2019-2020学年高考物理 主题1 静电场 8 课时1 电容器的电容课件（必修3）

8电容器的电容主题1静电场学科素养与目标要求物理观念：1.知道什么是电容器及平行板电容器的主要构造.2.理解电容的概念及其定义式.3.了解电容器充电和放电现象及能量转换.科学探究：1.会正确连接电路，认真观察电容器的充放电过程.2.通过探究得出平行板电容器电容的影响因素.科学思维：1.通过类比建立电容的概念；通过电容的定义进一步体会比值定义法.2.结合具体问题构建电容器动态分析模型.课时1电容器的电容NEIRONGSUOYIN内容索引自主预习达标检测课时对点练预习新知夯实基础检测评价达标过关注重双基强化落实重点探究启迪思维探究重点自主预习一、电容器1.电容器：储存电荷和电能的装置.任何两个彼此又相距很近的，都可以看成一个电容器.2.电容器的充放电(1)充电：把电容器的两极板分别与电池组的两极相连，两个极板分别带上等量的电荷的过程，充电过程中，由电源获得的储存在电容器中.(2)放电：用导线把充电后的电容器的两极板接通，两极板上的电荷的过程，放电过程中，转化为其他形式的能量.绝缘导体异号电场能中和电场能1.定义：电容器所带与电容器两极板间的的比值.2.定义式：.3.单位：电容的国际单位是，符号为F，常用的单位还有和，1F＝μF＝pF.4.物理意义：电容器的电容是表示电容器本领的物理量，在数值上等于使两极板间的电势差为时电容器需要带的电荷量.C＝QU二、电容电荷量Q电势差U法拉微法皮法1061012容纳电荷1V1.结构：由两个平行且彼此的金属板构成.2.电容的决定因素：电容C与两极板间电介质的相对介电常数εr成，跟极板的正对面积S成，跟极板间的距离d成.3.电容的决定式：C＝，εr为电介质的相对介电常数，k为静电力常量.当两极板间是真空时，C＝，式中k为静电力常量.εrS4πkd三、平行板电容器S4πkd绝缘正比正比反比1.分类：从构造上看，可以分为和两类.2.电容器的额定电压和击穿电压：(1)击穿电压：电介质不被时加在电容器两极板上的极限电压，若电压超过这一限度，电容器就会损坏.(2)额定电压：电容器外壳上标的电压，也是电容器所能承受的最大电压.(3)额定电压比击穿电压低.四、常用电容器固定电容器可变电容器击穿正常工作即学即用1.判断下列说法的正误.(1)电容器的电容跟它的带电荷量成正比.()(2)对于确定的电容器，它所充的电荷量跟它两极板间电压的比值保持不变.()(3)将平行板电容器两极板的间距加大，电容将增大.()(4)将平行板电容器两极板平行错开，使正对面积减小，电容将减小.()(5)在平行板电容器极板间插入电介质，电容将增大.()××√√√2.某平行板电容器充电后所带电荷量为Q＝2×10－6C，两板间的电压U＝4V，则该电容器的电容为F，若只将该电容器的板间距离增大，电容器的电容将，若只将两极板错开，使极板正对面积减小，电容器的电容将.5×10－7减小减小重点探究一、电容器电容(1)把电容器的两个极板分别与电源两极相连，对电容器进行充电，该过程中能量是如何转化的？当把电容器两极相接，使电容器放电，该过程中能量是如何转化的？导学探究答案充电过程中电源内的化学能转化为电容器内的电场能；放电过程中电容器的电场能转化为电路的内能.(2)当电容器的带电荷量增加时，电容器两极板间的电势差如何变化？带电荷量Q和板间电势差U的比值是否发生变化？答案增大不变1.电容器的充电过程，电源提供的能量转化为电容器的电场能；电容器的放电过程，电容器的电场能转化为其他形式的能.2.电容器的充、放电过程中，电路中有充电、放电电流，电路稳定时，电路中没有电流.4.电容器的电容决定于电容器本身，与电容器的电荷量Q以及电势差U均无关.知识深化3.C＝QU是电容的定义式，由此也可得出：C＝ΔQΔU.例1(2018·哈尔滨三中高二月考)下列关于电容器的说法中正确的是A.电容器所带的电荷量为两个极板所带电荷量的绝对值之和B.电容器的电容与电容器所带电荷量成正比C.一个电容器的电荷量增加ΔQ＝1.0×10－6C时，两极板间的电势差升高ΔU＝10V，则电容器的电容C＝1.0×10－7FD.放电后的电容器所带电荷量为零，电容也为零解析电容器所带的电荷量是指一个极板所带电荷量的绝对值，A错误；电容器的电容是反映其容纳电荷本领大小的物理量，完全由电容器本身的属性决定，与电容器是否带电及带电荷量多少无关，B、D错误；√由C＝QU＝ΔQΔU，可得电容器的电容C＝1.0×10－7F，C正确.例2有一充电的电容器，两板间的电压为3V，所带电荷量为4.5×10－4C，此电容器的电容是多少？将电容器的电压降为2V，电容器的电容是多少？所带电荷量是多少？答案1.5×10－4F1.5×10－4F3×10－4C解析C＝QU＝4.5×10－43F＝1.5×10－4F.电容器电压降为2V时，电容不变，仍为1.5×10－4F.此时所带电荷量为Q′＝CU′＝1.5×10－4×2C＝3×10－4C.二、平行板电容器平行板电容器由两块平行放置的金属板组成.利用平行板电容器进行如下实验：(1)如图所示，保持Q和d不变，减小两极板的正对面积S，观察电势差U(静电计指针偏角)的变化，依据C＝，分析电容C的变化.导学探究答案实验结论：S减小，电势差U增大，电容C减小.QU(2)如图所示，保持Q和S不变，增大两极板间的距离d，观察电势差U(静电计指针偏角)的变化，依据C＝，分析电容C的变化.答案实验结论：d增大，电势差U增大，电容C减小.QU(3)如图所示，保持Q、S、d不变，插入电介质，观察电势差U(静电计指针偏角)的变化，依据C＝，分析电容C的变化.答案实验结论：插入电介质，电势差U减小，电容C增大.QU知识深化1.C＝QU与C＝εrS4πkd的比较(1)C＝QU是电容的定义式，对某一电容器来说，Q∝U但C＝QU不变，反映电容器容纳电荷本领的大小；(2)C＝εrS4πkd是平行板电容器电容的决定式，C∝εr，C∝S，C∝1d，反映了影响电容大小的因素.C＝QU、E＝Ud和C＝εrS4πkd3.平行板电容器的两类典型问题(1)开关S保持闭合，两极板间的电势差U恒定，Q＝CU＝εrSU4πkd∝εrSd，2.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，紧抓三个公式：E＝Ud∝1d.U＝QC＝4πkdQεrS∝dεrS，(2)充电后断开S，电荷量Q恒定，E＝Ud＝4πkQεrS∝1εrS.例3(2018·彭州中学高二月考)如图1所示，两块相互靠近彼此绝缘的平行金属板组成平行板电容器，极板N与静电计金属球相连，极板M和静电计的外壳均接地，用静电计测量平行板电容器两极板间的电势差U.在两极板相距为d时，给电容器充电，静电计指针张开一定角度.在整个实验过程中，保持电容器所带的电荷量Q不变，下面的操作中将使静电计指针张角变大的是A.仅将M板向下平移B.仅将M板向右平移C.仅在M、N之间插入云母板(相对介电常数大于1)D.仅在M、N之间插入金属板，且不和M、N接触√图1静电计的使用静电计是在验电器的基础上改造而成的，静电计由相互绝缘的两部分组成，静电计与电容器的两极板分别连接在一起，则电容器两极板间的电势差就等于静电计上所指示的电势差U，U的大小可从静电计的刻度读出，可见，静电计指针偏角的变化表征了电容器两极板间电势差的变化.知识拓展图2例4(多选)(2018·郴州市高二期末)如图2所示，两块水平放置的平行正对的金属板a、b与电源E相连，在与两板等距离的M点有一个带电液滴恰处于静止状态.若将b板向上平移一小段距离，但仍在M点下方，下列说法中正确的是A.液滴仍将处于静止状态B.M点电势升高C.带电液滴在M点的电势能增大D.在b板移动前后两种情况下，若将液滴从a板移到b板，电场力做功相同√√[学科素养]此题考查平行板电容器相关的电势、场强动态分析以及带电体的受力问题.解题时要抓住以下要点或公式：①电容器两板间电压一定；②F电＝qE；③E＝；④M点的电势φM＝－EdaM等.通过综合应用提高了学生的思维能力，很好地体现了“科学思维”的学科素养.Ud达标检测1.(电容器电容)(2018·淄博市期末)对电容C＝，以下说法正确的是A.电容器充电电荷量越多，电容增加越大B.电容器的电容跟它两极板间所加电压成反比C.电容器的电容越大，所带电荷量就越多D.对于确定的电容器，它所带的电荷量跟它两极板间所加电压的比值保持不变√1234QU2.(电容的计算)一个已充电的电容器，若使它的电荷量减少3×10－4C，则其电压减小为原来的，则A.电容器原来的带电荷量为9×10－4CB.电容器原来的带电荷量为4.5×10－4CC.电容器原来的电压为1VD.电容器的电容变为原来的√123413133.(电容器的动态分析)(2018·烟台市期末)如图3所示，一带电油滴悬浮在平行板电容器两极板A、B之间的P点，处于静止状态.现将极板A向下平移一小段距离，但仍在P点上方，其他条件不变.下列说法中正确的是A.液滴将向下运动B.液滴将向上运动C.电容器电容减小D.极板带电荷量将减小√1234图34.(电容器的动态分析)(多选)(2018·启东中学高一下期末)如图4所示，一平行板电容器充电后与电源断开，正极板与静电计连接，负极板接地，两板间有一个正试探电荷固定在P点，正极板保持不动，将负极板缓慢向右平移一小段距离，下列说法正确的是A.静电计指针张角变小B.静电计指针张角不变C.正电荷在P点的电势能减小D.正电荷在P点的电势能不变√1234图4√课时对点练一、选择题考点一对电容器、电容的理解1.电容器是一种常用的电子元件.对电容器认识正确的是A.电容器的电容与它所带的电荷量成正比B.电容器的电容与它两极板间的电压成正比C.在相同电压作用下，带电荷量多的电容器的电容比较大D.电容的常用单位有μF和pF,1μF＝103pF√12345678910111213142.(多选)(2018·宿迁市期中)如图1所示，平行板电容器和恒定直流电源相连，箭头表示电流方向.下列说法正确的有A.电容器正在充电B.电容器正在放电C.电容器两板间距离一定正在变大D.电容器两板间距离可能正在变小12345678910111213√图1解析平行板电容器和恒定直流电源相连，电容器两端电压不变，箭头表示电流方向，则电容器正在充电，故A正确，B错误；电容器正在充电，电容器两板所带电荷量增大，电容器的电容增大，所以电容器两板间距离可能正在变小，故D正确，C错误.14√3.(多选)一个电容器的规格是100μF、25V，对这两个数据的理解正确的是A.这个电容器只有加上25V电压时，电容才是100μFB.这个电容器储存的电荷量一定为2.5×10－3CC.这个电容器所加电压不能高于25VD.这个电容器所加电压可以低于25V，但电容不变，总是100μF(电容器本身不发生变化)√1234567891011121314√12345678910111213考点二电容的计算4.一个电容器带电荷量为Q时，两极板间电压为U，若使其带电荷量增加4.0×10－7C时，它两极板间的电势差增加20V，则它的电容为A.1.0×10－8FB.2.0×10－8FC.4.0×10－8FD.8.0×10－8F√14解析C＝ΔQΔU＝4.0×10－720F＝2.0×10－8F，故选B.C＝QU＝0.240F＝5×10－3F，C错；5.如图2所示，为某一电容器中所带电荷量和两端电压之间的关系图线，若将该电容器两端的电压从40V降低到36V，对电容器来说正确的是A.是充电过程B.是放电过程C.该电容器的电容为5×10－2FD.该电容器的电荷量变化量为0.2C图2√解析由Q＝CU知，U降低，Q减小，故为放电过程，A错，B对；ΔQ＝CΔU＝5×10－3×4C＝0.02C，D错.12345678910111213146.(多选)有一个空气平行板电容器，极板间相距d，正对面积为S，充上电荷量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B.将带电荷量变为2QC.将极板间的距离变为D.两板间充满介电常数为2的电介质