2017屆高中物理第2章電勢能與電勢差第6講電容器電容學(xué)案魯科版選修.docx

第6講電容器電容目標(biāo)定位1.知道電容器的概念和平行板電容器的主要構(gòu)造.2.理解電容的概念及其定義式和決定式.3.掌握平行板電容器電容的決定因素，并能用其討論有關(guān)問題.一、電容器1電容器：電路中具有存儲電荷功能的裝置叫做電容器2電容器的充電和放電(1)充電：使電容器帶電的過程叫做電容器的充電(2)放電：放掉電容器中的電的過程叫做電容器的放電3電容：電容器所帶的電荷量Q與電容器兩極板間的電勢差U的比值，叫做電容器的電容定義式：C.用符號C表示，單位是法拉，簡稱法，符號是F.常用單位換算關(guān)系：1F106F1012pF.想一想1電容器的帶電量為兩極板所帶電量的絕對值之和嗎？答案不是電容器的帶電荷量是指其中一個極板所帶電荷量的絕對值2有同學(xué)認(rèn)為C，電容器的電容與電容器所帶電荷量成正比，與電容器兩極板間的電勢差成反比，這種觀點對嗎？答案不對電容是電容器本身的一種屬性，大小由電容器自身的構(gòu)成情況決定，與電容器是否帶電、帶多少電荷量均無關(guān)二、平行板電容器的電容1結(jié)構(gòu)：由兩塊彼此絕緣、互相靠近的平行金屬板組成，是最簡單的，也是最基本的電容器2電容的決定因素：平行板電容器的兩極板間的正對面積S越大，電容C越大；板間距離d越大，電容C則越??；插入電介質(zhì)后，電容C增大(即C，為電介質(zhì)的相對介電常數(shù))三、常見電容器及其構(gòu)造1電容器的分類(1)按照導(dǎo)體極板間所用的電介質(zhì)可分類：空氣電容器、云母電容器、紙質(zhì)電容器、陶瓷電容器、滌綸電容器、電解電容器等 (2)按電容器的電容是否可變分類：可變電容器和固定電容器等2額定電壓和擊穿電壓(1)額定電壓：電容器安全工作時電壓的上限它比擊穿電壓要低(2)擊穿電壓：是電容器的極限電壓，超過這個電壓，電容器內(nèi)的電介質(zhì)將被擊穿，電容器將被損壞想一想某電容器上標(biāo)有“1.5F,9V”的字樣，則該電容器的擊穿電壓為9V，對嗎？答案不對，電容器外殼上標(biāo)的是額定電壓四、電容器的應(yīng)用利用電容器可以測量水位，駐極體話筒也是利用電容器的原理制造的.一、對電容器電容的理解1C是電容的定義式，對某一電容器來說，QU但C不變，反映電容器容納電荷的本領(lǐng)；C是電容器電容的決定式，CS，C，C，說明了電介質(zhì)的材料、極板的正對面積和極板間的距離是電容大小的決定因素2圖象是一條過原點的直線，如圖1所示，其中Q為一個極板上所帶電荷量的絕對值，U為兩板間的電勢差，直線的斜率表示電容大小因而電容器的電容也可以表示為C，即電容的大小在數(shù)值上等于兩極板間的電壓增加(或減小)1V時是容器上增加(或減小)的電荷量圖1例1一充電的電容器，兩板間的電壓為3V，所帶電荷量為4.5104C，此電容器的電容是多少？將電容器的電壓降為2V，電容器的電容是多少？所帶電荷量是多少？解析由C可求電容CF1.5104F.電容器電壓降為2V時，電容不變，仍為1.5104F.此時電荷量為QCU1.51042C3104C.答案1.5104F1.5104F3104C針對訓(xùn)練下列關(guān)于電容的說法正確的是()A電容器簡稱電容B電容器A的電容比B的大，說明A的帶電荷量比B多C電容在數(shù)值上等于使兩極板間的電勢差為1V時電容器需要帶的電荷量D由公式C知，電容器的電容與電容器兩極板間的電壓成反比，與電容器所帶的電荷量成正比答案C解析電容器和電容是兩個不同的概念，A錯；電容器A的電容比B的大，只能說明電容器A容納電荷的本領(lǐng)比B強，與是否帶電無關(guān)，B錯；電容器的電容大小和它所帶的電荷量、兩極板間的電壓等均無關(guān)，D錯通過本題，我們對公式C有了進一步的理解，電容器的電容只由電容器本身決定借題發(fā)揮C為比值定義法C的大小與Q、U無關(guān)，只跟電容器本身有關(guān)，當(dāng)Q0時，U0，而C并不為零二、關(guān)于平行板電容器的兩類典型問題1平行板電容器始終連接在電源兩端：電勢差U不變，當(dāng)d、S、變化時，由C可知C隨d、S、的變化情況再由QUCU確定Q變化情況，然后由E可知E隨d的變化情況2平行板電容器充電后，切斷與電源的連接：電荷量Q保持不變，當(dāng)d、S、變化時，由C可知C隨d、S、的變化情況再由U確定U隨d、S、的變化情況然后由E可知，隨S、變化情況例2如圖2所示，電路中A、B為兩塊豎直放置的金屬板，C是一只靜電計，開關(guān)S合上后，靜電計指針張開一個角度，下述做法可使靜電計指針張角增大的是()圖2A使A、B兩板靠近一些B使A、B兩板正對面積減小一些C斷開S后，使B板向右平移一些D斷開S后，使A、B正對面積減小一些答案CD解析靜電計顯示的是A、B兩極板間的電壓，指針張角越大，表示兩板間的電壓越高當(dāng)合上S后，A、B兩板與電源兩極相連，板間電壓等于電源電壓不變，靜電計指針張角不變；當(dāng)斷開S后，板間距離增大，正對面積減小，都將使A、B兩板間的電容變小，而電容器所帶的電荷量不變，由C可知，板間電壓U增大，從而靜電計指針張角增大所以本題的正確答案是C、D.借題發(fā)揮(1)平行板電容器動態(tài)分析的基本思路：在判斷電容器相關(guān)物理量的變化時，首先要弄清哪些量是不變的，然后根據(jù)不變量和相關(guān)公式推斷其他待分析量的變化情況若電容器充電后與電源斷開，則帶電荷量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變化常用的公式有：C、C和E.(2)靜電計是測量電勢差的儀器，不能用于測直流電路中兩點的電壓靜電計張角大，說明極板間電勢差大針對訓(xùn)練如圖3所示，一平行板電容器充電后與電源斷開，這時電容器的帶電量為Q，P是電容器內(nèi)一點，電容器的上板與大地相連，下列說法正確的是()圖3A若將電容器的上板左移一點，則兩板間場強減小B若將電容器的下板上移一點，則P點的電勢升高C若將電容器的下板上移一點，則兩板間電勢差增大D若將電容器的下板上移一點，則兩板間電勢差減小答案D解析由E、U、C，可知E，對A選項S減小，E增大，A錯誤；對B選項，由E可知E不變，P不變；UEd，d減小，U減小，D正確.電容概念的理解1關(guān)于已充上電的某個平行板電容器，下列說法不正確的是()A兩極板上一定帶異種電荷B兩極板所帶的電荷量一定相等C充上的電量越多，其電容就越大D充上的電量越多，兩極板間的電勢差就越大答案C解析給電容器充電，電容器兩極板分別帶上等量異種電荷，A、B正確；電容器的電容大小取決于它的結(jié)構(gòu)，與所帶電荷量的多少無關(guān)，C錯誤；根據(jù)U，電容器的電荷量越大，兩極板間的電勢差越大，D正確平行板電容器的兩類問題2連接在電源兩極上的平行板電容器，當(dāng)兩極板間距離減小時()A電容器的電容C變大B電容器極板的帶電荷量變大C電容器兩極板間的電勢差U變大D電容器兩極板間的電場強度E變大答案ABD解析電容器兩極板間距離減小，由C得其電容變大，所以A正確；因為電容器連在電源上，所以兩極板間的電壓保持不變，所以C錯誤；由QCU得電容器所帶電荷量變大，所以B正確；由E知，兩極板間的場強變大，所以D正確3平行板電容器充電后斷開電源，現(xiàn)將其中一塊金屬板沿遠(yuǎn)離另一極板的方向平移一小段距離下圖表示此過程中電容器兩極板間電場強度E隨兩極板間距離d的變化關(guān)系，正確的是()答案C解析本題考查平行板電容器的規(guī)律，意在考查學(xué)生對平行板電容器的理解由于平行板電容器充電后斷開電源，電容器所帶電荷量保持不變，兩極板間電場強度E，E隨兩極板間距離d的增大保持不變，C正確，A、B、D錯誤平行板電容器與力學(xué)綜合4如圖4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，則()圖4A帶電油滴將沿豎直方向向上運動BP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解析上極板向上移動一小段距離后，板間電壓不變，仍為U，故電場強度將減小，油滴所受電場力減小，故油滴將向下運動，A錯；P點的電勢大于0，且P點與下極板間的電勢差減小，所以P點電勢減小，B對；油滴向下運動時電場力做負(fù)功，油滴的電勢能應(yīng)增加，C錯；電容器的電容C，由于d增大，電容C應(yīng)減小，極板帶電量QCU將減小，D錯.題組一對電容器與電容的理解1關(guān)于電容器和電容的概念，下列說法正確的是()A任何兩個彼此絕緣又互相靠近的導(dǎo)體都可以看成是一個電容器B用電源對平行板電容器充電后，兩極板一定帶有等量異種電荷C某一電容器帶電荷量越多，它的電容就越大D某一電容器兩板間的電壓越高，它的電容就越大答案AB解析電容器是盛電的容器，電容是描述電容器盛電本領(lǐng)大小的物理量電容的大小與電容器帶電多少及兩極間電壓大小都無關(guān)2某電容器上標(biāo)有“25F450V”字樣，下列對該電容器的說法中正確的是()A要使該電容器兩極板之間電壓增加1V，所需電荷量為2.5105CB要使該電容器帶電荷量1C，兩極板之間需加電壓2.5105VC該電容器能夠容納的電荷量最多為2.5105CD該電容器能夠承受的最大電壓為450V答案A解析由電容器電容的定義式C可得C，所以QCU2.51051C2.5105C，A正確若Q1C，則U4104V，B錯誤當(dāng)電容器的電壓為450V時，電容器的電荷量最多，QCU2.5105450C1.125102C，C錯誤.450V是電容器的額定電壓，低于擊穿電壓，D錯誤3如圖1所示為某一電容器中所帶電量和兩端電壓之間的關(guān)系圖線，若將該電容器兩端的電壓從40V降低到36V，對電容器來說正確的是()圖1A是充電過程B是放電過程C該電容器的電容為5.0102FD該電容器的電量變化量為0.20C答案B解析由QCU知，U降低，Q減小，故為放電過程，A錯B對；由CF5103F，可知C錯；QCU51034C0.02C，D錯4有兩個平行板電容器，它們的電容之比為54，它們的帶電荷量之比為51，兩極板間距離之比為43，則兩極板間電壓之比和電場強度之比分別為()A4113B1431C4131D4143答案C解析由U得：，又由E得：，所以選項C正確題組二對平行板電容器的兩類問題的判斷5一充電后的平行板電容器保持兩極板的正對面積、間距和電荷量不變，在兩極板間插入一電介質(zhì)，其電容C和兩極板間的電勢差U的變化情況是()AC和U均增大BC增大，U減小CC減小，U增大DC和U均減小答案B解析由平行板電容器電容決定式C知，當(dāng)插入電介質(zhì)后，變大，則在S、d不變的情況下C增大；由電容定義式C得U，又電荷量Q不變，故兩極板間的電勢差U減小，選項B正確6如圖2所示為“研究影響平行板電容器電容的因素”的實驗裝置，以下說法正確的是()圖2AA板與靜電計的指針帶的是異種電荷B甲圖中將B板上移，靜電計的指針偏角增大C乙圖中將B板左移，靜電計的指針偏角不變D丙圖中將電介質(zhì)插入兩板之間，靜電計的指針偏角減小答案BD解析靜電計指針與A板連為一個導(dǎo)體，帶電性質(zhì)相同，A錯誤；根據(jù)C，C，B板上移，S減小，C減小，Q不變，U增大，B正確；B板左移，d增大，C減小，U增大，C錯誤；插入電介質(zhì)，增大，電容C增大，U減小，D正確7如圖3所示，平行板電容器兩極板A、B與電池兩極相連，一帶正電小球懸掛在電容器內(nèi)部閉合開關(guān)S，充電完畢后懸線偏離豎直方向夾角為，則()圖3A保持S閉合，將A板向B板靠近，則增大B保持S閉合，將A板向B板靠近，則不變C斷開S，將A板向B板靠近，則增大D斷開S，將A板向B板靠近，則不變答案AD解析保持開關(guān)S閉合，電容器兩端間的電勢差不變，帶正電的A板向B板靠近，極板間距離減小，電場強度E增大，小球所受的電場力變大，增大；故A正確，B錯誤；斷開開關(guān)S，電容器所帶的電量不變，C，E.知d變化，E不變，電場力不變，不變故C錯誤，D正確題組三電容器的綜合應(yīng)用8兩塊大小、形狀完全相同的金屬板正對著水平放置，構(gòu)成一個平行板電容器將兩金屬板分別與電源兩極相連，如圖4所示，閉合開關(guān)S達(dá)到穩(wěn)定后，在兩板間有一帶電液滴P恰好處于靜止?fàn)顟B(tài)，下列判斷正確的是()圖4A保持開關(guān)S閉合，減小兩板間的距離，液滴向上運動B保持開關(guān)S閉合，減小兩板間的距離，液滴向下運動C斷開開關(guān)S，減小兩板間的距離，液滴向上運動D斷開開關(guān)S，減小兩板間的距離，液滴向下運動答案A解析由液滴靜止得mgEq，保持開關(guān)S閉合，E，U一定，減小d，合力向上，故A正確，B錯誤；斷開開關(guān)S，E，Q一定，減小d，E不變，合力仍為零，故C、D錯誤9如圖5所示是一個平行板電容器，其電容為C，帶電荷量為Q，板間距離為d，上極板帶正電荷現(xiàn)將一個試探電荷q由兩極板間的A點移動到B點，A、B兩點間的距離為l，連線AB與極板間的夾角為30，則電場力對試探電荷q所做的功等于()圖5A.B.C.D.答案C解析根據(jù)U，E可得E，所以，AB電場力做功，WqElsin30.10如圖6所示是測定液面高度h的電容式傳感器示意圖，E為電源，G為靈敏電流計，A為固定的導(dǎo)體芯，B為導(dǎo)體芯外面的一層絕緣物質(zhì)，C為導(dǎo)電液體已知靈敏電流計指針偏轉(zhuǎn)方向與電流方向的關(guān)系為：電流從左邊接線柱流進電流計，指針向左偏如果在導(dǎo)電液體的深度h發(fā)生變化時觀察到指針正向左偏轉(zhuǎn)，則()圖6A導(dǎo)體芯A所帶電荷量在增加，液體的深度h在增大B導(dǎo)體芯A所帶電荷量在減小，液體的深度h在增大C導(dǎo)體芯A所帶電荷量在增加，液體的深度h在減小D導(dǎo)體芯A所帶電荷量在減小，液體的深度h在減小答案D解析電流計指針向左偏轉(zhuǎn)，說明流過電流計G的電流由左右，則導(dǎo)體芯A所帶電荷量在減小，由QCU可知，由導(dǎo)體芯A與導(dǎo)電液體形成的電容器的電容在減小，則液體的深度h在減小，故D正確11如圖7所示，已