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 rS 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;因为电容器接 4kd U 在恒压 直流电源上,故 U 不变,根据 QCU 可知,当 C
12、减小时,Q 减小再由 E ,由于 U d 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( ) 5 图 4 A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 rS Q 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 4kd U 大;当 A 板上移时,正对
13、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 A 板拿走时,相当于使 d 变得更大,C 更小,故 U 应更大,故选 A、B. 4(平行板电容器与力学综合)如图 5 所示,平行板电容器与电动势为 E 的直流电源(内阻不计) 连接,下极板接地一带电油滴位于电容器中的 P 点且恰好处于平衡状态现将平行板电容器 的上极板竖直向上移动一小段距离,则( ) 图 5 A带电油滴将沿竖直方向向上运动 BP 点的电势将降低 C带电油滴的电势能将减小 D电容器的电容减小,极板带电荷量将增大 答案 B 解析 上极板向上移动一小段距离后,板间电压不变,仍为 E,故电场强度将减小,油
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