2019-2020学年新教材高中物理 第十章 静电场中的能量 第4节 电容器的电容课件 新人教版必修

课标要求第4节电容器的电容1．知道电容器和平行板电容器的概念。2．理解电容的定义、定义式和单位，并会应用定义式进行有关计算。3．了解平行板电容器的电容大小的决定因素。4．认识常用的电容器。一、电容器1．填一填(1)定义：任何两个彼此又相距的导体组成一个电容器。(2)平行板电容器：两个相距的平行金属板中间夹上一层物质(电介质)组成的电容器。绝缘很近很近绝缘(3)实验观察电容器的充、放电现象①实验电路：把直流电源、电阻、电容器、电流表、电压表以及单刀双掷开关组成实验电路。②充电过程：把开关S接1，此时电源给电容器充电，充电电流逐渐，电压表示数逐渐，当电流表示数为0时充电完毕。③放电过程：把开关S接2，电容器对电阻R放电。放电电流由电容器的正极板经过R流向电容器的负极板。此时电容器两极板所带电荷量减小，电势差，放电电流，最后两极板电势差以及放电电流都等于0。减小增大减小减小(4)电容器充、放电过程中能的转化电容器充电过程中，两极板的电荷量增加，板间的电场强度，电源的能量不断储存在中；放电过程中，电容器把储存的能量通过转化为电路中其他形式的能量。增大电容器电流做功2．判一判(1)任何两个彼此绝缘又相互靠近的导体都可组成电容器，无论两导体是否带电。()(2)使电容器极板带电的过程就是给电容器充电的过程。()(3)电容器放电过程中两极板间电压逐渐减小。()√√√3．想一想如图所示，开关S与“1”端接触后，再与“2”端接触，灯泡是否发光？怎样解释？若发光，电流方向如何？提示：当电源与“1”接触，给电容器充电，上极板带正电荷，下极板带等量负电荷，当电容器上电压与电源电压相同时，充电完毕；当接“2”时，电容器通过灯泡放电，放电电流是从正极板流出沿灯泡向下，随电荷减少电压降低、灯泡逐渐变暗，放电完毕，灯泡熄灭。二、电容常用电容器1．填一填(1)定义：电容器所带的电荷量Q与电容器两极板之间的电势差U之。(2)定义式：C＝______。(3)单位：在国际单位制中，电容的单位是，简称，符号是。实际中常用的单位还有微法(μF)和皮法(pF)，它们与法拉的关系：1μF＝10－6F,1pF＝10－12F。比QU法拉法F(4)击穿电压和额定电压①击穿电压：电容器电介质不被击穿的电压。②额定电压：电容器外壳上标的电压。(5)常用电容器①固定电容器：聚苯乙烯电容器和电解电容器。②可变电容器：通过改变两组铝片的正对面积来改变电容的电容器。极限工作2．判一判(1)电容为C的电容器所带电荷量为Q，若电荷量增大为2Q，则电容变为2C。()(2)电容器所带的电荷量Q是指电容器的一个极板上所带电荷量的绝对值。()(3)电容器外壳上标的是额定电压。()×√√3．选一选电容器A的电容比电容器B的电容大，这表明()A．A所带的电荷量比B多B．A比B能容纳更多的电荷量C．A的体积比B的体积小D．两电容器的电压都改变1V时，A的电荷量改变比B的大解析：电容是电容器的固有属性，由电容器本身的构造决定，电容描述了电容器容纳电荷的本领(电容器两极间的电压每改变1V所改变电荷量的多少)，而不表示容纳电荷的多少或带电荷量的多少，A、B、C错误，D正确。答案：D电容器的充电和放电[学透用活]1．电容器的充电(1)电容器充电过程如图甲所示，将开关与电源接通，电容器的两极板带上等量的异号电荷，这一过程叫做充电。充电过程是将电能储存在电容器中的过程。(2)充电过程特点(如图乙)①充电电流方向为从电源的正极流出的电流的方向。②电容器所带电荷量增加。③电容器两极板间电压升高。④电容器中电场强度增大。⑤充电过程中电容器从电源获取的能量为电能。2．电容器的放电(1)电容器放电过程如图甲所示，将开关与电源断开，打到另一端，使充电后的电容器失去电荷的过程叫做放电。放电过程是将储存的电场能转化为其他形式能量的过程。(2)放电过程特点(如图乙)①放电电流方向是从正极板流出的电流的方向。②电容器两极板上电荷量减少。③电容器两极板间电压降低。④电容器中电场强度减小。⑤电容器的电场能转化成其他形式的能量。[典例1][多选]电子眼系统通过路面下埋设的感应线来感知汽车的压力。感应线是一个压电薄膜传感器，压电薄膜在受压时两端产生电压，压力越大电压越大，压电薄膜与电容器C和电阻R组成图甲所示的回路，红灯亮时，如果汽车的前、后轮先后经过感应线，回路中产生两脉冲电流，如图乙所示，即视为“闯红灯”，电子眼拍照。则红灯亮时()A．车轮停在感应线上时，电阻R上有恒定电流B．车轮经过感应线的过程中，电容器先充电后放电C．车轮经过感应线的过程中，电阻R上的电流先增大后减小D．汽车前轮刚越过感应线，又倒回到线内，仍会被电子眼拍照[解析]车轮停在感应线上时，压力不变，则电压不变，电容器不充电，也不放电，电阻R上没有电流，故A错误；由题图乙可知，当车轮经过感应线时，电流先增大后减小，然后再反向增大后减小，因电压是在受压时产生的，故说明电容器先充电后放电，故B正确，C错误；若汽车前轮刚越过感应线，又倒回到线内，则前轮两次压线，仍形成两个脉冲电流，符合拍照条件，电子眼仍会拍照，故D正确。[答案]BD[规律方法]充电电流与放电电流(1)电容器两极板间的电介质是绝缘物质，所以充电结束后的电容器相当于断路。(2)充电过程中电荷由电源定向移动，在两极板上集聚，形成充电电流，且流向正极板。(3)放电过程中，电荷由极板流向用电器，电源形成放电电流，且电流由正极板流向用电器。[对点练清]1．如图所示实验中，关于平行板电容器的充、放电，下列说法正确的是()A．开关接1时，平行板电容器充电，且上极板带正电B．开关接1时，平行板电容器充电，且上极板带负电C．开关接2时，平行板电容器充电，且上极板带正电D．开关接2时，平行板电容器充电，且上极板带负电解析：开关接1时，平行板电容器充电，上极板与电源正极相连而带正电，A正确，B错误；开关接2时，平行板电容器放电，放电结束后上下极板均不带电，C、D错误。答案：A2.如图所示，电源电压恒定，则接通开关S的瞬间，通过电阻R的电流方向是从________到________；如果电容器充电结束后，先断开S，再将两板间距离增大，在此过程中，R上________(填“有”或“无”)电流通过。解析：电容器在充、放电过程中，电路中将有电流，电流方向即正电荷定向移动的方向。在接通S的瞬间，电容器充电，上极板带正电，下极板带负电，故电流方向为由A到B；稳定后，将S断开后，因为电容器所带电荷量不变，所以无论如何调节板间距离，均无电流通过R。答案：AB无对电容的理解[学透用活]1．C＝QU为比值定义法。C的大小与Q、U无关，只跟电容器本身有关，当Q＝0时，U＝0，而C并不为零。2．电容是电容器本身的一种属性，大小由电容器自身的构成情况决定。3．对Q­U图线的理解如图所示，在Q­U图像中，电容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为两极板间的电势差，可以看出，电容器的电容也可以表示为C＝ΔQΔU，即电容器的电容的大小在数值上等于两极板间的电压增加(或减小)1V时所需增加(或减少)的电荷量。[典例2]一个平行板电容器，使它每个极板所带电荷量从Q1＝3×10－5C增加到Q2＝3.6×10－5C时，两极板间的电势差从U1＝10V增加到U2＝12V，求这个电容器的电容。如要使两极板电势差从U1＝10V降到U2′＝6V，则每个极板需减少多少电荷量？[解析]由电容器的电容定义式C＝QU可知Q＝CU。当电荷量为Q1时，Q1＝CU1。当电荷量为Q2时，Q2＝CU2。显然Q2－Q1＝C(U2－U1)，即C＝Q2－Q1U2－U1＝0.6×10－5C2V＝3μF。当两极板间电势差降到6V时，每个极板应减少的电荷量为ΔQ′＝CΔU′＝3×10－6×(10－6)C＝1.2×10－5C。[答案]3μF1.2×10－5C[对点练清]1．[多选]关于电容器和电容的概念，下列说法正确的是()A．任何两个彼此绝缘又互相靠近的导体都可以看成是一个电容器B．用电源对平行板电容器充电后，两极板一定带有等量异种电荷C．某一电容器带电荷量越多，它的电容就越大D．某一电容器两板间的电压越高，它的电容就越大解析：电容器是容纳电荷的容器，电容是描述电容器容纳电荷本领大小的物理量。电容的大小与电容器带电多少及两极间电压大小都无关。答案：AB2．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时电容器带的电荷量D．由公式C＝QU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错误；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错误；电容器的电容大小和它所带的电荷量、两极板间的电压等均无关，D错误；由公式C＝QU可知，电容器的电容在数值上等于使两极板间的电势差为1V时极板上的电荷量，故C正确。答案：C3．如图所示，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5.0×10－2FD．该电容器所带电荷量的变化量为0.20C解析：由Q＝CU知，U降低，Q减小，故为放电过程，A错误，B正确，由C＝QU＝0.240F＝5×10－3F，可知C错误；ΔQ＝CΔU＝5×10－3×4C＝0.02C，D错误。答案：B一、用发光二极管观察电容器的充电和放电(科学思维)[选自鲁科版老教材P52“迷你实验室”]二极管是一种半导体元件，具有单向导电性，用D表示，其电路符号为“”(该符号左端为正极，右端为负极)。实验电路图发光二极管是二极管的一种。当发光二极管接正向电压(发光二极管的正、负极分别与电源正、负极相接)时，二极管导通并发光；接反向电压时，二极管的电阻很大，不会发光。按如图所示连接电路，将开关分别拨到位置“1”和“2”时，哪个二极管会发光？[提示]开关拨到位置“1”时，电源给电容器充电，此时二极管D2导通并发光；开关拨到位置“2”时，电容器放电，此时二极管D1导通并发光。二、典题好题发掘，练典题做一当十[选自鲁科版新教材P53“例题”]电路图如图所示，一平行电容板的两端与电压为U的恒压电源相连。极板上带电荷量为Q。若只将两极板间的距离增大为原来的2倍，求电容器极板上的电荷量。[分析]电容器所带电荷量Q＝CU。由题意可知，电压U不变，只需确定变化后的电容C即可。要确定电容C的变化，可利用平行板电容器的公式进行分析。[解]由C＝S4πkd和已知条件，可得C′＝S4πk×2d＝C2又由于Q＝CU所以Q′＝C′U＝Q2。[策略提炼]分析电容器相关物理量的变化时，要注意抓住不变量。电容器充电后保持与电源相连，即使电容器的电容变化，两极板间的电压仍不变。若充电后与电源断开且未放电，即使电容器的电容变化，极板的电荷量也不会变化。[讨论]由结果得知，即使加在电容器两端的电压不变，但若电容器的电容变化，电容器带的电荷量也会随之变化。在这个过程中，电容器中的电场强度如何变化？提示：由E＝Ud可知，加在电容器两端的电压不变，板间距离变为2d时，电容器中的电场强度将变为原来的12。[迁移]如果电容器充电后断开电源，又该怎样分析相关量的变化呢？平行板电容器充电后，所带电荷量为Q，两极板间电压为U。断开电源后，若只将两极板正对面积减小为原来的34，求电容器两极板间的电压。解析：断开电源后电容器带电量仍为Q，且不改变。由C＝S4πkd可知，当两极板正对面积减小为原来的34时，电容C′＝34C，又Q＝CU，Q＝C′U′，可求得U′＝43U。答案：43U