2017届高中物理第2章电势能与电势差第6讲电容器电容学案鲁科版选修.docx

第6讲电容器电容目标定位1.知道电容器的概念和平行板电容器的主要构造.2.理解电容的概念及其定义式和决定式.3.掌握平行板电容器电容的决定因素，并能用其讨论有关问题.一、电容器1电容器：电路中具有存储电荷功能的装置叫做电容器2电容器的充电和放电(1)充电：使电容器带电的过程叫做电容器的充电(2)放电：放掉电容器中的电的过程叫做电容器的放电3电容：电容器所带的电荷量Q与电容器两极板间的电势差U的比值，叫做电容器的电容定义式：C.用符号C表示，单位是法拉，简称法，符号是F.常用单位换算关系：1F106F1012pF.想一想1电容器的带电量为两极板所带电量的绝对值之和吗？答案不是电容器的带电荷量是指其中一个极板所带电荷量的绝对值2有同学认为C，电容器的电容与电容器所带电荷量成正比，与电容器两极板间的电势差成反比，这种观点对吗？答案不对电容是电容器本身的一种属性，大小由电容器自身的构成情况决定，与电容器是否带电、带多少电荷量均无关二、平行板电容器的电容1结构：由两块彼此绝缘、互相靠近的平行金属板组成，是最简单的，也是最基本的电容器2电容的决定因素：平行板电容器的两极板间的正对面积S越大，电容C越大；板间距离d越大，电容C则越小；插入电介质后，电容C增大(即C，为电介质的相对介电常数)三、常见电容器及其构造1电容器的分类(1)按照导体极板间所用的电介质可分类：空气电容器、云母电容器、纸质电容器、陶瓷电容器、涤纶电容器、电解电容器等 (2)按电容器的电容是否可变分类：可变电容器和固定电容器等2额定电压和击穿电压(1)额定电压：电容器安全工作时电压的上限它比击穿电压要低(2)击穿电压：是电容器的极限电压，超过这个电压，电容器内的电介质将被击穿，电容器将被损坏想一想某电容器上标有“1.5F,9V”的字样，则该电容器的击穿电压为9V，对吗？答案不对，电容器外壳上标的是额定电压四、电容器的应用利用电容器可以测量水位，驻极体话筒也是利用电容器的原理制造的.一、对电容器电容的理解1C是电容的定义式，对某一电容器来说，QU但C不变，反映电容器容纳电荷的本领；C是电容器电容的决定式，CS，C，C，说明了电介质的材料、极板的正对面积和极板间的距离是电容大小的决定因素2图象是一条过原点的直线，如图1所示，其中Q为一个极板上所带电荷量的绝对值，U为两板间的电势差，直线的斜率表示电容大小因而电容器的电容也可以表示为C，即电容的大小在数值上等于两极板间的电压增加(或减小)1V时是容器上增加(或减小)的电荷量图1例1一充电的电容器，两板间的电压为3V，所带电荷量为4.5104C，此电容器的电容是多少？将电容器的电压降为2V，电容器的电容是多少？所带电荷量是多少？解析由C可求电容CF1.5104F.电容器电压降为2V时，电容不变，仍为1.5104F.此时电荷量为QCU1.51042C3104C.答案1.5104F1.5104F3104C针对训练下列关于电容的说法正确的是()A电容器简称电容B电容器A的电容比B的大，说明A的带电荷量比B多C电容在数值上等于使两极板间的电势差为1V时电容器需要带的电荷量D由公式C知，电容器的电容与电容器两极板间的电压成反比，与电容器所带的电荷量成正比答案C解析电容器和电容是两个不同的概念，A错；电容器A的电容比B的大，只能说明电容器A容纳电荷的本领比B强，与是否带电无关，B错；电容器的电容大小和它所带的电荷量、两极板间的电压等均无关，D错通过本题，我们对公式C有了进一步的理解，电容器的电容只由电容器本身决定借题发挥C为比值定义法C的大小与Q、U无关，只跟电容器本身有关，当Q0时，U0，而C并不为零二、关于平行板电容器的两类典型问题1平行板电容器始终连接在电源两端：电势差U不变，当d、S、变化时，由C可知C随d、S、的变化情况再由QUCU确定Q变化情况，然后由E可知E随d的变化情况2平行板电容器充电后，切断与电源的连接：电荷量Q保持不变，当d、S、变化时，由C可知C随d、S、的变化情况再由U确定U随d、S、的变化情况然后由E可知，随S、变化情况例2如图2所示，电路中A、B为两块竖直放置的金属板，C是一只静电计，开关S合上后，静电计指针张开一个角度，下述做法可使静电计指针张角增大的是()图2A使A、B两板靠近一些B使A、B两板正对面积减小一些C断开S后，使B板向右平移一些D断开S后，使A、B正对面积减小一些答案CD解析静电计显示的是A、B两极板间的电压，指针张角越大，表示两板间的电压越高当合上S后，A、B两板与电源两极相连，板间电压等于电源电压不变，静电计指针张角不变；当断开S后，板间距离增大，正对面积减小，都将使A、B两板间的电容变小，而电容器所带的电荷量不变，由C可知，板间电压U增大，从而静电计指针张角增大所以本题的正确答案是C、D.借题发挥(1)平行板电容器动态分析的基本思路：在判断电容器相关物理量的变化时，首先要弄清哪些量是不变的，然后根据不变量和相关公式推断其他待分析量的变化情况若电容器充电后与电源断开，则带电荷量Q不变；若电容器始终与电源相连，则电压U不变分析电容器物理量变化常用的公式有：C、C和E.(2)静电计是测量电势差的仪器，不能用于测直流电路中两点的电压静电计张角大，说明极板间电势差大针对训练如图3所示，一平行板电容器充电后与电源断开，这时电容器的带电量为Q，P是电容器内一点，电容器的上板与大地相连，下列说法正确的是()图3A若将电容器的上板左移一点，则两板间场强减小B若将电容器的下板上移一点，则P点的电势升高C若将电容器的下板上移一点，则两板间电势差增大D若将电容器的下板上移一点，则两板间电势差减小答案D解析由E、U、C，可知E，对A选项S减小，E增大，A错误；对B选项，由E可知E不变，P不变；UEd，d减小，U减小，D正确.电容概念的理解1关于已充上电的某个平行板电容器，下列说法不正确的是()A两极板上一定带异种电荷B两极板所带的电荷量一定相等C充上的电量越多，其电容就越大D充上的电量越多，两极板间的电势差就越大答案C解析给电容器充电，电容器两极板分别带上等量异种电荷，A、B正确；电容器的电容大小取决于它的结构，与所带电荷量的多少无关，C错误；根据U，电容器的电荷量越大，两极板间的电势差越大，D正确平行板电容器的两类问题2连接在电源两极上的平行板电容器，当两极板间距离减小时()A电容器的电容C变大B电容器极板的带电荷量变大C电容器两极板间的电势差U变大D电容器两极板间的电场强度E变大答案ABD解析电容器两极板间距离减小，由C得其电容变大，所以A正确；因为电容器连在电源上，所以两极板间的电压保持不变，所以C错误；由QCU得电容器所带电荷量变大，所以B正确；由E知，两极板间的场强变大，所以D正确3平行板电容器充电后断开电源，现将其中一块金属板沿远离另一极板的方向平移一小段距离下图表示此过程中电容器两极板间电场强度E随两极板间距离d的变化关系，正确的是()答案C解析本题考查平行板电容器的规律，意在考查学生对平行板电容器的理解由于平行板电容器充电后断开电源，电容器所带电荷量保持不变，两极板间电场强度E，E随两极板间距离d的增大保持不变，C正确，A、B、D错误平行板电容器与力学综合4如图4所示，平行板电容器与电动势为E的直流电源(内阻不计)连接，下极板接地一带电油滴位于电容器中的P点且恰好处于平衡状态现将平行板电容器的上极板竖直向上移动一小段距离，则()图4A带电油滴将沿竖直方向向上运动BP点的电势将降低C带电油滴的电势能将减小D若电容器的电容减小，则极板带电量将增大答案B解析上极板向上移动一小段距离后，板间电压不变，仍为U，故电场强度将减小，油滴所受电场力减小，故油滴将向下运动，A错；P点的电势大于0，且P点与下极板间的电势差减小，所以P点电势减小，B对；油滴向下运动时电场力做负功，油滴的电势能应增加，C错；电容器的电容C，由于d增大，电容C应减小，极板带电量QCU将减小，D错.题组一对电容器与电容的理解1关于电容器和电容的概念，下列说法正确的是()A任何两个彼此绝缘又互相靠近的导体都可以看成是一个电容器B用电源对平行板电容器充电后，两极板一定带有等量异种电荷C某一电容器带电荷量越多，它的电容就越大D某一电容器两板间的电压越高，它的电容就越大答案AB解析电容器是盛电的容器，电容是描述电容器盛电本领大小的物理量电容的大小与电容器带电多少及两极间电压大小都无关2某电容器上标有“25F450V”字样，下列对该电容器的说法中正确的是()A要使该电容器两极板之间电压增加1V，所需电荷量为2.5105CB要使该电容器带电荷量1C，两极板之间需加电压2.5105VC该电容器能够容纳的电荷量最多为2.5105CD该电容器能够承受的最大电压为450V答案A解析由电容器电容的定义式C可得C，所以QCU2.51051C2.5105C，A正确若Q1C，则U4104V，B错误当电容器的电压为450V时，电容器的电荷量最多，QCU2.5105450C1.125102C，C错误.450V是电容器的额定电压，低于击穿电压，D错误3如图1所示为某一电容器中所带电量和两端电压之间的关系图线，若将该电容器两端的电压从40V降低到36V，对电容器来说正确的是()图1A是充电过程B是放电过程C该电容器的电容为5.0102FD该电容器的电量变化量为0.20C答案B解析由QCU知，U降低，Q减小，故为放电过程，A错B对；由CF5103F，可知C错；QCU51034C0.02C，D错4有两个平行板电容器，它们的电容之比为54，它们的带电荷量之比为51，两极板间距离之比为43，则两极板间电压之比和电场强度之比分别为()A4113B1431C4131D4143答案C解析由U得：，又由E得：，所以选项C正确题组二对平行板电容器的两类问题的判断5一充电后的平行板电容器保持两极板的正对面积、间距和电荷量不变，在两极板间插入一电介质，其电容C和两极板间的电势差U的变化情况是()AC和U均增大BC增大，U减小CC减小，U增大DC和U均减小答案B解析由平行板电容器电容决定式C知，当插入电介质后，变大，则在S、d不变的情况下C增大；由电容定义式C得U，又电荷量Q不变，故两极板间的电势差U减小，选项B正确6如图2所示为“研究影响平行板电容器电容的因素”的实验装置，以下说法正确的是()图2AA板与静电计的指针带的是异种电荷B甲图中将B板上移，静电计的指针偏角增大C乙图中将B板左移，静电计的指针偏角不变D丙图中将电介质插入两板之间，静电计的指针偏角减小答案BD解析静电计指针与A板连为一个导体，带电性质相同，A错误；根据C，C，B板上移，S减小，C减小，Q不变，U增大，B正确；B板左移，d增大，C减小，U增大，C错误；插入电介质，增大，电容C增大，U减小，D正确7如图3所示，平行板电容器两极板A、B与电池两极相连，一带正电小球悬挂在电容器内部闭合开关S，充电完毕后悬线偏离竖直方向夹角为，则()图3A保持S闭合，将A板向B板靠近，则增大B保持S闭合，将A板向B板靠近，则不变C断开S，将A板向B板靠近，则增大D断开S，将A板向B板靠近，则不变答案AD解析保持开关S闭合，电容器两端间的电势差不变，带正电的A板向B板靠近，极板间距离减小，电场强度E增大，小球所受的电场力变大，增大；故A正确，B错误；断开开关S，电容器所带的电量不变，C，E.知d变化，E不变，电场力不变，不变故C错误，D正确题组三电容器的综合应用8两块大小、形状完全相同的金属板正对着水平放置，构成一个平行板电容器将两金属板分别与电源两极相连，如图4所示，闭合开关S达到稳定后，在两板间有一带电液滴P恰好处于静止状态，下列判断正确的是()图4A保持开关S闭合，减小两板间的距离，液滴向上运动B保持开关S闭合，减小两板间的距离，液滴向下运动C断开开关S，减小两板间的距离，液滴向上运动D断开开关S，减小两板间的距离，液滴向下运动答案A解析由液滴静止得mgEq，保持开关S闭合，E，U一定，减小d，合力向上，故A正确，B错误；断开开关S，E，Q一定，减小d，E不变，合力仍为零，故C、D错误9如图5所示是一个平行板电容器，其电容为C，带电荷量为Q，板间距离为d，上极板带正电荷现将一个试探电荷q由两极板间的A点移动到B点，A、B两点间的距离为l，连线AB与极板间的夹角为30，则电场力对试探电荷q所做的功等于()图5A.B.C.D.答案C解析根据U，E可得E，所以，AB电场力做功，WqElsin30.10如图6所示是测定液面高度h的电容式传感器示意图，E为电源，G为灵敏电流计，A为固定的导体芯，B为导体芯外面的一层绝缘物质，C为导电液体已知灵敏电流计指针偏转方向与电流方向的关系为：电流从左边接线柱流进电流计，指针向左偏如果在导电液体的深度h发生变化时观察到指针正向左偏转，则()图6A导体芯A所带电荷量在增加，液体的深度h在增大B导体芯A所带电荷量在减小，液体的深度h在增大C导体芯A所带电荷量在增加，液体的深度h在减小D导体芯A所带电荷量在减小，液体的深度h在减小答案D解析电流计指针向左偏转，说明流过电流计G的电流由左右，则导体芯A所带电荷量在减小，由QCU可知，由导体芯A与导电液体形成的电容器的电容在减小，则液体的深度h在减小，故D正确11如图7所示，已