2013届高考一轮复习课件：6.4电容器与电容

1．电容器(1)基本结构：由两块彼此绝缘，互相靠近的导体组成.(2)带电特点：两板电荷等量异号，分布在两板的内侧．一个极板所带电量的绝对值叫做电容器的电量．(3)工作状态：充电和放电.充电是使电容器带电的过程，放电是使充电后的电容器失去电荷的过程．充电时I充减小、Q增大、E增大、U增大、电源电能转化为电场能；放电时I放增大、Q减小、U减小、E减小，电场能转化其他形式能．456.UEd板间电场：不考虑边缘效应，板间形成　　电场，场强大小　，方向　击穿电压：也叫耐压值，指它所能承受的最大电压；接交流时，交流电的　不能超过其击穿电压，击穿电压大于电容器的匀强＝垂直板面，从正极板指向负极板　最大值额定电压．常见电容器的分　类与构造6122,1F1234FpF.(——F10104).QQUUSkCdC定义式：＝＝单位：　　＝　＝　　平行板电容器的电容的决定式：＝电容器的电容由其本身的性质决定导体大小、形状、相对位置及电介法拉　．电质，与电容表示电容器容纳容器电荷量、电势电荷本领的物理差　无关　量问题：怎样分析电容器的动态变化？一、平行板电容器的动态分析1243QUUQCSkdCCQUQU先分清是与中的哪个量恒定不变：一直与电源连接时不变，充电后与电源断开时不变．用解决定式＝判断电容的变化．由定义式＝判断与中发生变化的答：量的变化．(4)动态分析如下表问题：怎样求平行板电容器中电荷在某点的电势和电势能？解答：选定某一极板为零电势，用φ＝±Ed′计算电场中某点的电势及判断其变化，其中d′为该点到零电势极板的垂直距离，当该点垂直指向零电势极板的方向与电场方向相同时取“＋”，反之取“－”．由Ep＝qφ，进一步判断电荷q在电场中该点的电势能Ep的变化，此时要注意Ep、q和φ都有正负之分．例1：如图6－4－1所示，C为中间插有电介质的电容器，a和b为其两极板；a板接地；P和Q为两竖直放置的平行金属板，在两板间用绝缘线悬挂一带电小球；P板与b板用导线相连，Q板接地．开始时悬线静止在竖直方向，在b板带电后，悬线偏转了角度α.在以下方法中，能使悬线的偏角α变大的是()A．缩小a、b间的距离B．加大a、b间的距离C．取出a、b两极板间的电介质D．换一块形状大小相同、介电常数更大的电介质解析：设PQ两金属板构成的电容器为C1，带电量为q1，电容C的带电量为q.b、P两板导线相连，电势相等，a、Q两板都接地，电势为零，可见C1与C两电容器的电势差相等，由电荷守恒定律知两个电容器带的总电荷量不变，设为Q，则：q1＋q＝Q.14()SPQCkdUCUQCC要使悬线的偏角增大，小球所受的电场力要增大，即要求、两板间场强增大，电势差增大，根据＋＝及以上分析，只有减小才能达到上述目的，根据＝，介电常数减小取出电介质，正对面积减小，极板距离增大都能使电容减小．答案：BC——虽然表面上这是一道电容器动态分析的题目，但是要抓住质点的受力情况，对其进行准点评确的受力分析，用有关平衡条件分析可能的情形当作一道普通的力学平衡问题来处理：．4QSUCkdUCEd对电容器动态平衡的问题首先应分清楚是哪类情况，其次根据三个关系式＝、＝、＝判断哪些量是恒量，再代入公式，从而确定正警示：确的选项．二、电容式传感器问题：电容式传感器的原理是怎样的？解答：电容器的电容C决定于极板正对面积S，极板间距离d以及极板间的介质这几个因素，如果某一物理量(如角度θ、位移x、深度h)的变化能引起电容的变化，那么，通过测定电容器的电容就可以确定上述物理量的变化，这一种用途的电容器称为电容式传感器．642a()642bcd+()bQQtQabEvtta2图－－是某同学设计的电容式速度传感器原理图，其中上板为固定极板，下板为待测物体，在两极板间电压恒定的条件下，极板上所带电量将随待测物体的上下运动而变化，若随时间的变化关系为＝、为大于零的常数，其图象如图－－所示，那么图、中反映极板间场强大小和物体速率随变化的图线可能是：　　例A．①和③B．①和④C．②和③D．②和④1c()()+.+QCUQtbbtataCQtEQEQQCUCCSdtavtd因为两极板间电压恒定，由＝和极板上所带电量随时间的变化关系可知电容随时间变化关系类似电量随时间的变化关系，而带电平行板之间的电场强度与带电量成正比，所以图中反映极板间电场强度大小的图象可能是②；由＝和＝可知，又不变，则＋；因此物体速率随时间变化的图象析：可能是③解答案：C点评：传感器是理论联系实际的问题，解答时要明确传感器的结构和原理，再结合电容器的相关规律解题．警示：电容器的电容是用比值法定义的，本章学过的用比值法定义的物理量还有：电场强度、电势差，以前学过的有：速度、加速度、压强、密度等等．1.(多选)如图6－4－3所示，平行板电容器两极板A、B接于电源两极，一带正电小球悬挂在电容器内部，闭合开关S，电容器充电，这时小球偏离竖直方向的夹角为θ，则()A．保持开关S闭合，若带正电A板向B板靠近，则θ增大B．保持开关S闭合，若带正电A板向B板靠近，则θ不变C．开关S断开，若带正电的A板向B板靠近，则θ增大D．开关S断开，若带正电的A板向B扳靠近，则θ不变答案：AD2.(单选)如图6－4－4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()A．带点油滴将沿竖直方向向上运动B．P点的电势将降低C．带电油滴的电势能将减少D．若电容器的电容减小，则极板带电量将增大A BCUEPdEUEdUPPPUCQCUd电容器两端电压不变，由公式＝，场强变小，电场力变小，带电油滴将沿竖直方向向下运动，；到下极板距离不变，而场强减小，由公式＝知与负极板的电势差变小，又因为下极板电势不变，所以点的电势变小，；由于电场力向上，而电场方向向下，可以推断油滴带负电，又点的电势降低，所以油滴的电势能增大，；图中电容器解析：错两端电压不变，电容减小时由公式＝对错，D带电量减小，错．答案：B3.(多选)(2010·南通三模)如图6－4－5所示，相距为d的两平行金属板的电容为C，带电量为Q.有一长为L的绝缘轻杆，两端各固定电荷量分别为－q和＋q的小球，不计两球的重力和两球间的库仑力．现先将杆从平行于极板的位置Ⅰ缓慢移动到垂直于极板的位置Ⅱ，再从位置Ⅱ缓慢移动到无穷远处．则()ABCDqQLdCqQLdC．从位置Ⅰ移到位置Ⅱ的过程中，两球电势能之和减小．从位置Ⅰ移到位置Ⅱ的过程中，电场力做功为零．从位置Ⅱ移到无穷远处的过程中，两球的电势能之和不变．从位置Ⅱ移到无穷远处的过程中，克服电场力做功11221212(0)(0)(2)qQLqqqqWqqWqWWQLdCdCqQLqQLdCdCqQLdCqqQLdC位置Ⅰ移到位置Ⅱ的过程中，－克服电场力做了的功，电场力对＋做了的功，综合起来，做了的功，所以电势能减少了；令无穷远处电势为零，则负电荷从位置Ⅱ移到无穷远处的过程中，电场力对－做功＝－－，电场力对＋做功＝－，电场力做的总功为＋＝－＋＝－，所以克服电场解析：力做功.qQLdC，电势能增加了答案：AD