2019-2020学年高中物理 第1章 电场 第7节 了解电容器课件 粤教版选修3-1

第七节了解电容器1．(2019·芜湖名校联考)如图所示为一示波管内部结构示意图，A、B为竖直放置的电极，C、D为水平放置的电极，为使阴极发射出的电子能打在荧光屏上的区域“Ⅱ”，则A、B间加的电压UAB和C、D间加的电压UCD应该是()A．UAB＞0，UCD＞0B．UAB＞0，UCD＜0C．UAB＜0，UCD＞0D．UAB＜0，UCD＜0【答案】B【解析】为使阴极发射出的电子能打在荧光屏上的区域“Ⅱ”，则说明电子向A极与D极偏转，由于电子带负电，因此电场力方向与电场强度的方向相反，则A极的电势高于B极，且D极的电势高于C极，故B正确，A、C、D错误，故选B.2．如图所示，图中虚线表示匀强电场的等势面1、2、3、4.一带正电的粒子只在电场力的作用下从电场中的a点运动到b点，轨迹如图中实线所示．由此可判断()A．1等势面电势最高B．粒子从a运动到b，动能减小C．粒子从a运动到b，电势能增大D．在运动中粒子的电势能与动能之和变大【答案】A【解析】根据等势面特点和正电粒子的运动轨迹，易知电场为水平向右的匀强电场．在运动中电势能与机械能之和保持不变，只有A正确．一、电容器由两个互相______、彼此______的导体组成，其间可以填充______物质；能够储存电荷和电场能．靠近绝缘绝缘二、电容器的充、放电内容充电过程放电过程过程示意电荷运动正电荷向A板移动，负电荷向B板移动正电荷由A板移向B板(或负电荷由B板移向A板)内容充电过程放电过程电流方向______时针______时针定义及能量的转化是使两个极板带上_________电荷的过程；从电源获得能量储存在电场中是使两个极板上电荷______的过程：__________转化为其他形式的能联系两个过程互逆，电容器的电荷量、场强、能量变化趋势相反顺逆等量异种中和电场能三、电容器的电容1．定义：电容器所带电荷量Q与两板之间电势差U的比值，公式为C＝QU．2．物理意义：表示电容器容纳______本领的物理量．3．单位：1F＝______μF＝1012pF．电荷106四、探究实验：探究影响平行板电容器电容的因素1．实验仪器静电计：测量已充电的平行板电容器两极板间的________的仪器．2．探究步骤(1)保持Q和d不变，改变极板正对面积S．(2)保持Q和S不变，改变极板距离d．(3)保持Q、S、d都不变，极板间插入电介质．电势差3．结论：平行板电容器的电容C跟介电常数εr_______，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＝________．成正比成正比成反比εrS4πkdS4πkd五、电容器的额定电压和击穿电压1．额定电压：电容器能够长期正常工作时的最大电压．2．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，电介质将被击穿，电容器损坏，这个__________称为击穿电压．极限电压照相机的闪光灯是通过电容供电的，拍照前先对电容器充电，拍照时电容器瞬间放电，闪光灯发出耀眼的白光．拍照前后的充电过程和放电过程，能量发生怎样的变化？【答案】拍照前的充电过程从电源获得的电能储存在电容器中；拍照后的放电过程，两极板间的电场能转化为其他形式的能量．1．电容器的充放电过程(1)充电过程①充电电流由大到小；②电容器所带电荷量增加；电容器及电容器的电容③电容器两极板间电压升高；④电容器中电场强度增加；⑤充电后，电容器从电源中获取的能量存储于电容器两极板间的电场中，因而又称为电场能．【特别提醒】当电容器充电结束后，电容器所在电路中无电流，电容器两极板间电压与充电电压相等．(2)放电过程①放电电流：电流方向是从正极板流出，电流是由大变小；②电容器所带电荷量减小；③电容器两极板间电压降低；④电容器中电场强度减弱；⑤电容器的电场能转化成其他形式的能．(3)电容器充放电过程是瞬时的．2．对电容的理解电容器电容的定义式为C＝QU，也可把此式进行变形，得C＝ΔQΔU.可理解为(1)电容器的电容在数值上等于两极间电压为1V时，电容器所带的电荷量；(2)电容器的电容在数值上等于两极间的电压增加(或减少)1V时极板上增加(或减少)的电荷量；(3)所谓电容器的电荷量是指一个极板上所带电荷量的绝对值．3．影响电容的因素电容器的电容由电容器本身的因素决定，与是否带电无关．对于平行板电容器，其电容的大小跟两极板间的电介质的介电常数εr、正对面积S、两极板间的距离d有关．其公式为C＝εrS4πkd，所以本式为电容大小的决定式．例1有一充电的平行板电容器，两板间电压为3V，现设法使它的电荷量减少3×10－4C，导致电容器两极板间的电压降到原来的13，此电容器的电容等于________μF，电容器原来所带的电荷量是________C，若电容器极板上的电荷量全部放掉，电容器的电容是________μF．解析：(1)电容器两极板间电势差的变化量为ΔU＝1－13U＝23×3V＝2V，由C＝ΔQΔU可得C＝3×10－42F＝1.5×10－4F＝150μF．(2)电容器原来的电荷量为Q，则Q＝CU＝1.5×10－4×3C＝4.5×10－4C．(3)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：1504.5×10－4150►题后反思要熟练掌握电容的计算公式，并能利用数学上的等比定理以及合比定理来解决物理问题．掌握电容大小的决定因素是电容器本身，而与电容器带不带电、带多少电无关．1．(2017·济源二模)根据大量科学测试可知，地球本身就是一个电容器．通常大地带有50万库仑左右的负电荷，而地球上空存在一个带正电的电离层，这两者之间便形成一个已充电的电容器，它们之间的电压为300kV左右．地球的电容约为()A．0.17FB．1.7FC．17FD．170F【解析】这个电容器的电容大小为C＝QU＝50×104300×103F＝1.7F，故B正确，A、C、D错误．【答案】B平行板电容器的动态分析1．讨论与电容器相关的各物理量的变化依据(1)平行板电容器的电容与极板距离d，正对面积S，电介质的介电常数εr间的关系C＝εrS4πkd．(2)平行板电容器内部是匀强电场，E＝Ud＝4πkQεrS．(3)电容器所带电荷量Q＝CU．2．动态变化的两种基本情况(1)电容器两板电势差U保持不变(与电源连接)．(2)电容器的带电荷量Q保持不变(与电源断开)．(3)结论：在电荷量不变的条件下，改变板间距离，场强不变．在U不变条件下，改变正对面积，场强不变．3．平行板电容器两极板之间电场强度的两个公式(1)已知平行板电容器两极板间的距离d和两极板之间的电压U，可用下式计算两极板间的电场强度E＝Ud∝1d，即电压不变时E与d成反比．(2)由C＝QU和C＝εrS4πkd求出U，再代入E＝Ud，可得平行板电容器两极板间的电场强度为E＝4πkQεrS∝1S，即Q不变时，E与S成反比．例2两块大小、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解析：答案：BC►题后反思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＝εrS4πkd、C＝QU和E＝Ud.④静电计是测量电势差的仪器，不能用于测直流电路中两点的电压．静电计张角大，说明极板间电势差大．2．关于已充上电的某个平行板电容器，下列说法不正确的是()A．两极板上一定带异号电荷B．两极板所带的电荷量一定相等C．充上的电量越多，其电容就越大D．充上的电量越多，两极板间的电势差就越大【答案】C【解析】给电容器充电，电容器两极板分别带上等量异号电荷，A、B正确；电容器的电容大小取决于它的结构，与所带电荷量的多少无关，C错误；根据U＝QC，电容器的电荷量越大，两极板间的电势差越大，D正确．平行板电容器构成一个匀强电场，带电粒子在其中运动的问题是静电场与力学的综合，分析方法与力学的分析方法基本相同，先分析受力情况，再分析运动情况和运动过程(平衡、加速或减速、是直线还是曲线)，然后选用恰当的规律(如牛顿运动定律、动能定理及能量守恒定律)解题．电容器与力学的综合例3(2015·全国卷Ⅱ)如图所示，两平行的带电金属板水平放置．若在两板中间a点从静止释放一带电微粒，微粒恰好保持静止状态．现将两板绕过a点的轴(垂直于纸面)逆时针旋转45°，再由a点从静止释放一同样的微粒，该微粒将()A．保持静止状态B．向左上方做匀加速运动C．向正下方做匀加速运动D．向左下方做匀加速运动解析：初态，对微粒进行受力分析，得知电场力qE与重力mg大小相等，合力为零．当金属板转动后，合力F也为恒力，方向如图所示，从静止释放的微粒将沿合力方向(左下方)做匀加速直线运动．答案：D3．(2019·大庆校级联考)如图所示，平行板电容器水平放置，上极板带正电且接地(大地电势为零)，下极板带等量负电．一带电微粒静止在两板之间的M点，现将上极板向上移动，则下面说法正确的是()A．电容器的电容增大B．带电微粒会向下运动C．带电微粒具有的电势能增大D．电容器两板之间的电势差减小【答案】C【解析】将上极板向上移动，两板间距离变大，据C＝εrS4πkd可得电容器的电容减小．电容器极板上带电量不变，据U＝QC，可得电容器两板之间的电势差增大，故A、D错误．据C＝εrS4πkd、U＝QC、E＝Ud，可得E＝4πkQεrS，两板间距离变大，板间场强不变，带电微粒的受力不变，带电微粒仍保持静止，故B错误．电容器上极板带正电，下极板带负电，板间场强向下，带电微粒能静止在两板之间，则带电微粒所受电场力向上，带电微粒带负电．板间场强不变，M点与上极板间距离d2增大，据U2＝Ed2，可得上极板与M点间电势差增大．上极板接地，电势为零，所以M点电势降低．带电微粒带负电，M点电势降低，据Ep＝qφ，可得带电微粒具有的电势能增大，C正确．