物理：1.8 了解电容器 静电与新技术 课件(粤教版选修3-1)

第七节了解电容器第八节静电与新技术课标定位学习目标：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．4．知道静电的危害，能正确利用静电知识．重点难点：1.对定义式C＝QU的理解，有的同学错误地理解为C与Q成正比，与U成反比．2．关于电容器两类典型问题的讨论．一、识别电容器及电容器的充放电1．基本结构：由两个彼此_______又相互______的导体组成了一个电容器．2．电容器的充放电(1)充电：把电容器的两个极板分别和电源的两极相连使两极板分别带上________电荷的过程．(2)放电：把电容器的两个极板相连，使电容器两极板上的电荷发生_______的过程．绝缘靠近等量异种中和3．电场能：当电容器两极板上带上等量异种电荷时，极板间存在__________，因而极板间具有电场能，因此电容器也具有储存电场能的作用．思考感悟1．平行板电容器充电后两极板带电情况怎样？两极间的电场是什么电场？电场强度与板间电势差U及板间距离d是什么关系？电场提示：两极板带有等量异种电荷电场为匀强电场电场强度与电势差关系为：E＝Ud二、电容器的电容1．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______叫做电容器的电容．公式：_________.2．物理意义：电容是表示电容器容纳______本领大小的物理量．3．单位：在国际单位制中，电容的单位是_____，在实际使用中还有其他单位，如_____、______，它们之间的换算关系是：1F＝_____μF＝_____pF.比值电荷法拉微法皮法1061012C＝QU思考感悟2．电容器的带电荷量是两个极板所带电荷量的绝对值之和吗？提示：电容器的带电荷量是指电容器一个极板所带电荷量的绝对值，而不是指两个极板所带电荷量的绝对值之和．三、决定电容的因素1．实验探究：由于平行板电容器的电容与多种因素有关，故可以采取____________探究．2．平行板电容器的电容(1)平行板电容器的电容与两极板的正对面积成________，与两极板间的距离成_______，并跟板间插入的_________有关．控制变量法正比反比电介质(2)公式：当平行板电容器的两板间为真空时，C0＝S4πkd.当平行板电容器的两极板间充满同一种电介质时，C＝εrC0＝_______.式中k为_________________，εr为电介质的___________________．静电力常量相对介电常数εrS4πkd思考感悟3．静电计指针偏角大小的意义？提示：静电计指针的偏角反映静电计金属球与外壳之间的电势差．偏角越大，表明电势差越大；偏角越小，电势差越小．将待测电容器的两极分别与静电计的金属球和外壳相接，则静电计的指针偏角就间接地反映电容器两板间的电势差．另外，在调节时，我们可认为电容器极板上带电荷量基本不改变．四、静电与新技术1．锁住黑烟静电在技术上有很多的应用，如激光打印、喷墨打印、静电除尘、静电复印等．利用静电进行除尘的最大特点是，先使空气中的尘埃带上_________，并在电场力的作用下被吸附到____________上，当尘埃累计到一定程度时，可以在_______的作用下落入漏斗中，实现了除尘的作用．静电金属圆筒重力2．防止静电危害静电产生危害的必要条件是积累_________的静电荷，因此，防止静电危害的基本原则是：__________________和___________________以避免静电的积累．常用方法有__________、____________、非导电材料的抗静电处理等．足够多控制静电的产生把产生的静电迅速引走静电接地增加湿度核心要点突破一、对电容器的电容的理解1．电容与Q、U无关电容器的电容是反映电容器容纳电荷本领的物理量，用比值C＝QU来定义，但它与Q、U无关，是由电容器本身的构造决定的，即使电容器不带电，它的电容仍然存在，并且是一个确定的值，正如一个容器，不管它盛水与否，它的容积是一个定值一样．2．通过Q－U图象理解电容如图1－7－1所示，Q－U图象是一条过原点的直线，其中Q为一个极板上所带电荷量的绝对值，U为两板间的电势差．可以看出，电容器的电容也可以表示为C＝ΔQΔU，即电容的大小在数值上等于两极间的电压增加(或减小)1V所增加(或减小)的电荷量．图1－7－1即时应用(即时突破，小试牛刀)1．(单选)电容器是一种常用的电子元件．对电容器认识正确的是()A．电容器的电容表示其储存电荷能力B．电容器的电容与它所带的电量成正比C．电容器的电容与它两极板间的电压成正比D．电容的常用单位有μF和pF,1μF＝103pF解析：选A.电容是表示电容器容纳电荷本领的物理量，A正确．电容是电容器本身的性质，只与正对面积、极板间的距离和电介质的性质有关，与电容器的带电量和两极板间的电压无关，B、C不正确．电容器的常用单位的换算关系是1μF＝106pF，D不正确．二、对电容器电容的两个公式的理解1．公式：C＝QU＝ΔQΔU是电容的定义式，对任何电容器都适用，对一个确定的电容器，其电容已确定，即电容不会随其带电荷量的改变而改变．2．公式C＝εrS4πkd是平行板电容器的决定式，只对平行板电容器适用．特别提醒：C＝QU是电容的定义式，也是计算电容的一种方法，但Q、U不是C的决定因素．即时应用即时突破，小试牛刀)2．(双选)一个空气平行板电容器，两极板间相距d、正对面积为S，充以电荷量Q后，两极板间电压为U，为使电容器的电容加倍，可采用的办法是()A．将电压变为U2B．将带电荷量变为2QC．将极板间的距离变为d2D．两极板间充满介电常数为2的电介质解析：选CD.电容器的电容与电容器极板上的电量、电压无关，所以选项A、B不正确；根据公式C＝εrS4πkd，可以知道选项C、D正确．课堂互动讲练例1电容器的充放电过程(双选)如图1－7－2所示，是一个由电池、电阻R与平行板电容器组成的串联电路，在增大电容器两极板间距离的过程中()A．电阻R中没有电流B．电容器的电容变小C．电阻R中有从a流向b的电流D．电阻R中有从b流向a的电流图1－7－2【精讲精析】开始时图中电容器被充电，A极板带正电，B极板带负电，根据平行板电容器的大小决定式C＝εrS4πkd可知，当增大电容器两极板间的距离d时，电容C变小，由于电容器始终与电池相连，电容器两极板间的电压UAB保持不变，根据电容的定义式C＝QU，当C减小时，电容器两极板所带电荷量Q都要减小，A极板所带正电荷的一部分从a到b经R流向电源正极，即电阻R中有从a流向b的电流，所以选项B、C正确．【答案】BC【方法总结】当电容变化时，可根据电压不变求电量．如果电量增加，则对电容器充电，若减少则放电．(单选)(2011年汕头模拟)当一个电容器所带电荷量为Q时，两极板间的电势差为U，如果所带电荷量增大为2Q，则()A．电容器的电容增大为原来的2倍，两极板间电势差保持不变例2电容公式C＝QU的理解与应用B．电容器的电容减小为原来的12倍，两极板间电势差保持不变C．电容器的电容保持不变，两极板间电势差增大为原来的2倍D．电容器的电容保持不变，两极板间电势差减少为原来的12【精讲精析】由于电容器的内部结构不变，故其电容也不变．由电容的定义式C＝QU可知，当所带的电荷量增大为2Q时，两极板间的电压也相应增大为2U，故本题正确选项为C.【答案】C【方法总结】对某一电容器而言，其电容的大小，取决于它的结构，与它所带的电荷量及两极板间的电势差无关．平行板电容器的电容C，两极板间电压U，两板间场强E和带电荷量Q，在下列情况下怎样变化？(1)保持两板与电源相连，只增大两板间距离，则C________，U________，Q________，E________.(2)给电容器充电稳定后与电源断开，再减小电容器板间距离，则C________，U________，Q________，E________.例3电容器两类问题的讨论【精讲精析】(1)电容器与电源相连，故U不变，根据C＝εrS4πkd和C＝QU得，d增大→C减小→Q减小，由E＝Ud，知E减小．(2)电容器充电稳定后断开电源，故Q不变，由公式C＝εrS4πkd和C＝QU得，d减小→C增大→U减小，此时电场强度用E＝Ud不好讨论，只好另辟蹊径．把C＝εrS4πkd代入U＝QC得U＝Q·4πkdεrS，进而代入E＝Ud得E＝4πkQεrS，显然E与d无关，故不变．【答案】(1)减小不变减小减小(2)增大减小不变不变【方法总结】(1)平行板电容器充电后，若保持电容器的两极板与电池的两极相连，电容器的d、S、εr变化将引起电容器的C、Q、U、E的相应变化．由于电容器始终连在电池上，因此两极板的电压U不变，而C、Q、E的变化较复杂，具体情况如下：C＝εrS4πkd∝εrSdQ＝UC＝UεrS4πkd∝εrSdE＝Ud∝1d.(2)平行板电容器充电后，若切断与电池的连接，电容器的d、S变化也将引起电容器的C、Q、U、E相应的变化．由于电容器充电后被切断了与电池的连接，所以电容器的带电荷量Q不变，而C、U、E的变化较复杂，具体情况如下：C＝εrS4πkd∝εrSdU＝QC＝4πkQdεrS∝dεrSE＝Ud＝4πkQεrS∝1εrS.变式训练1(单选)(2009年高考海南卷)一平行板电容器两极板间距为d、极板正对面积为S，电容为ε0Sd，其中ε0是常量．对此电容器充电后断开电源．当增大两板间距时，电容器极板间()A．电场强度不变，电势差变大B．电场强度不变，电势差不变C．电场强度减小，电势差不变D．电场强度减小，电势差减小解析：选A.当极板间距离增大时，由C＝ε0Sd得电容C变小．由公式Q＝CU可知，Q不变，C变小，电势差变大；由E＝Ud＝QCd＝Qε0S得电场强度不变．故选项A正确．如图1－7－3所示，水平放置的两平行金属板A、B相距为d，电容为C，开始时两极板均不带电，A板接地且中央有一小孔，现将带电液滴一滴一滴地从小孔正上方h高处无初速地滴下，设每滴液滴的质量为m，电荷量为q，落到B板后把电荷全部传给B板．则：(1)第几滴液滴将在A、B间做匀速直线运动？(2)能够达到B板的液滴不会超过多少滴？例4与电容有关的力学问题图1－7－3【自主解答】(1)设第n滴恰在A、B间做匀速直线运动，则这时电容器的带电荷量为(n－1)q，对第n滴液滴，根据它的受力平衡得：qE＝mg，而E＝Ud＝QCd＝n－1qCd解得：n＝mgCdq2＋1.【思路点拨】(1)第n滴在A、B板间做匀速直线运动时，滴到B板上的液滴共(n－1)滴．(2)当液滴恰好达到B板时，液滴的速度应减速至零，然后反向加速返回．(2)设第n′滴恰好能达到下板，则对第n′滴，考虑它从开始自由下落至恰到达B板的过程，利用动能定理得：mg(h＋d)－qn′－1qC＝0解得n′＝mgCh＋dq2＋1若以具体数据代入计算时n′不是整数，则n′应取整数．【答案】(1)mgCdq2＋1(2)mgCh＋dq2＋1变式训练2(双选)如图1－7－4所示，两板间距为d的平行板电容器与一电源连接，开关闭合，电容器两板间有一质量为m、电荷量为q的粒子静止不动．下列叙述正确的是()图1－7－4A．粒子带正电B．断开开关，粒子将向下加速运动C．保持开关闭合，将电容器两极板间的距离拉大，粒子将向下加速运动D．保持开关闭合，将电容器两极板错开，使正对面积减小，粒子仍静止解析：选CD.粒子处于静止状态，说明粒子所受到的电场力与重力方向相反，而电容器内部场强方向向下，故该粒子带负电；若断开开关而不调节电容器，则电容器内部场强不变，故此时粒子仍静止；若保持开关闭合，则电容器极板间电压不变；当将电容器极板间距拉大时，极板间场强大小减小，故此时粒子将向下加速运动；当保持开关闭合，仅减小两极板的正对面积时，则板间场强不变，此时粒子仍静止．