選修3-1第一章第6-7節(jié)電勢差及電場強度的關(guān)系;電容器及電容

1、年 級高二學 科物理版 本人教新課標版課程標題選修31 第一章 第7節(jié) 電容器問題歸納編稿老師張子厚一校黃楠二校林卉審核鄭炳松一、學習目標：1. 加深和強化對于電容概念的理解。2. 掌握處理平行板電容器E、U、Q變化問題分析的基本方法。3. 重點掌握與本部分內(nèi)容相關(guān)的重要習題類型及其解法。二、重點、難點：重點：電容的概念、平行板電容器的電容及其決定因素。難點：電容器的兩類動態(tài)分析問題。三、考點分析：內(nèi)容和要求考點細目出題方式電容器電容器的構(gòu)造及特點選擇、填空題電容器的充放電過程電容器的電容電容的定義及物理意義選擇、填空題電容的定義式電容大小的決定因素平行板電容器平行板電容器電容的決定式選擇、填

2、空題兩類典型電容器動態(tài)問題的求解知識點一： 電容器及其充放電過程： 例1. 如圖所示，是一個由電池、電阻R與平行板電容器組成的串聯(lián)電路，在增大電容器兩極板間距離的過程中（ ）A. 電阻R中沒有電流B. 電容器的電容變小C. 電阻R中有從a流向b的電流D. 電阻R中有從b流向a的電流答案：BC變式：關(guān)于電容器的充、放電過程，下列說法中正確的是（ ）A. 充、放電過程中外電路有瞬間電流B. 充、放電過程中外電路有恒定電流C. 充電過程中電源提供的電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能D. 放電過程中電容器中的電場能逐漸減小答案：AD知識點二：電容概念及其決定因素的理解問題： 例2. 一個平行板電容器，使它每板電荷量增

3、加到時，兩板間的電勢差從增加到，求這個電容器的電容多大？如要使兩極板電勢差從降為，則每板需減少多少電荷量？解析：電荷量的增加量和電勢差的增加量分別為根據(jù)電容的定義，它等于每增加1V電勢差所需增加的電荷量，即。兩極板間電勢差降為6V時，每板應減少的電荷量為母題遷移： 某電容器的電容是，額定電壓為200V，擊穿電壓為400V，對于該電容器，下列說法中正確的是（ ）A. 為使它的兩極板間的電壓增加1V，所需要的電荷量是B. 若給電容器1C的電荷量，兩極板間的電壓為C. 該電容器能容納的電荷量最多為D. 該電容器兩極板間能承受的最大電壓為200V答案：A 例3. 如圖所示是一種通過測量電容器電容的變化

4、，來檢測液面高低的儀器原理圖，電容器的兩個電極分別用導線接到指示器上，指示器可顯示電容的大小，下列關(guān)于該儀器的說法中正確的有（ ）A. 該儀器中電容的兩個電極分別是芯柱和導電液體B. 芯柱外套的絕緣管越厚，該電容器的電容越大C. 如果指示器顯示出電容增大了，則說明容器中的液面升高了D. 如果指示器顯示出電容減小了，則說明容器中的液面升高了答案：AC知識點三：平行板電容器的動態(tài)分析問題： 例4. 一平行板電容器充電后與電源斷開，負極板接地，在兩極板間有一正電荷（電量很小）固定在P點，如圖所示。以E表示兩極板間的場強，U表示電容器的電壓，表示正電荷在P點的電勢能，若保持負極板不動，將正極板移到圖中

5、虛線所示的位置，則（ ）A. U變小，E不變B. E變大，變大C. U變小，不變D. U不變，不變答案：AC變式1：如圖所示，平行板電容器與電動勢為E的直流電源（內(nèi)阻不計）連接，下極板接地，一帶電油滴位于電容器中的P點且恰好處于平衡狀態(tài)，現(xiàn)將平行板電容器的上極板豎直向上移動一小段距離（ ）A. 帶電油滴將沿豎直方向向上運動B. P點的電勢將降低C. 帶電油滴的電勢能將減小D. 若電容器的電容減小，則極板帶電量將增大答案：B變式2：兩塊大小、形狀完全相同的金屬平板平行放置，構(gòu)成一個平行板電容器，與它相連接的電路如圖所示。接通開關(guān)S，電源即給電容器充電（ ）A. 保持S接通，減小兩極板間的距離，則

6、兩極板間電場的電場強度減小B. 保持S接通，在兩極板間插入一個介質(zhì)，則極板上的電量增大C. 斷開S，減小兩極板間的距離，則兩極板間的電勢差減小D. 斷開S，在兩極板間插入一個介質(zhì)，則兩極板間的電勢差增大答案：BC知識點四：帶電質(zhì)點在平行板電容器中的受力問題： 例5. 如圖所示為密立根油滴實驗示意圖。設兩平行板間距d=0.5cm，板間電壓U=150V，當開關(guān)S斷開時，從上板小孔飄入的帶電油滴能以速度v0勻速下降，合上S，油滴由下降轉(zhuǎn)為上升，當其速度大小達到v0時能勻速上升。假設油滴在運動中所受阻力與速度大小成正比（即f=kv），測得油滴的直徑，油的密度。試求出油滴的帶電量并說明電性。解析：S合上

7、前，油滴飄入小孔后受重力和阻力作用，以速度v0勻速下降時滿足條件。S合上后，油滴能由下降轉(zhuǎn)為上升，電場力（Eq）必向上，速度大小達到v0時，所受阻力也為f0，勻速上升時必滿足條件Eq=mg+f0=2mg。由上面的分析可以知道，油滴帶電量為，式中因油滴所受電場力方向與板間場強方向相反，故油滴帶負電。母題遷移：如圖所示，兩板間距為d的平行板電容器與一電源連接，開關(guān)閉合，電容器兩板間有一質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子靜止不動。下列敘述正確的是（ ）A. 粒子帶正電B. 斷開開關(guān)，粒子將向下加速運動C. 保持開關(guān)閉合，將電容器兩極板間的距離拉大，粒子將向下加速運動D. 保持開關(guān)閉合，將電容器兩極板錯開，使

8、其正對面積減小，粒子仍靜止答案：CD 對于本部分內(nèi)容的學習，關(guān)鍵在于對基礎概念的理解，特別是對定義式及平行板電容器電容的決定式的理解，在具體的問題情境中，善于抓住變量與非變量，結(jié)合電容的兩個公式以及勻強電場的規(guī)律靈活分析電容器的動態(tài)分析問題。一、預習新知帶電粒子在電場中的運動問題歸納二、預習點撥探究與反思探究任務一：帶電粒子在電場中的加速【反思】（1）帶電粒子以某一初速度沿電場方向進入勻強電場中，其運動形式是什么？ （2）帶電粒子在電場中加速運動問題的常用處理方法是什么？探究任務二：帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)【反思】（1）帶電粒子以垂直于電場的速度方向進入勻強電場，其運動性質(zhì)是什么？（2）帶電粒子

9、在電場中偏轉(zhuǎn)問題的常用處理方法有哪些？（答題時間：45分鐘）一、選擇題 1. 如圖所示是描述對給定的電容器充電時電荷量Q、電壓U、電容C之間相互關(guān)系的圖象，其中正確的是（ ） 2. 利用靜電計研究平行板電容器的電容與哪些因素有關(guān)的實驗裝置如圖所示，則下面哪些現(xiàn)象符合實驗觀察到的結(jié)果（ ）A. N板向下平移，靜電計指針偏角變大B. N板向左平移，靜電計指針偏角變大C. 保持N板不動，在M、N板之間插入一塊絕緣介質(zhì)板，靜電計指針偏角變大D. 保持N板不動，在M、N板之間插入一塊金屬板，靜電計指針偏角變大 3. 如圖所示，為一只電容式傳感器部分構(gòu)件的示意圖。當動片（實線圈）和定片（虛線圈）之間正對扇

10、形區(qū)的圓心角的角度發(fā)生變化時，電容C便發(fā)生變化，于是通過測量電容C的變化情況就可以知道的變化情況。那么，在如圖所示中，能正確反映C和間函數(shù)關(guān)系的是（ ） 4. 如圖所示，平行板電容器中懸浮一帶電微粒P，今把A、B兩半方形金屬盒相對插入，當A、B合攏時，下列對微粒運動情況的結(jié)論分析正確的是（ ）A. 向上運動B. 向下運動C. 仍保持靜止D. 條件不足，無法判斷 5. 如圖所示，平行金屬板A、B組成的電容器，充電后與靜電計相連，要使靜電計指針張角變大，以下措施中可行的是（ ）A. 將B板向上移動B. 將B板向右移動C. 在A、B板之間插入電介質(zhì)D. 使A板放走部分電荷 6. 如圖所示，電容器的兩

11、極板與電源的正、負極相連，當電容器兩極板間的距離由d迅速增大為2d的過程中，下列說法正確的是（ ）A. 電容器兩板電壓始終不變B. 電容器兩板電壓瞬間升高后又恢復原值C. 根據(jù)Q=CU可知，電容器帶電荷量先增大后減小D. 電路中電流由A板經(jīng)電源流向B板 7. 如圖所示，平行板電容器的兩個極板為A、B，B板接地，A板帶有電荷量+Q，板間電場有一固定點P，若將B板固定，A板下移一些，或者將A板固定，B板上移一些，在這兩種情況下，以下說法正確的是（ ）A. A板下移時，P點的電場強度不變，P點電勢不變B. A板下移時，P點的電場強度不變，P點電勢升高C. B板上移時，P點的電場強度不變，P點電勢降低

12、D. B板上移時，P點的電場強度減小，P點電勢降低 8. 如圖所示，兩板間距為d的平行板電容器與一電源連接，開關(guān)S閉合，電容器兩板間有一質(zhì)量為m、帶電荷量為q的粒子靜止不動，下列敘述中正確的是（ ）A. 粒子帶的是正電B. 電源電壓的大小等于C. 斷開開關(guān)S，粒子將向下做加速運動D. 保持開關(guān)S閉合，把電容器兩極板間距離增大，粒子將向下做加速運動 9. 傳感器是一種采集信息的重要器件，如圖所示是一種測定壓力的電容式傳感器，當待測壓力F作用于可動膜片電極上時，可使膜片產(chǎn)生形變，引起電容的變化，將電容器、靈敏電流計和電源串聯(lián)接成閉合電路，那么（ ）A. 當F向上壓膜片電極時，電容將減小B. 當F向

13、上壓膜片電極時，電容將增大C. 若電流計有示數(shù)，則壓力F發(fā)生變化D. 若電流計有示數(shù)，則壓力F不發(fā)生變化 10. 如圖所示，C為中間插有電介質(zhì)的電容器，a和b為其兩極板，a板接地；P和Q為兩豎直放置的平行金屬板，在兩板間用絕緣線懸掛一帶電小球；P板與b板用導線相連，Q板接地。開始時懸線靜止在豎直方向，在b板帶電后，懸線偏轉(zhuǎn)了角度。在以下方法中，能使懸線的偏角變大的是（ ）A. 縮小a、b間的距離B. 加大a、b間的距離C. 取出a、b兩極板間的電介質(zhì)D. 換一塊形狀大小相同、介電常數(shù)更大的電介質(zhì)二、填空題 11. 一個平行板電容器，當其電荷量增加時，兩板間的電壓升高U=10V，則此電容器的電容

14、C=_F。若兩板間電壓為35V，此時該電容器帶電荷量為Q=_C。 12. 兩塊水平放置的平行金屬板，帶等量異種電荷，一個帶電油滴恰懸浮在平行板間，如果使油滴產(chǎn)生大小等于的加速度，兩板電荷量應是原來的_倍。 13. 如圖所示，水平放置的兩平行金屬板A、B相距為d，電容為C，開始兩板均不帶電，A板接地且中央有孔?，F(xiàn)將帶電荷量為+q，質(zhì)量為m的帶電液滴一滴一滴地從小孔正上方h處無初速度地滴下，落向B板的電荷全部傳給B板，問：（1）第幾滴液滴在A、B板間做勻速直線運動？（2）能夠到達B板的液滴不會超過多少滴？ 1. B、C、D解析：電容由電容器的自身構(gòu)造性質(zhì)決定，與電荷量無關(guān)，而電荷量與電壓成正比。

15、2. A、B解析：由平行板電容器電容的計算公式知，當把N板下移時，d增大，則C減小。又由，Q不變，所以U增大，靜電計指針偏角變大，選項A正確；N板向左平移時，S減小，則C減小，同理得，靜電計指針偏角變大，選項B正確；當在M、N之間插入絕緣介質(zhì)板時，變大，C變大，同理得U變小，靜電計指針偏角變小，選項C錯誤；當在M、N之間插入一塊金屬板時，兩板間相對距離d減小，C變大，同理可得U變小，靜電計指針偏角變小，選項D錯誤。 3. D解析：因電容而故。 4. B解析：帶電微粒在勻強電場中懸浮，說明重力與靜電力平衡，若兩個金屬盒相對插入，當它們合攏時，金屬盒有靜電屏蔽的作用，其內(nèi)部場強將變?yōu)榱?，所以帶電?/p>

16、粒將不受靜電力作用，所以在重力作用下做自由落體運動，故B正確。 5. A解析：靜電計指針張角的大小，反映了電容器兩極板間電壓的大小，張角變大表示電壓升高，由可知在Q一定時U增大C減小，再由可知S減小的方案可選擇A選項內(nèi)容，而B、C選項均使C增大，C與帶電荷量無關(guān)，故只有選項A正確，B、C、D均錯。 6. B解析：當將電容器兩極板間距離迅速增大的過程中，電容器極板上的電荷量未來得及變化，即Q不變，則也不變，而U=Ed，故U增大，但最終電壓U要與電源電壓相等，故B選項正確，又，所以d增大時C減小，又因為Q=CU，故Q要減小，電路中有瞬時電流，方向由B板經(jīng)電源流向A板，故C、D都不對。 7. A、C

17、解析：A板下移與B板上移，兩板間的距離均減小，但此平行板電容器電荷量不變，因此改變兩板間的距離不能改變電場強度的大小及方向，即E不變；因此，A板下移時，P與B板的電勢差不變，即P點電勢也不變。但B板上移時，由于P與B板的距離減小，因此P、B間的電勢差減小，即P點電勢降低。 8. B、D解析：題圖中電容器板間場強方向向下，由粒子處于靜止狀態(tài)知mg=qE，則電場力應向上，粒子帶負電。因電容器上、下兩板分別與電源，正、負極相連，所以電源電動勢等于電容器兩板間的電壓，即，斷開S后，已充電的電容器兩板仍儲有電荷，板間場強不變，粒子仍保持原來的靜止狀態(tài)，保持S閉合，增大兩板間距d，則兩板間電壓不變，由知，板間場強減小，此時，粒子向下加速運動。 9. B、C解析：當壓力向上時，膜片電極將向上彎曲，使電容器兩個電極之間距離減小，電容增大，故A錯，B正確。當壓力F發(fā)生變化時，電容器的電容也發(fā)生變化，電容器會有不斷的充、放電現(xiàn)象，所以電流計有示數(shù)。當壓力不變時，因為電壓恒定，電容器帶電荷量不會改變，電流計無示數(shù)，故C正確，D錯誤。 10. B、C解析：兩個電容器所帶電荷量的總量一定，對于右側(cè)的電容器，對于帶電小球根據(jù)共點力平衡條件：如答圖所示。若使增大，則、U2、Q2應增大，Q1應減小對于左側(cè)電容器：，因、Q板接地