2018版高中物理 第2章 電勢能與電勢差 第4節(jié) 電容器 電容學(xué)案 魯科版選修3-1

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1、 第4節(jié)　電容器　電容 學(xué) 習(xí) 目 標(biāo) 知 識 脈 絡(luò) 1.知道什么是電容器以及常見的電容器． 2．知道充電和放電的含義． 3．理解電容的概念及其定義式C＝，并能進(jìn)行有關(guān)運(yùn)算．(重點(diǎn)、難點(diǎn)) 4．知道平行板電容器的電容與哪些因素有關(guān)，了解公式C＝并能用其討論分析有關(guān)問題．(難點(diǎn)) 電 容 器 1．電容器 (1)定義：電路中具有儲存電荷功能的裝置叫做電容器． (2)組成：由兩個(gè)互相靠近，彼此絕緣的導(dǎo)體組成．如平行板電容器． 2．電容 (1)定義：電容器所帶的電荷量Q跟兩極板間電勢差U的比值． (2)公式：C＝，又可表示為C＝. (3)物理意義：反

2、映電容器容納電荷的能力． (4)單位：法拉(F)，微法(μF)，皮法(pF)；1 F＝106 μF＝1012 pF. (5)標(biāo)量：只有大小，沒有方向． 1．電容和電容器是一回事．(×) 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．電容器的一個(gè)極板帶正電荷，另一極板帶等量負(fù)電荷，其帶電荷量指的是一個(gè)極板上電荷量的多少．(√) 　 給電容器充電時(shí)，電容器所帶電荷量增加，兩極板間的電場強(qiáng)度怎樣變化？儲存的電能怎樣變化？ 【提示】　電場強(qiáng)度增大，儲存的電能增加． 照相機(jī)的電子閃光燈能發(fā)出強(qiáng)烈的閃光，這時(shí)通過閃光燈的電流相當(dāng)大，有時(shí)可

3、達(dá)幾千安． 探討1：照相機(jī)的電源能夠提供的電流卻非常小，為何電子閃光燈能發(fā)出強(qiáng)烈的閃光？ 【提示】　這是因?yàn)檎障鄼C(jī)中有電容器，照相機(jī)中的電源先給電容器充電，當(dāng)閃光燈被觸發(fā)后，電容器中儲存的能量瞬間釋放出來，從而使燈管內(nèi)氣體發(fā)出耀眼的白光． 探討2：電子閃光燈發(fā)光的過程是充電還是放電？其電容變嗎？ 【提示】　放電過程；不變． 1．電容器的充放電過程 充電過程 放電過程 電流流向 電流變化 減小 減小 極板電量 增加 減小 板間電場 增強(qiáng) 減弱 結(jié)果 板間電壓與電源相同 兩極板帶等量異種電荷 板間電壓為零 極板電荷中和 2.對電容的定義

4、式C＝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，但電容的大小與Q、U無關(guān)，是由電容器本身的構(gòu)造決定的． (2)通過Q -U圖象理解，如圖2-4-1所示，Q -U圖象是一條過原點(diǎn)的直線，其中Q為一個(gè)極板上所帶電荷量的絕對值，U為兩板間的電勢差，直線的斜率表示電容大?。蚨娙萜鞯碾娙菀部梢员硎緸镃＝，即電容的大小在數(shù)值上等于兩極板間的電壓增加(或減小)1 V所增加(或減小)的電荷量． 圖2-4-1 1．下列關(guān)于電容的說法正確的是(　　) A．電容器簡稱電容 B．電容器A的電容比B的大，說明A的帶電荷量比B多

5、C．電容在數(shù)值上等于使兩極板間的電勢差為1 V時(shí)電容器需要帶的電荷量 D．由公式C＝Q/U知，電容器的電容與電容器兩極板間的電壓成反比，與電容器所帶的電荷量成正比 【解析】　電容器和電容是兩個(gè)不同的概念，A錯(cuò)；電容器A的電容比B的大，只能說明電容器A容納電荷的本領(lǐng)比B強(qiáng)，與是否帶電、帶電多少無關(guān)，B錯(cuò)；電容器的電容大小和它的兩極板所帶的電荷量、兩極板間的電壓無關(guān)，D錯(cuò)． 【答案】　C 2．一個(gè)平行板電容器，使它每板電荷量從Q1＝30×10－6 C增加到Q2＝36×10－6 C時(shí)，兩板間的電勢差從U1＝10 V增加到U2，求： (1)這個(gè)電容器的電容多大？ (2)U2為多少？ (3

6、)如要使兩極板電勢差從10 V降為U2′＝6 V，則每板需減少多少電荷量？ 【導(dǎo)學(xué)號：34022018】 【解析】　(1)電容器的電容 C＝＝ F＝3×10－6 F＝3 μF. (2)因?yàn)殡娙萜鞯碾娙莶蛔? 所以U2＝＝ V＝12 V. (3)根據(jù)電容的定義，它等于每增加(或減少)1 V電勢差所需增加(或減少)的電荷量，即C＝，要求兩極板間電勢差降為6 V，則每板應(yīng)減少的電荷量為 ΔQ′＝CΔU′＝3×10－6×(10－6) C＝12×10－6 C. 【答案】　(1)3 μF　(2)12 V　(3)12×10－6 C 電容問題的解題技巧 (1)電容由電容器本身的性質(zhì)決定

7、，與帶電量及兩極板間電壓無關(guān)． (2)電容器充、放電時(shí)的工作電壓不能超過其額定電壓． 平 行 板 電 容 器 的 電 容　常 見 電 容 器及 其 構(gòu) 造　電 容 器 應(yīng) 用 1．平行板電容器的電容 (1)決定因素：平行板電容器的電容與兩極板的正對面積S成正比，與兩極板間距離d成反比． (2)平行板電容器的決定式：C＝，其中k為靜電力常量． 2．常用電容器的分類及額定電壓 (1)分類：從構(gòu)造上可以分為固定電容器和可變電容器． (2)額定電壓：電容器外殼上標(biāo)的電壓稱額定電壓，額定電壓是電容器安全工作時(shí)電壓的上限． 3．電容器的應(yīng)用：照相機(jī)的電子閃光燈，測量水位，

8、高能物理實(shí)驗(yàn)或工程、駐極體話筒等． 1．加在電容器兩極板間的電壓不能超過擊穿電壓．(×) 2．電容器外殼上標(biāo)的是額定電壓．(√) 3．將電介質(zhì)插入平行板電容器時(shí)，電容器的電容將變小．(×) 　 在選用電容器時(shí)應(yīng)注意什么問題？ 【提示】　要注意電容器上所標(biāo)的兩個(gè)參數(shù)即電容和額定電壓． 在研究“影響平行板電容器電容大小的因素”的實(shí)驗(yàn)中，連入了靜電計(jì)． 圖2-4-2 探討1：靜電計(jì)的作用是什么？ 【提示】　用靜電計(jì)測量已經(jīng)充電的平行板電容器兩極間的電勢差U，從指針偏轉(zhuǎn)角度的大小可推知U的大?。? 探討2：d變時(shí)，極板上電荷量有何特點(diǎn)？ 【提示】　保持不變．

9、 1．板間電場強(qiáng)度的兩個(gè)公式 (1)板間電壓與電場強(qiáng)度的關(guān)系公式：E＝. (2)板間電場強(qiáng)度的決定公式：E＝(或E∝)，即板間電場強(qiáng)度正比于電荷的面密度．(公式的推導(dǎo)：E＝＝＝，所以E∝) 2．平行板電容器的兩類典型問題 兩類問題 始終與電源連接 充電后與電源斷開 不變量 U不變 Q不變 自變量 d S 因變量 E＝，d變大，E變小；d變小，E變大 E＝，S變大，E變??；S變小，E變大 Q＝U，d變大，Q變??；d變小，Q變大 U＝Q，S變大，U變??；S變小，U變大 3．(多選)如圖2-4-3所示，用靜電計(jì)可以測量已充電的平行板電容器兩極板之間的電勢差U，

10、現(xiàn)使B板帶正電，則下列判斷正確的是(　　) 【導(dǎo)學(xué)號：34022019】 圖2-4-3 A．增大兩極板之間的距離，指針張角變大 B．將A板稍微上移，靜電計(jì)指針張角將變大 C．若將玻璃板插入兩板之間，則靜電計(jì)指針張角變大 D．若將A板拿走，則靜電計(jì)指針張角變?yōu)榱? 【解析】　電容器上所帶電荷量一定，由公式C＝知，當(dāng)d變大時(shí)，C變小，再由C＝得U變大；當(dāng)A板上移時(shí)，正對面積S變小，C也變小，U變大；當(dāng)插入玻璃板時(shí)，C變大，U變??；當(dāng)將A板拿走時(shí)，相當(dāng)于使d變得更大，C更小，故U應(yīng)更大，故選項(xiàng)A、B正確，選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤． 【答案】　AB 4．如圖2-4-4所示，先接通開關(guān)S使電

11、容器充電，然后斷開開關(guān)S.當(dāng)增大兩極板間距離時(shí)，電容器所帶電荷量Q、電容C、兩板間電勢差U、電容器兩極板間場強(qiáng)E的變化情況是(　　) 圖2-4-4 A．Q變小，C不變，U不變，E變小 B．Q變小，C變小，U不變，E不變 C．Q不變，C變小，U變大，E不變 D．Q不變，C變小，U變小，E變小 【解析】　電容器充電后再斷開開關(guān)S，其所帶的電荷量不變；由C∝可知，d增大時(shí)，C變??；又因?yàn)閁＝，所以U變大；對于場強(qiáng)E，由于E＝，U＝＝，所以E＝＝＝.由以上分析可知，間距d增大，E不變．因此C正確． 【答案】　C 5．(多選)如圖2-4-5所示，閉合開關(guān)S，電容器的兩極板和電源的正

12、、負(fù)極相連，下列說法正確的是(　　) 圖2-4-5 A．兩極板的正對面積減小，則電容器所帶的電荷量變大 B．兩極板的正對面積減小，兩極板間的場強(qiáng)變大 C．兩極板間的距離減小，兩極板間的場強(qiáng)變大 D．兩極板間插入電介質(zhì)，則電容器所帶的電荷量增大 【解析】　電容器兩極板間的電壓不變，當(dāng)兩極板正對面積減小時(shí)，電容器的電容減小，由公式Q＝CU知，電容器上的電荷量減小，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；正對面積減小，不影響兩極板間的距離，所以兩極板間的場強(qiáng)不變，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；由E＝知選項(xiàng)C正確；兩極板間插入電介質(zhì)，電容變大，因板間電壓不變，故帶電荷量增加，D對． 【答案】　CD 對平行板電容器定性分析的解題步驟 (1)確定不變量．電容器與電源相連時(shí)，電壓U不變；電容器充電后與電源斷開時(shí)，所帶電荷量Q不變． (2)根據(jù)決定式C＝和S、ε、d的變化分析平行板電容器電容的變化． (3)根據(jù)定義式C＝分析電容器所帶電荷量Q或兩極板間電壓U的變化． (4)用E＝或E∝分析電容器兩極板間場強(qiáng)的變化，或根據(jù)電容器帶電量Q的變化分析回路中的電流方向． 7