高中物理课件---电容器的电容

名师课堂·一点通第一章静电场新知预习·巧设计要点一要点二第8节电容器的电容创新演练·大冲关随堂检测归纳小结课下作业综合提升要点三1．知道电容器的概念，认识常见的电容器，熟悉电容器的充、放电现象。2．理解电容的概念及定义方法，掌握电容的定义、公式、单位，并会应用定义式进行简单的计算。3．了解影响平行板电容器电容大小的因素，了解平行板电容器的电容公式。[读教材·填要点]1．电容器(1)组成：两个彼此的导体，组成一个电容器，两导体分别是电容器的两极。(2)电容器充、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。绝缘又相距较近等量异种②放电：把电容器的两个极板相连，两极板上的电荷互相，使电容器两极板上的电荷发生的过程。[关键一点]电容器所带的电荷量是指一个电极上所带电荷量的绝对值。吸引中和2．电容(1)定义：电容器所带电荷量Q与两极板间电势差U的，公式为。(2)物理意义：表示电容器的物理量。比值容纳电荷本领C＝QU(3)单位：1F＝μF＝pF。(4)决定电容大小的因素：平行板电容器的电容C跟介电常数εr成正比，跟极板正对面积S，跟极板间的距离d。公式为C＝，当极板间为真空时，C＝。1061012成正比成反比εrS4πkdS4πkd[关键一点]平行板电容器带电后，板间存在匀强电场，其板间场强E＝Ud。3．常用电容器(1)分类：按电介质：空气电容器、电容器、电容器、陶瓷电容器等。按电容：电容器、固定电容器等。云母纸质可变(2)电容器的额定电压和击穿电压：①击穿电压：加在电容器两极板上的电压不能超过某一限度，超过这个限度，电介质将被，电容器损坏，这个极限电压称为击穿电压。击穿②额定电压：电容器能够工作时的电压。电容器外壳上标的电压即是额定电压，这个值比击穿电压低。[关键一点]给电容器充电时，不要超过击穿电压。长期正常[试身手·夯基础]1．下列关于电容器的叙述正确的是()A．电容器是储存电荷的容器，只有带电的容器才能称为电容器B．任何两个彼此绝缘而又相互靠近的导体，就组成了电容器，跟这两个导体是否带电无关C．电容器所带的电荷量是指每个极板所带电荷量的代数和D．电容器充电过程是将其他形式的能转变成电容器的电能并储存起来，电容器的放电过程是将电容器储存的电能转化为其他形式的能解析：电容器既然是储存电荷的容器，它里面有无电荷不影响其储存电荷的能力，A错误，B正确；电容器所带的电荷量指任一极板电荷量的绝对值，若求两极板电荷量的代数和，则恒为零，C错误；电容器的充、放电伴随能量转化，D正确。答案：BD2．对于水平放置的平行板电容器，下列说法正确的是()A．将两极板的间距加大，电容将增大B．将两极板平行错开，使正对面积减小，电容将减小C．在下极板的内表面上放置一面积和极板相等，厚度小于极板间距的陶瓷板，电容将增大D．在下极板的内表面上放置一面积和极板相等、厚度小于极板间距的铝板，电容将增大解析：由C＝εrS4πkd知，d变大时C变小，A错；S变小时C变小，B对；插入电介质时C变大，C对；放入铝板后平行板实际间距变小，C变大，D对。答案：BCD3．有一只电容器的规格是“1.5μF,9V”。则这只电容器上的电荷量不能超过________C。解析：根据Q＝CU，则Q＝1.5×10－6×9C＝1.35×10－5C。答案：1.35×10－54.如图1－8－1所示，电源电压U＝10V，平行板电容器两极板间距离为d，合上开关S后，把两极板间距离增大为2d。然后断开S，并把电容器两极板间距离复原，此时两极板间电压为________V。图1－8－1解析：设电容器两极板间距离为d时，电容为C，则电容器两极板间距离为2d时，电容为C2。合上开关S，极板间距离增大为2d时，电容器所带电荷量为Q＝12CU；断开开关S后，电容器所带电荷量仍为Q，电容器两极板间距离复原，此时极板间电压为U′，则Q＝CU′，所以U′＝U/2＝5V。答案：51．概念辨析电容器电容带电荷量是一个实物，由靠得很近的彼此绝缘的两个导体组成，有两个电极反映电容器本身性质的物理量，反映了电容器容纳电荷的本领；与电容器上所加电压和所带电荷量均无关通常是指电容器已容纳的电荷的数量，由电容器的电容和所加电压共同决定2．静电计静电计的工作原理是：当静电计的金属杆与金属外壳间有电势差时(金属针与外壳构成一个电容器)，由于静电斥力的作用，指针偏转，电势差越大，指针的偏角也越大，指针偏转的角度与刻度盘上的电势差刻度相对应，因此，静电计可以测电压。3．两个公式的比较公式内容C＝QU(或C＝ΔQΔU)C＝εrS4πkd公式特点定义式，适用于一切电容器决定式，适用于平行板电容器意义对某电容器Q∝U，但QU＝C不变，反映容纳电荷的本领C∝εr，C∝S，C∝1d，反映了影响电容大小的因素公式内容C＝QU(或C＝ΔQΔU)C＝εrS4πkd联系电容器容纳电荷的本领由Q/U来量度；由本身的结构(如平行板电容器的εr、S、d等因素)来决定[名师点睛]虽然C＝QU，但C和Q不成正比，与U也不成反比。1．有一充电的平行板电容器，两板间电压为3V，现使它的电荷量减少3×10－4C，于是电容器两板间的电压降为原来的13，此电容器的电容是多大？电容器原来的带电荷量是多少？若电容器极板上的电荷量全部放掉，电容器的电容是多大？[审题指导](1)由定义式可得C＝ΔQΔU，ΔQ表示带电荷量的变化量，ΔU是两极板间电压的变化量。(2)平行板电容器的电容决定公式C＝εrS4πkd，决定因素有εr、S及d。[解析]电容器两极板间电势差的变化量为ΔU＝(1－13)U＝23×3V＝2V，由C＝ΔQΔU，得C＝3×10－42F＝1.5×10－4F＝150μF。设电容器原来的电荷量为Q，则Q＝CU＝1.5×10－4×3C＝4.5×10－4C。电容器的电容是由本身决定的，与是否带电无关，所以电容器放掉全部电荷后，电容仍然是150μF。[答案]150μF4.5×10－4C150μF(1)电容器的定义式C＝QU中的Q为电容器的带电荷量，是其中一个极板上带电荷量的绝对值，不是两个极板上的电荷量总和或绝对值总和。(2)定义式的推广即C＝ΔQΔU，在电压U变化问题中求电容更快捷。1．进行讨论的依据主要有三个(1)平行板电容器的电容C＝εrS4πkd。(2)平行板电容器内部是匀强电场，E＝Ud。(3)电容器所带电荷量Q＝CU。2．讨论定电压问题定电荷量问题情形电容器始终与电源连接电容器充电后与电源断开不变量U不变Q不变定电压问题定电荷量问题关系式C＝εrS4πkd∝εrSdQ＝CU＝UεrS4πkd∝εrSdE＝Ud∝1dC＝εrS4πkd∝εrSdU＝QC＝Q4πkdεrS∝dεrSE＝Ud＝QCd＝4πkQεrS∝1εrS2．用控制变量法，可以研究影响平行板电容器电容的因素(如图1－8－2所示)。设两极板正对面积为S，极板间的距离为d，静电计指针偏角为θ。实验中，极板所带电荷量不变，若()图1－8－2A．保持S不变，增大d，则θ变大B．保持S不变，增大d，则θ变小C．保持d不变，减小S，则θ变小D．保持d不变，减小S，则θ不变[审题指导](1)平行板电容器的电荷量不变；(2)静电计指针偏转角θ反映平行板电容器两极板间的电压；(3)用公式C＝QU和C＝εrS4πkd综合分析。[解析]由C＝εrS4πkd知，当S不变，增大d时，C变小，又电荷量Q不变，再由U＝QC知，U变大，夹角θ变大，A正确，B错误；d不变，减小S时，C变小，U变大，θ变大，所以C、D错误。[答案]A对平行板电容器的电容和静电计测电势差可这样理解：对定电荷量问题可认为Q一定，U随C变化；对定电压问题可认为U一定，Q随C而变化，而静电计电荷量的变化对平行板电容器极板上的电荷量变化而言是可以忽略的。带电粒子在平行板电容器中的问题是静电场与力学知识的综合，分析方法与力学的分析方法基本相同：先分析受力情况，再分析运动状况和运动过程(平衡、加速或减速，是直线还是曲线运动)，然后选用恰当的规律(如牛顿定律、动能定理及能量守恒定律)解题。3．一平行板电容器的两个极板水平放置，两极板间有一带电量不变的小油滴，油滴在极板间运动时所受空气阻力的大小与其速率成正比。若两极板间电压为零，经一段时间后，油滴以速率v匀速下降；若两极板间的电压为U，经一段时间后，油滴以速率v匀速上升。若两极板间电压为－U，油滴做匀速运动时速度的大小、方向将是()A．2v、竖直向下B．2v、坚直向上C．3v、竖直向下D．3v、竖直向上[审题指导](1)空气阻力的表达式f＝kv和方向。(2)匀速运动，F合＝0，列方程求解。[解析]以油滴为研究对象，根据共点力平衡条件：不加电压时，mg－kv＝0所加电压为U时，mg＋kv－qUd＝0所加电压为－U时，mg＋qUd－kv′＝0由以上各式得：v′＝3v，方向竖直向下。[答案]C处理该类问题要先进行受力分析，再结合平衡条件、牛顿运动定律、功能观点进行求解。1．(对应要点一)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1V时电容器需要带的电荷量D．由公式C＝Q/U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的两极板所带的电荷量、两极板间的电压、电容器的体积等无关，D错。通过本题，我们对公式C＝Q/U有了进一步的理解，电容器的电容只由电容器本身决定。答案：C2．(对应要点一)C＝QU和C＝εrS4πkd是两个电容器电容的公式。关于它们的说法，正确的是()A．从C＝QU可以看出，电容的大小取决于带电量和电压B．从C＝εrS4πkd可以看出，电容的大小取决于电介质的种类、导体的形状和两极位置关系C．它们都适用于各种电容器D．C＝QU是适用于各种电容器的定义式，C＝εrS4πkd是只适用于平行板电容器的决定式解析：公式C＝QU是电容的定义式，适用于各种电容器，但电容器电容的大小由其自身决定，与所带电量和电压无关。C＝εrS4πkd是平行板电容器电容的决定式，只适用于平行板电容器，其电容的大小取决于电介质的种类、导体的形状和两极位置关系，故A、C错误，B、D正确。答案：BD3．(对应要点二)板间距为d的平行板电容器所带电荷量为Q时，两极板间的电势差为U1，板间场强为E1。现将电容器所带电荷量变为2Q，板间距变为12d，其他条件不变，这时两极板间电势差为U2，板间场强为E2，下列说法正确的是()A．U2＝U1，E2＝E1B．U2＝2U1，E2＝4E1C．U2＝U1，E2＝2E1D．U2＝2U1，E2＝2E1解析：U1＝QC＝QεrS4πkd＝4πkdQεrS，E1＝U1d＝4πkQεrS，当电荷量变为2Q时，U2＝2QC′＝2QεrS2πkd＝4πkdQεrS＝U1，E2＝U2d/2＝8πkQεrS＝2E1，C选项正确。答案：C图1－8－34.(对应要点三)如图1－8－3所示是一个由电池、电阻R、开关S与平行板电容器组成的电路。当开关S闭合时，一带电液滴悬浮在两板间P点不动，下列说法正确的是()A．带电液滴可能带正电B．增大两极板距离的过程中，电阻R中有从a到b的电流，电容器中负电荷从B到AC．断开S，减小两极板正对面积的过程中，液滴将加速下降D．断开S，减少两极板间距离的过程中，液滴静止不动解析：带电液滴受电场力和重力作用，可知电场力竖直向上，液滴带负电，A错；增大两极板间距离的过程中，U不变，由C＝εS4πkd知电容C减小，Q＝CU减小，R中的电流从a到b，但负电荷不会通过电容器从B到A，B错；断开S，减小极板间距的过程中E∝1S，E与d无关，E不变，液滴将静止不动，D对；S减小，E增大，液滴将加速上升，C错。答案：D（1）C＝QU是电容的定义式，是通过比值定义法定义的，C由电容器本身决定，与Q、U无关。（2）平行