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第一章静电场第6、7节电容器和电容静电的应用及危害[课标解读]1.知道电容器的概念,认识常见的电容器,通过实验了解电容器的充、放电现象.2.理解电容的概念及定义,掌握电容的定义式、单位,并会应用定义式进行简单的计算.3.通过实验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决定式,知道改变平行板电容器的电容大小的方法.4.了解静电的产生、应用及危害,掌握静电危害的预防方法.01课前自主梳理02课堂合作探究03核心素养提升04课后巩固提升课时作业一、电容器电容1.电容器(1)定义:由两个彼此_____又互相_____的导体组成.(2)平行板电容器①结构:由两块__________平行放置的金属板组成.②带电特点:两板带__________电荷,分布在两板相对的内侧;某一极板所带电荷量的__________规定为电容器的带电荷量.绝缘靠近彼此隔开等量异种绝对值(3)电容器的充、放电过程①充电:指使电容器带电的过程,充电电流流向__________,充电后两极板带等量异种电荷.②放电:指使充电后的电容器失去电荷的过程,放电电流流向__________.③充、放电过程中的能量变化电容器充电后,电容器中就储存了电能,将电容器两极连接,异种电荷通过放电中和,储存的电能就释放出来,转化为其他形式的能量,例如发光、发热等.正极板负极板2.电容(1)定义:描述电容器储存电荷能力的物理量叫电容器的电容量,简称电容.(2)定义式:C=_______.(3)意义:描述电容器______________能力的物理量.(4)单位:在国际单位制中,电容的单位是法拉,简称法,符号是F.1F=1_______.常用单位:微法(μF)和皮法(pF).1μF=10-6F,1pF=______μF=______F.QU储存电荷C/V10-610-12[判断](1)任何两个彼此绝缘而又相互靠近的导体,都能组成电容器,与这两个导体是否带电无关.()(2)电容器所带的电荷量是指两个极板所带电荷量的代数和.()(3)电容器充电时储存电能,放电时释放电能.()答案:(1)√(2)×(3)√二、平行板电容器的电容常用电容器1.实验探究:平行板电容器的电容与哪些因素有关(1)方法:采取____________法,在电容器带电荷量Q不变的情况下,只改变电容器的极板正对面积S、板间距离d、板间电介质的介电常数ε中的一个量.(2)静电计电势差的意义:由于静电计的金属球与其中一个极板相连,两者电势相等,静电计的金属外壳与另一个极板相连(或同时接地),两者电势相等,所以静电计的电势差实质上也反映了__________________的电势差的大小.(3)结论:平行板电容器的两板之间的正对面积S越大,电容C越大;板间距离d越大,电容C则越小;插入电介质后电容C增大.(4)平行板电容器的决定式:C=εS4πkd,其中k为静电力常量.控制变量电容器两极板间2.常用电容器(1)分类①按电介质分:______电容器、______电容器、陶瓷电容器、______电容器等.②按是否可变分:______电容器、______电容器等.(2)电容器的额定电压和击穿电压①击穿电压:加在电容器两极间的电压不能超过某一限度,超过这一限度,绝缘介质将被______,致使电容器损坏,这个极限电压称为击穿电压.②额定电压:电容器____________所能承受的电压.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许多.云母纸质电解可变固定击穿正常工作三、静电的应用及危害1.静电的应用(1)静电喷涂的工作原理:使精细的油漆液滴飞离喷嘴时带上同种电荷,彼此______,并在____________作用下飞向作为电极的工件.(2)激光打印机的工作原理:利用正、负电荷互相吸引.排斥电场力2.静电的危害(1)雷雨云的雷鸣闪电给人类造成巨大损失.(2)静电火花点燃易燃物质引起______和火灾.(3)静电放电引起电子设备的故障,造成______干扰.(4)静电放电击穿集成电路和精密的电子元件,或促使元件老化,降低生产成品率.(5)静电在工业中如电子工业、胶片和塑料工业、造纸印刷工业、纺织工业中等都会产生危害.爆炸电磁3.静电危害的防止(1)尽快导走多余电荷,避免静电积累.(2)调节空气的______.(3)在易燃、易爆气体和粉尘聚集的场所保持良好的______.湿度通风[试做]以下叙述中属于静电危害的是(1)________;属于静电防止的是(2)________;属于静电利用的是(3)________.A.在建筑物顶上安装避雷针B.人在地毯上行走后接触金属把手时有触电的感觉C.在油罐车上连接搭地铁链D.静电植绒、静电复印答案:(1)B(2)AC(3)D要点一对电容器及电容的理解1.电容器的充电、放电过程分析充电过程放电过程电路结构将电容器接在电源上形成回路将已充电的电容器与导体连接形成回路过程分析(1)回路中有逆时针方向的充电电流(2)与电源正极连接的极板带上正电荷,与电源负极连接的极板带上等量的负电荷(3)充电完毕,电容器两极板间的电压等于电源电压,电路中电流为零(1)回路中有顺时针方向的放电电流(2)电流从电容器正极板流向负极板(3)放电完毕,电容器上的等量异种电荷全部中和,电路中没有电流,极板间电压为零能量分析由电源获得的电能转化为电容器的电场能储存的电场能转化为其他形式的能量(如:内能,光能)2.对电容的定义式C=QU的理解(1)电容由电容器本身的构造决定.电容器的电容是反映电容器容纳电荷本领的物理量,利用比值C=QU定义,但电容的大小与Q、U无关,是由电容器本身的构造决定的.(2)通过QU图像理解.如图所示,QU图像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,直线的斜率表示电容大小,因而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板间的电压增加(或减小)1V所增加(或减小)的电荷量.[例1]一个平行板电容器,使它每板电荷量从Q1=3×10-5C增加到Q2=3.6×10-5C时,两板间的电势差从U1=10V增加到U2=12V,求这个电容器的电容多大?[思路点拨]由电容的定义式C=QU知Q=CU,可求出对应电压U1、U2的电荷量Q1、Q2,根据Q2-Q1=C(U2-U1)即C=Q2-Q1U2-U1计算.[解析]电荷量的增加量和电势差的增加量分别为ΔQ=Q2-Q1=3.6×10-5C-3×10-5C=6×10-6C,ΔU=U2-U1=12V-10V=2V.根据电容的定义,它等于每增加1V电势差所需增加的电荷量,即C=ΔQΔU=6×10-62F=3×10-6F=3μF.[答案]3μF电容器的电容等于带电荷量Q与电压U的比值QU,因为对同一电容器,C是定值,故有C=Q1U1=Q2U2=ΔQΔU,计算时可直接应用C=ΔQΔU.1.根据电容的定义式C=QU知()A.电容器的电容越大,则电容器所带电荷量应越多B.电容器两极板间电压越大,电容越大C.电容器的电容与电荷量成正比,与电压成反比D.电容器的电容不随带电荷量及两极板间电压的变化而变化解析:认识到电容器的电容是由电容器本身决定的,与所带电荷量、两极板间的电压无关.公式C=QU是定义式,它可以适用于任何电容器,但绝不能说C与Q成正比,或C与U成反比.答案:D2.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________,平行板电容器充电,电路稳定后,在将两极板间距离增大的过程中,通过R的电流方向是从________到________;如果电容器充电后,先断开S,再将两极板间距离增大,在此过程中,R上________(选填“有”或“无”)电流通过.解析:电容器在充、放电过程中,电路中将有电流流过,电流方向为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,故通过R的电流方向为由A到B;稳定后,将两极板间距离增大,根据C∝εSd得,电容减小,因为U不变,所以电容器极板上的电荷量Q=CU减小,即通过R的电流方向为由B到A;将开关S断开后,因为电容器所带电荷量不变,所以无论如何调节极板间距离,R上均无电流通过.答案:ABBA无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.要点二平行板电容器的两类典型问题分析1.平行板电容器电容的决定因素(1)对于平行板电容器,其大小跟两极板间的电介质的介电常数ε成正比,与正对面积S成正比,与板间距离d成反比.(2)决定式:C=εS4πkd(k是静电力常量).说明:公式C=εS4πkd是电容的决定式,说明电容器的电容由电容器本身的因素决定,与是否带电无关.2.平行板电容器的两类问题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不变关系式C=εS4πkd∝εSdQ=CU=UεS4πkd∝εSdE=Ud∝1dC=εS4πkd∝εSdU=QC=Q4πkdεS∝dεSE=Ud=QCd=4πkQεS∝1εS[特别提醒](1)平行板电容器的电容与极板间距离d、正对面积S、电介质的相对介电常数ε间的关系为C=εS4πkd(决定式);(2)平行板电容器内部是匀强电场,E=Ud;(3)电容器电容的定义式C=QU.[例2](多选)两块大小、形状完全相同的金属平板平行放置,构成一平行板电容器,与它相连接的电路如图所示,接通开关S,电源即给电容器充电,则()A.保持S接通,减小两极板间的距离,则两极板间电场的电场强度减小B.保持S接通,在两极板间插入一块介质,则极板上的电荷量增大C.断开S,减小两极板间的距离,则两极板间的电势差减小D.断开S,在两极板间插入一块介质,则两极板间的电势差增大[思路点拨](1)保持S接通,电容器的电压不变;(2)断开S,电容器的电荷量不变;(3)讨论电容器问题用到的三个公式为C=QU、E=Ud、C=εS4πkd.[解析]S接通时,两极板间电压不变,减小两极板间距,由E=Ud知E增大,故A错.由C=εS4πkd知,插入介质C增大,又因Q=CU知Q增大,故B正确.S断开后,电荷量Q不变,板间距减小时电容C增大,由C=QU知,电势差U减小,故选项C正确.插入介质C增大,U减小,故选项D错误.[答案]BC(1)电容器的动态问题一般有两类:①Q不变;②U不变.分析时要先确定是哪个量不变.(2)分析思路一般是先由C=εS4πkd分析C的变化,再由C=QU分析Q或U的变化,进而由E=Ud或E=4πkQεS分析E等其他相关量的变化.1.一充电后的平行板电容器保持两板的正对面积、间距和电荷量不变,在两极板间插入一电介质,其电容C和两极板间的电势差U的变化情况是()A.C和U均增大B.C增大,U减小C.C减小,U增大D.C和U均减小解析:根据C=εS4πkd,当S、d不变,ε增大时,电容C增大,根据U=QC,Q不变,C增大,所以电势差U减小,B正确.答案:B2.(多选)如图所示,电路中A、B为两块竖直放置的金属板,C是一只静电计,开关S合上后,静电计指针张开一个角度,下述做法可使静电计指针张角增大的是()A.使A、B两板靠近一些B.使A、B两板正对面积减小一些C.断开S后,使B板向右平移一些D.断开S后,使A、B正对面积减小一些解析:静电计显示的是A、B两极板间的电压,指针张角越大,表示两板间的电压越高.当合上S后,A、B两板与电源两极相连,板间电压等于电源电压不变,静电计指针张角不变;当断开S后,板间距离增大,正对面积减小,都将使A、B两板间的电容变小,而电容器所带的电荷量不变,由C=QU可知,板间电压U增大,从而静电计指针张角增大.所以本题的正确答案是C、D.答案:CD(1)平行板电容器动态分析的基本思路:①在判断电容器相关物理量的变化时,首先要弄清哪些量是不变的,然后根据不变量和相关公式推断其他待分析量的变化情况.②若电容器充电后与电源断开,则带电荷量Q不变;若电容器始终与电源相连,则电压U不变.③分析电容器物理量变化常用的公式有C=εS
本文标题:2019-2020学年高中物理 第一章 静电场 第6、7节 电容器和电容 静电的应用及危害课件 教科
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