數(shù)學(xué)2012高二物理-18-電容器與電容-1課件-新人教版選修3-1

第八節(jié)電容器的電容1/11/2023課標(biāo)解讀1.理解電容的定義,駕馭電容的定義式及電容的單位.2.駕馭平行板電容器電容的確定式,并能用其探討有關(guān)問(wèn)題.3.相識(shí)常見(jiàn)的幾種電容器,知道其構(gòu)造和符號(hào).4.電容是一個(gè)新概念,對(duì)電容的理解學(xué)習(xí)可用類比法,類比前面學(xué)習(xí)過(guò)的用比值法定義的物理量,細(xì)致體會(huì)“容納電荷本事”的含義.1/11/2023課前自主學(xué)習(xí)一?電容器任何兩個(gè)彼此絕緣又相距很近的導(dǎo)體,都可以看成一個(gè)電容器,使兩個(gè)極板分別帶上等量異種電荷的過(guò)程叫充電,兩極板同時(shí)失去電荷的過(guò)程叫做放電,電容器的帶電荷量是指其中一個(gè)極板上帶電荷量的確定值1/11/2023二?電容電容器所帶的電荷量與電容器兩極板間的電壓的比值,叫做電容器的電容,表達(dá)式為它的物理意義是表示電容器容納電荷本事的物理量,在國(guó)際單位制中的單位是法拉,用F表示.1/11/2023三?平行板電容器的電容平行板電容器的電容與平行板的正對(duì)面積成正比與兩平行板間的距離成反比,與有無(wú)電介質(zhì)有關(guān),與電介質(zhì)的介電常數(shù)成正比,表達(dá)式為1/11/2023四?常見(jiàn)電容器1.分類(1)按電介質(zhì)分:空氣電容器,聚苯乙烯電容器,陶瓷電容器?電解電容器等.(2)按是否可變分:可變電容器,固定電容器.1/11/20232.電容器的額定電壓和擊穿電壓(1)額定電壓:電容器能夠長(zhǎng)期正常工作時(shí)的電壓.(2)擊穿電壓:電介質(zhì)被擊穿時(shí)加在電容器兩極板上的極限電壓,若電壓超過(guò)這一限度,則電容器就會(huì)被損壞.1/11/2023學(xué)問(wèn)梳理圖1/11/2023課堂互動(dòng)探究一?電容器——容納電荷的容器1.基本結(jié)構(gòu):由兩塊彼此絕緣相互靠近的導(dǎo)體組成.2.帶電特點(diǎn):兩板電荷等量異號(hào),分布在兩板相對(duì)的內(nèi)側(cè).3.板間電場(chǎng):板間形成勻強(qiáng)電場(chǎng)(不考慮邊緣效應(yīng)),場(chǎng)強(qiáng)大小方向始終垂直板面.1/11/2023充電與放電:使電容器帶電叫充電;使充電后的電容器失去電荷叫放電.充電過(guò)程實(shí)質(zhì)上是電源逐步把正電荷從電容器的負(fù)極板移到正極板的過(guò)程.由于正?負(fù)兩極板間有電勢(shì)差,所以電源須要克服電場(chǎng)力做功.正是電源所做的這部分功以電能的形式儲(chǔ)存在電容器中,放電時(shí),這部分能量又釋放出來(lái).1/11/2023電容器所帶電量:電容器的一個(gè)極板上所帶電量的確定值.擊穿電壓與額定電壓:加在電容器兩極上的電壓假如超過(guò)某一極限,電介質(zhì)將被擊穿而損壞電容器,這個(gè)極限電壓叫擊穿電壓;電容器長(zhǎng)期工作所能承受的電壓叫做額定電壓,它比擊穿電壓要低.1/11/2023二?電容?平行板電容器1.電容(1)物理意義:表征電容器容納(儲(chǔ)存)電荷本事的物理量.(2)定義:使電容器兩極板間的電勢(shì)差增加1V所須要增加的電量.電容器兩極板間的電勢(shì)差增加1V所需的電量越多,電容器的電容越大;反之則越小.1/11/2023定義式:式中C表示電容器的電容,ΔU表示兩板間增加的電勢(shì)差,ΔQ表示當(dāng)兩板間電勢(shì)差增加ΔU時(shí)電容器所增加的電量.

電容器的電容還可這樣定義:Q表示電容器的帶電量,U表示帶電量為Q時(shí)兩板間的電勢(shì)差.電容的單位是F,應(yīng)用中還有μF和pF,1F=106μF=1012pF.1/11/2023留意:電容器的電容是反映其容納電荷本事的物理量,完全由電容器本身屬性確定,跟電容器是否帶電,帶電量多少以及兩極板電勢(shì)差的大小無(wú)關(guān).1/11/2023(3)電容大小的確定因素電容器的電容跟兩極板的正對(duì)面積?兩極板的間距以及極板間的介質(zhì)有關(guān).兩極板的正對(duì)面積越大,極板間的距離越小,電介質(zhì)的介電常數(shù)越大,電容器的電容就越大.通常的可變電容器就是通過(guò)變更兩極板的正對(duì)面積來(lái)實(shí)現(xiàn)電容的變更的.1/11/20232.平行板電容器

(1)電容:平行板電容器的電容與兩板的正對(duì)面積S成正比,與兩板間距d成反比,與充溢兩板間介質(zhì)的介電常數(shù)εr成正比,即1/11/2023留意:上式雖不要求進(jìn)行定量計(jì)算,但用此式進(jìn)行定性分析很便利.(2)板間場(chǎng)強(qiáng):充電后的平行板電容器板間形成勻強(qiáng)電場(chǎng),場(chǎng)強(qiáng)其中U是兩板間電勢(shì)差,d為兩板間距離.1/11/2023三?兩類典型電容器問(wèn)題的求解方法1.平行板電容器充電后,接著保持電容器兩極板與電池兩極相連接,電容器的d?S?εr變更,將引起電容器的C?Q?U?E怎樣變更?這類問(wèn)題由于電容器始終連接在電池上,因此兩板間的電壓保持不變,可依據(jù)下列幾式探討C?Q?E的變更狀況.1/11/20231/11/20232.平行板電容器充電后,切斷與電池的連接,電容器的d?S?εr變更,將引起電容器的C?Q?U?E怎樣變更?這類問(wèn)題由于電容器充電后,切斷與電池的連接,使電容器的帶電量保持不變,可依據(jù)下列幾式探討C?U?E的變更狀況.1/11/2023另外,還可以認(rèn)為確定量的電荷對(duì)應(yīng)著確定數(shù)目的電場(chǎng)線,若電量不變,則電場(chǎng)線數(shù)目不變,當(dāng)兩板間距變更時(shí),場(chǎng)強(qiáng)不變;當(dāng)兩板正對(duì)面積變更時(shí),引起電場(chǎng)線的疏密程度發(fā)生了變更,如上圖所示,電容器的電量不變,正對(duì)面積減小時(shí),場(chǎng)強(qiáng)增大.1/11/2023典例分析一?理解電容器的電容例1:有一充電的平行板電容器,兩板間電壓為3V,現(xiàn)使它的電荷量削減3×10-4C,于是電容器兩板間的電壓降為原來(lái)的此電容器的電容是多大,電容器原來(lái)的帶電荷量是多少庫(kù)侖?若電容器極板上的電荷量全部放掉,電容器的電容是多大?1/11/2023解析:電容器兩極板間電勢(shì)差的變更量為電容器原來(lái)的帶電荷量為Q,則Q=CU=1.5×10-4×3C=4.5×10-4C.電容器的電容是由本身確定的,與是否帶電無(wú)關(guān),所以電容器放掉全部電荷后,電容照舊是150μF.答案:150μF4.5×10-4C150μF1/11/2023名師點(diǎn)撥:電容器電容的定義式可以推導(dǎo)出此式也表明電容器的電容是由電容器本身確定的,與它所帶的電荷量及兩板間電壓無(wú)關(guān).1/11/2023[鞏固練習(xí)]1.如下圖是描述對(duì)給定的電容器充電時(shí)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()答案:BCD1/11/2023二?平行板電容器的電容,電量和電壓的關(guān)系例2:如圖所示電路中,A?B為兩塊豎直放置的金屬板,G是一只靜電計(jì),開(kāi)關(guān)S合上后,靜電計(jì)指針張開(kāi)一個(gè)角度.下述哪些做法可使指針張角增大()1/11/2023A.使A?B兩板靠近一些B.使A?B兩板正對(duì)面積錯(cuò)開(kāi)一些C.斷開(kāi)S后,使B板向右平移拉開(kāi)一些D.斷開(kāi)S后,使A?B正對(duì)面積錯(cuò)開(kāi)一些1/11/2023解析:圖中靜電計(jì)的金屬棒接A極,外殼和B板均接地,靜電計(jì)顯示的是A?B兩極板間的電壓,指針的角越大,表示兩極板間電壓越高,當(dāng)合上開(kāi)關(guān)S后,A?B兩板與電源相連,極板間電壓等于電源電壓,并保持不變,靜電計(jì)張角不變,正對(duì)面積減小,都將使A?B兩板間的電容減小,而電容器電荷量不變,由可知.板間電壓U增大,從而靜電計(jì)指針張角增大,故C?D選正確.答案:CD1/11/2023名師點(diǎn)撥:在推斷電容器相關(guān)物理量的變更時(shí),首先要弄清哪些量不變,然后依據(jù)不變量和相關(guān)公式推斷其他待分析量的變更狀況;若電容充電后與電源斷開(kāi),則帶電量Q不變,若電容器始終與電源相連,則電壓U不變;分析電容器物理量常用的公式有:和靜電計(jì)是測(cè)量電勢(shì)差的儀器,不能用于測(cè)量直流電路中兩點(diǎn)的電壓,靜電計(jì)張角越大,說(shuō)明兩極板間電勢(shì)差越大.1/11/2023[鞏固練習(xí)]

2.一平行板電容器的電容為C,充電后與電源斷開(kāi),此時(shí)板上帶電荷量為Q,兩板間電勢(shì)差為U,板間場(chǎng)強(qiáng)為E,現(xiàn)保持間距不變使兩板錯(cuò)開(kāi)一半,則下列各量的變更:電容C′=____________,帶電荷量Q′=____________,電勢(shì)差U′=____________,板間場(chǎng)強(qiáng)E′=____________.Q

2U

2E1/11/2023三?電容器與其它學(xué)問(wèn)的結(jié)合例3:如圖所示,A?B為平行金屬板,兩板相距為d,分別與電源兩極相連,兩板的中心各有一小孔M和N,今有一帶電質(zhì)點(diǎn),自A板上方相距為d的P點(diǎn)由靜止自由下落(P?M?N在同一豎直線上),空氣阻力忽視不計(jì),到達(dá)N孔時(shí)速度恰好為零,然后沿原路返回.若保持兩極板間的電壓不變,則()1/11/20231/11/2023A.把A板向上平移一小段距離,質(zhì)點(diǎn)自P點(diǎn)自由下落后仍能返回B.把A板向下平移一小段距離,質(zhì)點(diǎn)自P點(diǎn)自由下落后將穿過(guò)N孔接著下落C.把B板向上平移一小段距離,質(zhì)點(diǎn)自P點(diǎn)自由下落后仍能返回D.把B板向下平移一小段距離,質(zhì)點(diǎn)自P點(diǎn)自由下落后將穿過(guò)N孔接著下落解析:平行金屬板與電源兩極相連,則兩極板間電勢(shì)差U保持不變.帶電質(zhì)點(diǎn)由P運(yùn)動(dòng)到N的過(guò)程中,重力做功與電場(chǎng)力做功相等.即2mgd-qU=0.1/11/2023若把A板上移,假設(shè)能到N孔,則2mgd-qU=mv2N,vN=0,說(shuō)明剛好能到N孔,然后又返回,A正確;若把A板向下移,同理,也應(yīng)能到N點(diǎn),然后返回,B錯(cuò)誤;若把B板向上平移,假設(shè)能達(dá)N孔,則因d′<2d,故mgd′-qU=mv2N<0,說(shuō)明不能運(yùn)動(dòng)到N,能在N孔之上就可返回,C正確;若把B板向下移一小段距離,假設(shè)能達(dá)N孔,則因d′>2d,mgd′-qU=mv2N>0,說(shuō)明能達(dá)N孔,且還有向下的速度,即會(huì)接著下落,D正確.答案:ACD1/11/2023[鞏固練習(xí)]3.(2009·福建高考)如圖所示,平行板電容器與電動(dòng)勢(shì)為E的直流電源(內(nèi)阻不計(jì))連接,下極板接地.一帶電油滴位于電容器中的P點(diǎn)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(dòng)一小段距離()1/11/2023A.帶電油滴將沿豎直方向向上運(yùn)動(dòng)B.P點(diǎn)的電勢(shì)將降低C.帶電油滴的電勢(shì)能將削減D.若電容器的電容減小,則極板帶電量將增大1/11/2023解析:上極板向上移動(dòng)一小段距離后,板間電壓不變,故電場(chǎng)強(qiáng)度減小,油滴所受電場(chǎng)力減小,油滴將向下運(yùn)動(dòng),故A選項(xiàng)錯(cuò)誤;P點(diǎn)的電勢(shì)大于0,則P點(diǎn)與下極板間的電勢(shì)差減小,故P點(diǎn)電勢(shì)將降低,B選項(xiàng)正確;油滴帶負(fù)電,P點(diǎn)的電勢(shì)大于0,油滴在P點(diǎn)的電勢(shì)能Ep=φpq為負(fù)值,電勢(shì)越低其電勢(shì)能越大,故C選項(xiàng)錯(cuò)誤;板極距離增大,電容器的電容減小,依據(jù)而U不變故電量將削減,故D選項(xiàng)錯(cuò)誤.

答案:B1/11/2023課后鞏固提升鞏固基礎(chǔ)1.電容器A的電容比電容器B的電容大,這表明()A.A所帶的電荷量比B多B.A比B能容納更多的電荷量C.A的體積比B的體積大D.兩電容器的電壓都變更1V時(shí),A的電荷量變更比B的大1/11/2023解析:電容是電容器的固有屬性,由電容器本身的構(gòu)造確定,電容描述了電容器容納電荷的本事(電容器兩極間的電壓每變更1V所變更電荷量的多少)大小,而不表示容納電荷的多少或帶電荷量的多少.答案:D1/11/20232.下列關(guān)于電容器和電容的說(shuō)法中,正確的是()

A.依據(jù)可知,電容器的電容與其所帶電量成正比,與兩板間的電壓成反比

B.對(duì)于確定的電容器,其帶電量與兩板間的電壓成正比

C.無(wú)論電容器的電壓如何變更(小于擊穿電壓且不為零),它所帶的電量與電壓的比值恒定不變

D.電容器的電容是表示電容器容納電荷本事的物理量,其大小與加在兩板上的電壓無(wú)關(guān)1/11/2023解析:電容器的電容與兩極板間的電壓與極板所帶電量無(wú)關(guān),故A選項(xiàng)錯(cuò)誤;由可知,對(duì)確定的電容器來(lái)說(shuō),Q與U成正比,故B選項(xiàng)正確,C?D選項(xiàng)也正確.

答案:BCD1/11/20233.水平放置的平行板電容器與一電池相連,在電容器的兩板間有一帶正電的質(zhì)點(diǎn)處于靜止?fàn)顟B(tài).現(xiàn)將兩極板間的距離增大,則()A.電容變大,質(zhì)點(diǎn)向上運(yùn)動(dòng)B.電容變大,質(zhì)點(diǎn)向下運(yùn)動(dòng)C.電容變小,質(zhì)點(diǎn)保持靜止D.電容變小,質(zhì)點(diǎn)向下運(yùn)動(dòng)1/11/2023解析:當(dāng)平行板電容器兩極板距離增大時(shí),電容器電容變小,與電源相連極板電壓不變,其間電場(chǎng)強(qiáng)度減小,電場(chǎng)力變小,合外力向下,質(zhì)點(diǎn)向下運(yùn)動(dòng),故D選項(xiàng)正確.答案:D1/11/20234.一平行板電容器充電后,把電源斷開(kāi),再用絕緣工具將兩板距離拉開(kāi)一些,則()A.電容器的帶電荷量增加B.電容增大C.電容器電壓增加D.兩板間電場(chǎng)強(qiáng)度增大1/11/2023解析:由可知,當(dāng)d增大時(shí),C變小,故B選項(xiàng)錯(cuò)誤;充電后與電源斷開(kāi),所帶電量不變,故A選項(xiàng)錯(cuò)誤;由當(dāng)C減小,Q不變時(shí),U增大,故C選項(xiàng)正確;其間電場(chǎng)強(qiáng)度

故D選項(xiàng)錯(cuò)誤.

答案:C1/11/20235.一空氣平行板電容器,極板間正對(duì)面積為S,極間距離為d,充以電量Q后兩板間電壓為U,為使電容器的電容加倍,可接受的方法是()A.將電壓變?yōu)閁/2B.電量變?yōu)?QC.將極板正對(duì)面積變?yōu)?SD.兩極間充以介電常數(shù)為2的電介質(zhì)1/11/2023解析:由可知C?D選項(xiàng)正確.答案:CD1/11/20236.平行板電容器的電容C,兩極板間電壓U,兩板間場(chǎng)強(qiáng)E和帶電荷量Q,在下列狀況下怎樣變更?

(1)保持兩板與電源相連,只增大兩板間距離,則C____________,U____________,Q____________,E____________.

(2)給電容器充電后與電源斷開(kāi),再減小電容器極板間距離,則C____________,U____________,Q____________,E____________.減小

不變減小減小增大減小不變不變1/11/2023解析:(1)電容器與電源相連,故U不變,依據(jù)和

d增大→C減小→Q減小,由知E減小.

(2)電容器充電后斷開(kāi)電源,故Q不變,由公式C=和

知d減小→C增大→U減小,此時(shí)電場(chǎng)強(qiáng)度用不好探討,有兩種方法可處理.1/11/2023①是用推論,(此式由和三式導(dǎo)出),可見(jiàn)E與d無(wú)關(guān),故E不變.

②是熟記極板上電荷密度不變,其電場(chǎng)強(qiáng)度不變,故E不變.1/11/2023提升實(shí)力7.傳感器是一種采集信息的重要器件,如圖是一種測(cè)定壓力的電容式傳感器,當(dāng)待測(cè)壓力F作用于可動(dòng)膜片電極上時(shí),可使膜片產(chǎn)生形變,引起電容的變更,將電容器?靈敏電流計(jì)和電源串聯(lián)接成閉合電路,那么()1/11/2023A.當(dāng)F向上壓膜片電極時(shí),電容將減小B.當(dāng)F向上壓膜片電極時(shí),電容將增大C.若電流計(jì)有示數(shù),則壓力F發(fā)生變更D.若電流計(jì)有示數(shù),則壓力F不發(fā)生變更解析:當(dāng)壓力向上時(shí),膜片電極將向上彎曲,使電容器兩個(gè)極之間距離減小,電容增大,故A錯(cuò)誤,B正確.當(dāng)壓力F發(fā)生變更時(shí),電容器的電容發(fā)生變更,電容器會(huì)不斷的充放電,所以電流計(jì)有示數(shù),當(dāng)壓力不變時(shí),因?yàn)殡妷汉愣?電容器帶電量不會(huì)發(fā)生變更,電流計(jì)無(wú)示數(shù),故C正確,D錯(cuò)誤.答案:BC1/11/20238.如下圖所示是一個(gè)平行板電容器,兩板間距離為d,其電容為C,帶電荷量為Q,上極板帶正電.現(xiàn)將一個(gè)摸索電荷q由兩極板間的A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn),A?B兩點(diǎn)間的距離為l,連線AB與極板間的夾角為30°,則電場(chǎng)力對(duì)摸索電荷q所做的功等于()1/11/2023解析:依據(jù)可得所以,從A→B電場(chǎng)力做功,W=qElsin30°=

答案:C1/11/20239.下圖是一個(gè)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(guò)程中()A.電阻R中沒(méi)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1/11/2023解析:平行板電容器的電容和帶電荷量分別為Q=CU.當(dāng)兩板間距離d增大時(shí),電容C減小,極板的帶電荷量Q也減小,由于原來(lái)電容器的上板A帶正電,下板B帶負(fù)電,帶電荷量減小,B板的電子在電源的作用下將輸送到A板中和部分正電荷,所以電阻R中會(huì)有從a流向b的電流.答案:BC1/11/202310.(2008·重慶高考)如圖1是某同學(xué)設(shè)計(jì)的電容式速度傳感器原理圖,其中上板為固定極板,下板為待測(cè)物體.在兩極板間電壓恒定的條件下,極板上所帶電量Q將隨待測(cè)物體的上下運(yùn)動(dòng)而變更.若Q隨時(shí)間t的變更關(guān)系為(a?b為大于零的常數(shù)),其圖象如圖2所示,那么圖3?圖4中反映極板間場(chǎng)強(qiáng)大小E和物體速率v隨t變更的圖線可能是()1/11/2023A.①和③B.①和④C.②和③D.②和④1/11/2023解析:由于且結(jié)合題中條件Q=聯(lián)立以上三式解得

d=

(a+t),可見(jiàn)d與t成線性關(guān)系,利用可得