2020-2021學(xué)年高中物理 第二章 靜電場(chǎng)的應(yīng)用 第一節(jié) 電容器與電容教案 粵教版必修3

1、2020-2021學(xué)年高中物理 第二章 靜電場(chǎng)的應(yīng)用 第一節(jié) 電容器與電容教案 粵教版必修32020-2021學(xué)年高中物理 第二章 靜電場(chǎng)的應(yīng)用 第一節(jié) 電容器與電容教案 粵教版必修3年級(jí)：姓名：- 15 -第一節(jié)電容器與電容核心素養(yǎng)點(diǎn)擊物理觀念知道什么是電容器及平行板電容器的主要構(gòu)造；理解電容的概念及其定義式；了解電容器充電和放電現(xiàn)象及能量轉(zhuǎn)換。科學(xué)思維通過類比建立電容的概念；通過電容的定義進(jìn)一步體會(huì)比值定義法；結(jié)合具體問題構(gòu)建電容器動(dòng)態(tài)分析模型。科學(xué)探究會(huì)正確連接電路，認(rèn)真觀察電容器的充、放電過程；通過探究得出平行板電容器電容的影響因素。1填一填(1)識(shí)別電容器電容器由兩個(gè)互相靠近、彼此絕

2、緣的導(dǎo)體組成，電容器的導(dǎo)體間可以填充絕緣物質(zhì)。常見電容器：陶瓷電容器、薄膜電容器、鋁電解電容器、鉭電解電容器、微調(diào)電容器、調(diào)諧電容器。(2)電容器的充放電充電：使電容器的兩極板帶上等量異種電荷的過程。每個(gè)極板所帶電量的絕對(duì)值稱為電容器所帶的電量。放電：使電容器兩極板上的電荷中和的過程。電場(chǎng)能在放電過程中轉(zhuǎn)換成其他形式的能量。2判一判(1)任何兩個(gè)彼此絕緣又相互靠近的導(dǎo)體都可組成電容器，無論兩導(dǎo)體是否帶電。()(2)使電容器極板帶電的過程就是給電容器充電的過程。()(3)電容器放電過程中兩極板間電壓逐漸減小。()3想一想如圖所示，開關(guān)s與“1”端接觸后，再與“2”端接觸，燈泡是否發(fā)光？怎樣解釋？

3、若發(fā)光，電流方向如何？提示：當(dāng)開關(guān)s與“1”接觸，給電容器充電，上極板帶正電荷，下極板帶等量負(fù)電荷，當(dāng)電容器上電壓與電源電壓相同時(shí)，充電完畢；當(dāng)開關(guān)s接“2”時(shí)，電容器通過燈泡放電，放電電流是從正極板流出沿?zé)襞菹蛳?，隨電荷量減少電壓降低、燈泡逐漸變暗，放電完畢，燈泡熄滅。1填一填(1)定義：電容器所帶的電量q與電容器兩極板間的電壓u之比。(2)定義式：c。(3)單位：電容的國(guó)際單位是法拉，符號(hào)為f，常用的單位還有微法和皮法，1 f106 f1012 pf。(4)物理意義：電容器的電容是表示電容器容納電荷本領(lǐng)的物理量，在數(shù)值上等于使兩極板間的電壓為1_v時(shí)電容器所需要的電量。2判一判(1)電容為

4、c的電容器所帶電荷量為q，若電荷量增大為2q，則電容變?yōu)?c。()(2)電容器所帶的電荷量q是指電容器的一個(gè)極板上所帶電荷量的絕對(duì)值。()(3)電容器外殼上標(biāo)的是額定電壓。()3想一想如圖所示，柱形水容器中的水量v與水深h的比值表示的是水容器的哪個(gè)量？同一個(gè)水容器，比值是常量還是變量？不同的水容器，比值是否相同？比值越大，容器容納水的本領(lǐng)是越大還是越小？提示：是水容器的底面積，是一個(gè)常量；不同的水容器不同；比值越大，容器容納水的本領(lǐng)越大。1填一填(1)由于平行板電容器的電容與多種因素有關(guān)，故可以采取控制變量法探究。(2)平行板電容器平行板電容器的電容c跟兩極板的正對(duì)面積s成正比，與兩極板間的距

5、離d成反比，并與兩極板間插入的電介質(zhì)有關(guān)。公式：c。r是一個(gè)常數(shù)，與電介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)。2判一判(1)平行板電容器的電容與兩極板間的電壓有關(guān)。()(2)電容器兩極板上電荷量越多，極板間的電壓越大。()(3)平行板電容器的極板面積s、極板間距離d越大，電容器的電容就越大。()3想一想如圖甲所示為收音機(jī)中找臺(tái)使用的電容器，如圖乙所示為利用電容式傳感器測(cè)量油箱中油量多少的裝置，試分析兩種電容器的工作原理。提示：圖甲中的電容器是通過改變電容器的正對(duì)面積改變電容的；圖乙中的電容器是通過改變插入電容器的金屬板間介質(zhì)的高度來改變電容的。用發(fā)光二極管觀察電容器的充電和放電選自魯科版新教材“迷你實(shí)驗(yàn)室”二極管是一

6、種半導(dǎo)體元件，具有單向?qū)щ娦裕胐表示，其電路符號(hào)為“”(該符號(hào)左端為正極，右端為負(fù)極)。實(shí)驗(yàn)電路圖發(fā)光二極管是二極管的一種。當(dāng)發(fā)光二極管接正向電壓(發(fā)光二極管的正、負(fù)極分別與電源正、負(fù)極相接)時(shí)，二極管導(dǎo)通并發(fā)光；接反向電壓時(shí)，二極管的電阻很大，不會(huì)發(fā)光。按如圖所示連接電路，將開關(guān)分別撥到位置“1”和“2”時(shí)，哪個(gè)二極管會(huì)發(fā)光？提示：開關(guān)撥到位置“1”時(shí)，電源給電容器充電，此時(shí)二極管d2導(dǎo)通并短暫發(fā)光；開關(guān)撥到位置“2”時(shí)，電容器放電，此時(shí)二極管d1導(dǎo)通并短暫發(fā)光。 重難釋解1電容器的充電(1)電容器充電過程如圖甲所示，將開關(guān)與電源接通，電容器的兩極板帶上等量的異號(hào)電荷，這一過程叫作充電。充

7、電過程是將電能儲(chǔ)存在電容器中的過程。(2)充電過程特點(diǎn)(如圖乙)充電電流方向?yàn)閺碾娫吹恼龢O流出的電流的方向。電容器所帶電荷量增加。電容器兩極板間電壓升高。電容器中電場(chǎng)強(qiáng)度增大。充電過程中電容器從電源獲取的能量為電能。2電容器的放電(1)電容器放電過程如圖丙所示，將開關(guān)與電源斷開，打到另一端，使充電后的電容器失去電荷的過程叫作放電。放電過程是將儲(chǔ)存的電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為其他形式能量的過程。(2)放電過程特點(diǎn)(如圖丁)放電電流方向是從正極板流出的電流的方向。電容器兩極板上電荷量減少。電容器兩極板間電壓降低。電容器中電場(chǎng)強(qiáng)度減小。電容器的電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化成其他形式的能量。多選電子眼系統(tǒng)通過路面下埋設(shè)的感應(yīng)線來感知

8、汽車的壓力。感應(yīng)線是一個(gè)壓電薄膜傳感器，壓電薄膜在受壓時(shí)兩端產(chǎn)生電壓，壓力越大電壓越大，壓電薄膜與電容器c和電阻r組成圖甲所示的回路，紅燈亮?xí)r，如果汽車的前、后輪先后經(jīng)過感應(yīng)線，回路中產(chǎn)生兩脈沖電流，如圖乙所示，即視為“闖紅燈”，電子眼拍照。則紅燈亮?xí)r()a車輪停在感應(yīng)線上時(shí)，電阻r上有恒定電流b車輪經(jīng)過感應(yīng)線的過程中，電容器先充電后放電c車輪經(jīng)過感應(yīng)線的過程中，電阻r上的電流先增大后減小d汽車前輪剛越過感應(yīng)線，又倒回到線內(nèi)，仍會(huì)被電子眼拍照解析車輪停在感應(yīng)線上時(shí)，壓力不變，則電壓不變，電容器不充電，也不放電，電阻r上沒有電流，故a錯(cuò)誤；由題圖乙可知，當(dāng)車輪經(jīng)過感應(yīng)線時(shí)，電流先增大后減小，然后

9、再反向增大后減小，因電壓是在受壓時(shí)產(chǎn)生的，故說明電容器先充電后放電，故b正確，c錯(cuò)誤；若汽車前輪剛越過感應(yīng)線，又倒回到線內(nèi)，則前輪兩次壓線，仍形成兩個(gè)脈沖電流，符合拍照條件，電子眼仍會(huì)拍照，故d正確。答案bd充電電流與放電電流(1)電容器兩極板間的電介質(zhì)是絕緣物質(zhì)，所以充電結(jié)束后的電容器相當(dāng)于斷路。(2)充電過程中電荷由電源定向移動(dòng)，在兩極板上集聚，形成充電電流，且流向正極板。(3)放電過程中，電荷由極板流向用電器，電源形成放電電流，且電流由正極板流向用電器。素養(yǎng)訓(xùn)練1如圖所示實(shí)驗(yàn)中，關(guān)于平行板電容器的充、放電，下列說法正確的是()a開關(guān)接1時(shí)，平行板電容器充電，且上極板帶正電b開關(guān)接1時(shí)，平

10、行板電容器充電，且上極板帶負(fù)電c開關(guān)接2時(shí)，平行板電容器充電，且上極板帶正電d開關(guān)接2時(shí)，平行板電容器充電，且上極板帶負(fù)電解析：選a開關(guān)接1時(shí)，平行板電容器充電，上極板與電源正極相連而帶正電，a正確，b錯(cuò)誤；開關(guān)接2時(shí)，平行板電容器放電，放電結(jié)束后上下極板均不帶電，c、d錯(cuò)誤。2如圖所示，電源電壓恒定，則接通開關(guān)s的瞬間，通過電阻r的電流方向是從_到_；如果電容器充電結(jié)束后，先斷開s，再將兩板間距離增大，在此過程中，r上_(填“有”或“無”)電流通過。解析：電容器在充、放電過程中，電路中將有電流，電流方向即正電荷定向移動(dòng)的方向。在接通s的瞬間，電容器充電，上極板帶正電，下極板帶負(fù)電，故電流方向

11、為由a到b；電容器充電結(jié)束后，將s斷開，因?yàn)殡娙萜魉鶐щ姾闪坎蛔?，所以無論如何調(diào)節(jié)板間距離，均無電流通過r。答案：ab無 重難釋解1c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(shí)，u0，而c并不為零。2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。3對(duì)qu圖線的理解如圖所示，qu圖像為一條過原點(diǎn)的直線，其中q為一個(gè)極板上所帶電荷量的絕對(duì)值，u為兩極板間的電勢(shì)差，可以看出，電容器的電容也可以表示為c，即電容器的電容的大小在數(shù)值上等于兩極板間的電壓增加(或減小)1 v時(shí)所需增加(或減少)的電荷量。一個(gè)平行板電容器，使它每個(gè)極板所帶電荷量從q13105 c增加到q2

12、3.6105 c時(shí)，兩極板間的電勢(shì)差從u110 v增加到u212 v，求這個(gè)電容器的電容。如要使兩極板電勢(shì)差從u110 v降到u26 v，則每個(gè)極板需減少多少電荷量？解析由電容器的電容定義式c可知qcu。當(dāng)電荷量為q1時(shí)，q1cu1。 當(dāng)電荷量為q2時(shí)，q2cu2。顯然q2q1c(u2u1)，即c3 f。當(dāng)兩極板間電勢(shì)差降到6 v時(shí)，每個(gè)極板應(yīng)減少的電荷量為qcu3106(106) c1.2105 c。答案3 f1.2105 c素養(yǎng)訓(xùn)練1(2021哈爾濱三中月考)下列關(guān)于電容器的說法中正確的是()a電容器所帶的電荷量為兩個(gè)極板所帶電荷量的絕對(duì)值之和b電容器的電容與電容器所帶電荷量成正比c一個(gè)電

13、容器的電荷量增加q1.0106 c時(shí)，兩極板間的電勢(shì)差升高u10 v，則電容器的電容c1.0107 fd放電后的電容器所帶電荷量為零，電容也為零解析：選c電容器所帶的電荷量是指一個(gè)極板所帶電荷量的絕對(duì)值，a錯(cuò)誤；電容器的電容是反映其容納電荷本領(lǐng)大小的物理量，完全由電容器本身的屬性決定，與電容器是否帶電荷及帶電荷量多少無關(guān)，b、d錯(cuò)誤；由c，可得電容器的電容c1.0107 f，c正確。2有一充電的電容器，兩板間的電壓為3 v，所帶電荷量為4.5104 c，此電容器的電容是多少？將電容器的電壓降為2 v，電容器的電容是多少？所帶電荷量是多少？解析：c f1.5104 f。電容器電壓降為2 v時(shí)，電

14、容不變，仍為1.5104 f。此時(shí)所帶電荷量為qcu1.51042 c3104 c。答案：1.5104 f1.5104 f3104 c平行板電容器由兩塊平行放置的金屬板組成。利用已經(jīng)充電的平行板電容器進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)：(1)如圖所示，保持q和d不變，減小兩極板的正對(duì)面積s，觀察電勢(shì)差u(靜電計(jì)指針偏角)的變化，依據(jù)c，分析電容c的變化。提示：實(shí)驗(yàn)結(jié)論：s減小，電勢(shì)差u增大，電容c減小。(2)如圖所示，保持q和s不變，增大兩極板間的距離d，觀察電勢(shì)差u(靜電計(jì)指針偏角)的變化，依據(jù)c，分析電容c的變化。提示：實(shí)驗(yàn)結(jié)論：d增大，電勢(shì)差u增大，電容c減小。(3)如圖所示，保持q、s、d不變，插入電介質(zhì)，

15、觀察電勢(shì)差u(靜電計(jì)指針偏角)的變化，依據(jù)c，分析電容c的變化。提示：實(shí)驗(yàn)結(jié)論：插入電介質(zhì)，電勢(shì)差u減小，電容c增大。 重難釋解1c與c的比較(1)c是電容的定義式，對(duì)某一電容器來說，qu，但c不變，反映電容器容納電荷本領(lǐng)的大小。(2)c是平行板電容器電容的決定式，cr，cs，c，反映了影響電容大小的因素。2平行板電容器動(dòng)態(tài)問題的分析方法抓住不變量，結(jié)合c、e和c三個(gè)公式分析相關(guān)量的變化情況。3平行板電容器的兩類典型問題(1)開關(guān)s保持閉合，兩極板間的電勢(shì)差u恒定：qcu，e。(2)充電后斷開s，電荷量q恒定：u，e。(2021湖南邵陽(yáng)檢測(cè))工廠在生產(chǎn)紡織品、紙張等絕緣材料時(shí)為了實(shí)時(shí)監(jiān)控其厚度

16、，通常要在生產(chǎn)流水線上設(shè)置如圖所示傳感器。其中a、b為平行板電容器的上、下兩個(gè)極板，上下位置均固定，且分別接在恒壓直流電源的兩極上。當(dāng)流水線上通過的產(chǎn)品厚度增大時(shí)，下列說法正確的是()aa、b平行板電容器的電容減小ba、b兩板間的電場(chǎng)強(qiáng)度增大ca、b兩板上的電荷量變小d有電流從b向a流過靈敏電流計(jì)解析產(chǎn)品厚度增大時(shí)，電容器的電容c增大，故a錯(cuò)誤；兩板間電壓不變，電場(chǎng)強(qiáng)度e保持不變，故b錯(cuò)誤；根據(jù)qcu，電容器將充電，負(fù)電荷從a向b流過靈敏電流計(jì)，即有電流從b向a流過靈敏電流計(jì)，故c錯(cuò)誤，d正確。答案d如圖所示，一平行板電容器極板的兩端與電壓為u的恒壓電源相連。極板上帶電荷量為q。若只將兩極板間

17、的距離增大為原來的2倍，求電容器極板上的電荷量。解題指導(dǎo)電容器所帶電荷量qcu。由題意可知，電壓u不變，只需確定變化后的電容c即可。要確定電容c的變化，可利用平行板電容器的公式進(jìn)行分析。解析由c和已知條件，可得c又由于qcu所以qcu。答案1由結(jié)果得知，即使加在電容器兩端的電壓不變，但若電容器的電容變化，電容器帶的電荷量也會(huì)隨之變化。在這個(gè)過程中，電容器中的電場(chǎng)強(qiáng)度如何變化？提示：由e可知，加在電容器兩端的電壓不變，板間距離變?yōu)?d時(shí)，電容器中的電場(chǎng)強(qiáng)度將變?yōu)樵瓉淼摹?如果電容器充電后斷開電源，又該怎樣分析相關(guān)量的變化呢？平行板電容器充電后，所帶電荷量為q，兩極板間電壓為u。斷開電源后，若只將

18、兩極板正對(duì)面積減小為原來的，求電容器兩極板間的電壓。解析：斷開電源后電容器帶電荷量仍為q，且不改變。由c可知，當(dāng)兩極板正對(duì)面積減小為原來的時(shí)，電容cc，又qcu，qcu，可求得uu。答案：u 分析電容器相關(guān)物理量的變化時(shí)，要注意抓住不變量。電容器充電后保持與電源相連，即使電容器的電容變化，兩極板間的電壓不變。若充電后與電源斷開且未放電，即使電容器的電容變化，兩極板的電荷量不變。素養(yǎng)訓(xùn)練1(2020甘肅靖遠(yuǎn)期末)如圖所示，已充電的平行板電容器兩極板正對(duì)，極板a與靜電計(jì)相連，極板b接地。若將極板b稍向上移，則()a電容器的電容變大b電容器所帶的電荷量變大c兩極板間電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度不變d靜電計(jì)指針偏轉(zhuǎn)

19、的角度變大解析：選d若極板b稍向上移，兩極板正對(duì)面積減小，由電容的決定式c，得知電容變小，故a錯(cuò)誤；沒有充放電的回路，所以電容器所帶電荷量不變，故b錯(cuò)誤；由e知兩極板間的電場(chǎng)強(qiáng)度增大，故c錯(cuò)誤；由c分析可以知道，極板間的電勢(shì)差變大，則靜電計(jì)指針偏角變大，故d正確。2多選如圖所示，兩塊水平放置的平行正對(duì)的金屬板a、b與電源e相連，在與兩板等距離的m點(diǎn)有一個(gè)帶電液滴恰處于靜止?fàn)顟B(tài)。若將b板向上平移一小段距離，但仍在m點(diǎn)下方，下列說法中正確的是()a液滴仍將處于靜止?fàn)顟B(tài)bm點(diǎn)電勢(shì)升高c帶電液滴在m點(diǎn)的電勢(shì)能增大d在b板移動(dòng)前后兩種情況下，若將液滴從a板移到b板，電場(chǎng)力做功相同解析：選cd電容器與電源

20、保持相連，電容器板間的電壓不變，將b板向上平移一小段距離，根據(jù)e電場(chǎng)分析得知板間電場(chǎng)強(qiáng)度增大，液滴所受的電場(chǎng)力增大，液滴將加速向上運(yùn)動(dòng)，故a錯(cuò)誤；由uedam知，m與a間的電勢(shì)差增大，a點(diǎn)的電勢(shì)為零，m點(diǎn)的電勢(shì)小于零，則知m點(diǎn)的電勢(shì)降低，故b錯(cuò)誤；由于液滴帶負(fù)電，則帶電液滴在m點(diǎn)的電勢(shì)能增大，故c正確；在b板移動(dòng)前后兩種情況下，若將液滴從a板移到b板，兩板間的電勢(shì)差不變，根據(jù)電場(chǎng)力做功公式wqu知，電場(chǎng)力做功相同，故d正確。一、培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新思維1(2021浙江衢州檢測(cè))如圖所示，高一學(xué)生在學(xué)考報(bào)名時(shí)進(jìn)行了指紋采集。電容式指紋識(shí)別的原理是手指與傳感器表面接觸時(shí)，皮膚表面會(huì)和傳感器上許許多多

21、相同面積的小極板一一匹配成電容不同的平行板電容器，從而識(shí)別出指紋的紋路。下列說法正確的是()a極板與指紋嵴(凸的部分)構(gòu)成的電容器電容大b極板與指紋溝(凹的部分)構(gòu)成的電容器電容大c若充電電壓變大，所有電容器電容增大d若充電電壓變大，所有電容器電容減小解析：選a極板與指紋嵴(凸的部分)之間的距離較小，根據(jù)c可知，構(gòu)成的電容器電容大，選項(xiàng)a正確，b錯(cuò)誤；電容器的電容與充電電壓無關(guān)，選項(xiàng)c、d錯(cuò)誤。2平行板電容器的一個(gè)極板與靜電計(jì)的金屬桿相連，另一個(gè)極板與靜電計(jì)金屬外殼相連。給電容器充電后，靜電計(jì)指針偏轉(zhuǎn)一個(gè)角度。以下情況中，靜電計(jì)指針的偏角是增大還是減小？(1)把兩板間的距離減??；(2)把兩板間的相對(duì)面積減小；(3)在兩板間插入相對(duì)介電常數(shù)較大的電介質(zhì)。解析：(1)兩板間距離減小時(shí)，由c知電容器電容增大，再根據(jù)u，q不變，所以u(píng)減小，指針的偏角減小。(2)把兩板間的相對(duì)面積減小，由c知電容減小，再根據(jù)u，q不變，所以u(píng)變大，指針的偏角增大。(3)在兩板間插入相對(duì)介電常數(shù)較大的電介質(zhì)，由c知電容增大，再根據(jù)u，q不變，所以u(píng)減小，指針的偏角減小。答案：見解析二、注重學(xué)以致用和思維建模3多