新教材魯科版必修第三冊 第2章 第5節(jié)　科學探究電容器 課件（37張）

第5節(jié)科學探究:電容器學習目標課標解讀1.知道電容器的構(gòu)造,認識常見的電容器,通過實驗感知電容器的充、放電現(xiàn)象。2.了解電容的概念,掌握電容的定義、公式和單位,并會應(yīng)用定義式進行簡單的計算。3.知道影響平行板電容器電容大小的因素,并能用其討論有關(guān)問題。1.通過觀察電容器的充、放電,初步了解電容器兩極間電壓隨電荷量變化而變化的規(guī)律,知道電容器是儲存電能的裝置。2.通過觀察電容器電荷量改變與電壓改變的數(shù)量關(guān)系,明確電容的物理意義。知道電容是與自身有關(guān)的物理量。基礎(chǔ)探究合作探究實踐應(yīng)用基礎(chǔ)探究形成概念·掌握新知知識梳理一、電容器及其充、放電現(xiàn)象1.電容器:能

的電學元件稱為電容器。它是由任何兩個彼此絕緣又相距很近的導體構(gòu)成。2.觀察電容器的充、放電(1)充電①充電過程中,看到電壓表示數(shù)

增大,隨后

在某一數(shù)值;通過觀察電流表,隨著兩極板之間電勢差的

,充電電流逐漸

至0。儲存電荷迅速穩(wěn)定增大減?、诔潆娊Y(jié)束,電容器兩極板帶有一定量的

電荷,電源的能量儲存在電容器中。(2)放電①放電過程中,觀察電流表,放電電流由電容器的正極板經(jīng)過電阻流向負極板,兩極板所帶的電荷量

,電勢差

,放電電流也減小,最后電勢差以及放電電流都等于0。②電容器把儲存的能量轉(zhuǎn)化為電路中

的能量。二、電容器的電容1.定義:電容器所帶的

與電容器兩極板間的

之比。等量異種減小減小其他形式電荷量Q電壓U3.單位:國際單位制中為

,符號是F,常用的還有

(μF)、皮法(pF),1F=1C/V,1F=

μF=

pF。4.物理意義:表示電容器

本領(lǐng)的物理量,表現(xiàn)了電容器儲存電荷的特性。5.平行板電容器及其電容(1)構(gòu)成:由在兩個相距很近的

中間夾上一層絕緣物質(zhì)組成。(2)電容:減小兩板間的

,增大兩極板之間的

都能減小其電容;兩極板之間插入電介質(zhì),能

其電容。法拉微法1061012容納電荷平行金屬板正對面積S距離d增大(3)表達式①兩極板間為真空時,C=

。②兩極板間充滿同一種電介質(zhì)時,對應(yīng)的電容是真空時的εr倍,即C=

。εr為這種電解質(zhì)的相對介電常數(shù)。三、常見電容器及其應(yīng)用1.電容器的分類(1)按電介質(zhì)種類分: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:固定電容器、可變電容器等。2.額定電壓:電容器安全工作電壓的上限。3.應(yīng)用:照相機的電子閃光燈、監(jiān)測水位變化等。思考與自測1.思考判斷(1)電容大的電容器所帶電荷量一定多。(

)(2)電容為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。(

)(3)電容器所帶的電荷量Q與極板間電勢差成正比。(

)(4)平行板電容器間插入電介質(zhì)時電容變大。(

)(5)可變電容器的動片旋出變大時,其電容變大。(

)××√√×2.思維探究(1)某電容器上標有“47μF

25V”,則47μF、25V分別表示什么?答案:“47μF”為該電容器的電容,“25V”為電容器的標稱電壓,也稱額定電壓。(2)電容器所帶電荷量指的是兩個極板所帶電荷量的絕對值之和,這種說法正確嗎?答案:不正確。電容器所帶的電荷量,是指一個極板所帶電荷量的絕對值。答案:電容是用物理量之比定義的物理量,可由Q、U的大小求出C,但C由電容器自身決定,與Q、U大小無關(guān),因此不能說C與Q成正比,與U成反比。合作探究突破要點·提升關(guān)鍵問題情境要點一對電容器和電容的理解(1)把電容器的兩個極板分別與電源兩極相連,對電容器進行充電,該過程中能量是如何轉(zhuǎn)化的?當把電容器兩極相接,使電容器放電,該過程中能量是如何轉(zhuǎn)化的?答案:(1)充電過程中電源內(nèi)的化學能轉(zhuǎn)化為電容器內(nèi)的電場能;放電過程中電容器的電場能轉(zhuǎn)化為電路的其他形式的能。(2)當電容器的帶電荷量增加時,電容器兩極板間的電勢差如何變化?帶電荷量Q和板間電勢差U的比值是否發(fā)生變化?答案:(2)增大;不變。歸納拓展2.Q-U圖像(1)如圖所示,Q-U圖像是一條過原點的直線,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。[例1](2021·浙江麗水期末)(多選)如圖所示,單刀雙擲開關(guān)S原來跟2相接,從t=0開始,開關(guān)改接1,得到流過電路中P點的電流隨時間變化的I-t圖像如圖(甲)所示,電容器兩極板的電勢差UAB隨時間變化的圖像如圖(乙)所示。t=2s時,把開關(guān)改接2,則在I-t圖像和UAB-t圖像中畫出的之后2s時間內(nèi)圖像的大致形狀正確的是(

)BC解析:開關(guān)S接1時,電容器充電,充電完畢,電流為零,再將開關(guān)S撥向2位置,開始反向放電,放電完畢后,電流為零,故I-t圖像為B,即A錯誤,B正確;開關(guān)S接1時,電容器與電源直接相連,充電結(jié)束后,極板兩端電壓為電源電動勢,放電過程中,電壓逐漸減小,但極板的電性不變,故C正確,D錯誤。名師點撥(1)電容器的充、放電是電容器的基本工作方式。(2)電容器的充、放電過程非常短暫,即充、放電電流是極短暫的。(3)電容器的充電電流與放電電流的方向相反。[針對訓練1]如圖所示為某一電容器中所帶電荷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,下列說法對電容器來說正確的是(

)A.是充電過程B.是放電過程C.該電容器的電容為5.0×10-2FD.該電容器的電荷量變化量為0.20CB要點二平行板電容器的動態(tài)分析問題情境電容式觸摸屏廣泛應(yīng)用于電子設(shè)備中,其結(jié)構(gòu)如圖所示。電容式觸摸屏是將屏幕分塊,在每一個區(qū)域設(shè)置一組電容模塊,各自獨立工作。手指觸及某一區(qū)域時改變其電容,從而發(fā)出電信號,通過控制器精確得出位置。(1)若電容器兩極板間的電壓不變,用手按外屏時,兩極間的距離減小,電容怎么變化?電容器帶電荷量怎么變化?答案:(1)電容器兩極間的電壓不變,兩極間的距離減小時,電容增大,電容器帶電荷量增大。(2)若電容器帶電量不變,用手按外屏,兩極間的距離減小時,電容器兩極板間的電壓怎么變化?答案:(2)若電容器帶電荷量不變,兩極間的距離減小時,電容器的電容增大,電壓減小。歸納拓展[例2](2021·湖北咸寧期末)

兩塊大小、形狀完全相同的金屬平板平行放置,構(gòu)成一平行板電容器,與它相連接的電路如圖所示,接通開關(guān)S,電源給電容器充電。則(

)A.保持S接通,減小兩極板間的距離,則兩極板間電場的電場強度減小B.保持S接通,在兩極板間插入一塊介質(zhì)板,則極板上的電荷量減小C.充電結(jié)束后斷開S,減小兩極板間的距離,則兩極板間的電勢差增大D.充電結(jié)束后斷開S,在兩極板間插入一塊介質(zhì)板,則兩極板間的電勢差減小D名師點撥分析平行板電容器動態(tài)變化問題的思路(1)確定不變量,分析是電壓不變還是所帶電荷量不變。[針對訓練2]如圖所示,平行板電容器的兩極板A、B間有一個陶瓷板,現(xiàn)將陶瓷板向左拉出,在拉出陶瓷板的過程中電容器的電容

(選填“增大”“減小”或“不變”),流過電流計的電流方向是

(選填“由a到b”或“由b到a”)。

答案:減小由a到b要點三平行板電容器中的力學問題問題情境歸納拓展1.帶電粒子在平行板電容器中的力學問題是靜電場與力學知識的綜合,分析方法與力學的分析方法基本相同。2.涉及的問題一般是帶電粒子在極板間處于某一運動狀態(tài),由于電容器的改變而導致帶電粒子運動狀態(tài)的改變。解決問題的思路一般先分析受力情況,再分析運動狀況和運動過程(平衡、加速或減速,是直線還是曲線運動),然后選用恰當?shù)囊?guī)律(如牛頓運動定律、動能定理及能量守恒定律等)解題。[例3](多選)如圖所示,將平行板電容器接在恒定電源兩極間,電容器兩極板間的帶電塵埃恰好處于靜止狀態(tài)。若將兩極板緩慢地錯開一些,其他條件不變,則(

)A.電容器上的電荷量不變B.帶電塵埃仍保持靜止狀態(tài)C.電流計G中有a到b方向的短暫電流D.電流計G中有b到a方向的短暫電流BC名師點撥(1)帶電物質(zhì)在充電的平行板之間,除非有特別說明外受到重力作用。(2)電容器改變時,帶電物體受力改變,其運動情況決定于合力方向和初始狀態(tài)。[針對訓練3]如圖所示,兩平行的帶電金屬板水平放置。若在兩板中間a點由靜止釋放一帶電微粒,微粒恰好保持靜止狀態(tài)?，F(xiàn)將兩板繞過a點的軸(垂直于紙面)逆時針旋轉(zhuǎn)45°,再從a點由靜止釋放同一微粒,該微粒將(

)A.保持靜止狀態(tài)B.向左上方做勻加速運動C.向正下方做勻加速運動D.向左下方做勻加速運動D解析:最初帶電微粒處于靜止狀態(tài),受力如圖(甲),qE=mg;當兩板繞過a點的軸逆時針轉(zhuǎn)過45°時,帶電微粒的受力如圖(乙),其合力指向左下方,故微粒從靜止開始向左下方做勻加速運動,選項D正確。實踐應(yīng)用拓展延伸·凝練素養(yǎng)模型·方法·結(jié)論·拓展靜電計的使用靜電計是在驗電器的基礎(chǔ)上改造而成的,靜電計由相互絕緣的兩部分組成,本身是一個電容器,它的指針所帶電荷量跟指針與外殼間的電勢差成正比、指針所帶電荷越多,張角就越大,表明指針與外殼間的電勢差越大。在探究影響平行板電容器的因素的實驗中,靜電計與電容器的兩極板分別連接在一起,則電容器兩極板間的電勢差就等于靜電計上所指示的電勢差U,可見,靜電計指針偏角的變化表征了電容器兩極板間電勢差的變化。[示例]如圖所示的實驗裝置中,平行板電容器的極板A與一靈敏靜電計相接,極板B接地。電容器的電荷量始終保持不變,下列說法中正確的是(

)A.若靜電計指針偏角減小,說明電容器A板電勢升高B.若B板稍向上移動一點,則靜電計指針偏角將減小C.若B板稍向左移動一點,則靜電計指針偏角將減小D.若在兩極板間插入有機玻璃板,則靜電計指針偏角將減小D科學·技術(shù)·社會·環(huán)境電容器的應(yīng)用電容器是廣泛應(yīng)用的電學元件,從看得見的線路板到集成了上億元件的芯片,從玩具汽車、電動車到復興號等,許多與電相關(guān)的產(chǎn)品都需要用到電容器,可以說電容器在