20172018學(xué)年高中物理選修31教學(xué)案(50份)人教課標(biāo)版15(下載資料)

第節(jié)電容器的電容．電容反應(yīng)了電容器容納電荷本事的大小，定義式為＝，電容的大小決定于電容器自己，與和沒關(guān)。．平行板電容器的電容決定式為＝，即由ε、、共同來(lái)決定。．平行板電容器保持電荷量不變的狀況下，若只改變板間距離，則電場(chǎng)強(qiáng)度不變。一、電容器和電容．電容器的構(gòu)成兩個(gè)相互絕緣的導(dǎo)體，當(dāng)靠得很近且之間存有電介質(zhì)時(shí)，就構(gòu)成一電容器。．電容器的充放電過程充電過程

放電過程定義方法場(chǎng)強(qiáng)變化能量轉(zhuǎn)變

使電容器帶電的過程將電容器的兩極板與電源兩極相連極板間的場(chǎng)強(qiáng)加強(qiáng)其余能轉(zhuǎn)變成電能

中和掉電容器所帶電荷的過程用導(dǎo)線將電容器的兩極板接通極板間的場(chǎng)強(qiáng)減小電能轉(zhuǎn)變成其余能．電容( )定義：電容器所帶的電荷量與電容器兩極板間的電勢(shì)差的比值，公式為＝。( )物理意義：表示電容器容納電荷本事的物理量。( )單位：＝μ＝。二、平行板電容器及常有電容器．平行板電容器( )構(gòu)成：由兩個(gè)相互絕緣的平行金屬板。( )電容的決定要素：兩板間距離，兩板的正對(duì)面積，兩板間電介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)ε。( )關(guān)系式：＝。．常有電容器分類錯(cuò)誤!．電容器的額定電壓和擊穿電壓( )額定電壓：電容器能夠長(zhǎng)久正常工作時(shí)的電壓。( )擊穿電壓：電介質(zhì)被擊穿時(shí)在電容器兩極板上的極限電壓，若電壓超出這一限度，則電容器就會(huì)破壞。．自主思慮——判一判( )電容大的電容器帶電量必定多。(×)( )電容為的電容器所帶電荷量為，若電荷量增大為，則電容變成。( )電容器所帶的電荷量是指電容器的一個(gè)極板上所帶電荷量的絕對(duì)值。( )電容器外殼上標(biāo)的是額定電壓。(√)( )電解電容器使用時(shí)，正、負(fù)極不可以接反。(√)( )平行板電容器間插入電介質(zhì)時(shí)電容變大。(√)．合作研究——議一議

(×)

(√)( )依據(jù)公式＝，可否說(shuō)電容與電容器所帶的電荷量成正比，與兩極板間的電勢(shì)差成反比？提示：電容是用比值法定義的物理量，不可以說(shuō)與成正比，與成反比。( )如圖--所示，開關(guān)與“”端接觸后，再與“”端接觸，燈泡能否發(fā)光？如何解說(shuō)？若發(fā)光，電流方向如何？圖--提示：當(dāng)電源與“”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同樣時(shí)，充電完成，當(dāng)接“”時(shí)，電容器經(jīng)過燈泡放電，放電電流是從正極板流出沿?zé)襞菹蛳码S電荷減少電壓降低、燈泡漸漸變暗，放電完成，燈泡熄滅。對(duì)電容器電容的理解．＝與＝的比較＝

＝公式類型

定義式

決定式合用范圍

全部電容器，∝，即＝不變，反應(yīng)了

平行板電容器，∝

ε，∝，∝，反應(yīng)了電容器容納電荷的本事平行板電容器的決定要素電容器容納電荷的本事，即電容的大小能夠由來(lái)量度，但決定要素是電容器本聯(lián)系身，如平行板電容器的ε、、等要素．經(jīng)過-圖像理解電容器的電容如圖--所示，-圖像是一條過原點(diǎn)的直線，此中為一個(gè)極板上所帶電荷量的絕對(duì)值，為兩極板間的電勢(shì)差，直線的斜率表示電容大小。因此電容器的電容也能夠表示為＝，即電容的大小在數(shù)值上等于兩極板間的電壓增添(或減小)所增添(或減小)的電荷量。圖--．(多項(xiàng)選擇)以下圖的各圖描繪的是對(duì)給定的電容器充電時(shí)其電荷量、電勢(shì)差、電容之間互相關(guān)系的圖像，此中正確的選項(xiàng)是( )分析：選電容器的電容是由電容器自己屬性決定的，與電容器所帶電荷量的大小和兩極板間的電勢(shì)差的大小沒關(guān)，不可以以為與成正比，與成反比，應(yīng)選項(xiàng)正確，、錯(cuò)誤。而圖表示電容器所帶電荷量與極板間的電勢(shì)差成正比，其比值即電容器的電容，應(yīng)選項(xiàng)正確。－．一平行板電容器，當(dāng)極板上所帶電荷量增添×?xí)r，極板間的電壓增添，則當(dāng)電容器兩頭所加電壓為時(shí)電容器所帶電荷量為多少？分析：由公式＝得推論＝代入數(shù)據(jù)得＝×－又＝，代入數(shù)據(jù)得＝×－。答案：×－平行板電容器的兩類動(dòng)向問題平行板電容器的兩類動(dòng)向問題指的是電容器一直連結(jié)在電源兩頭，或充電后斷開電源兩種狀況下，電容器的、或許ε發(fā)生變化時(shí)，判斷、、、隨之如何變化。詳細(xì)剖析方法以下。．公式剖析法(①＝②＝③＝)＝∝一直連結(jié)在電源兩頭不變＝∝∝＝∝

充電后斷開電源不變＝∝∝＝∝．形象記憶法針對(duì)兩極板帶電量保持不變的狀況，還能夠以為必定量的電荷對(duì)應(yīng)著必定數(shù)量的電場(chǎng)線，兩極板間距離變化時(shí)，場(chǎng)強(qiáng)不變；兩極板正對(duì)面積變化時(shí)，如圖--丙電場(chǎng)線變密，場(chǎng)強(qiáng)增大。圖--[典例]用控制變量法，能夠研究影響平行板電容器電容的要素(如圖--所示)。設(shè)兩極板正對(duì)面積為，極板間的距離為，靜電計(jì)指針偏角為θ。實(shí)驗(yàn)中，極板所帶電荷量不變，若( )圖--．保持不變，增大，則θ變大．保持不變，增大，則θ變?。３植蛔?，減小，則θ變?。３植蛔?，減小，則θ不變[審題指導(dǎo)]經(jīng)過題圖，能夠獲取以下信息：( )平行板電容器電量保持不變。( )靜電計(jì)小球與外殼間電壓和電容器兩極間電壓同樣。( )靜電計(jì)指針偏角與靜電計(jì)小球和外殼間電壓成正比。[分析]靜電計(jì)指針偏角表現(xiàn)電容器兩板間電壓大小。

在做選項(xiàng)所示的操作中，

電容器電荷量保持不變，＝＝。保持不變，增大，則減小，增大，偏角持不變，減小，則減小，增大，偏角θ也增大，應(yīng)選項(xiàng)、均錯(cuò)。[答案]

θ增大，選項(xiàng)正確錯(cuò)誤；保( )靜電計(jì)是在驗(yàn)電器的基礎(chǔ)上改造而成的，靜電計(jì)由互相絕緣的兩部分構(gòu)成，靜電計(jì)與電容器的兩極板分別連結(jié)在一同，則電容器上的電勢(shì)差就等于靜電計(jì)上所指示的電勢(shì)差，的大小就從靜電計(jì)的刻度讀出，可見，靜電計(jì)指針的變化表征了電容器兩極板電勢(shì)差的變化。( )靜電計(jì)自己也是一個(gè)電容器，但靜電計(jì)容納電荷的本事很弱，即電容很小，當(dāng)帶電的電容器與靜電計(jì)連結(jié)時(shí)，可以為電容器上的電荷量保持不變。．(多項(xiàng)選擇)平行板、構(gòu)成電容器，充電后與靜電計(jì)相連，要使靜電計(jì)指針圖--張角變大，以下舉措可行的是( )．板向上挪動(dòng)．板向右挪動(dòng)．、板間插入電介質(zhì)．減少極板上的電荷量分析：選板向上挪動(dòng)，正對(duì)面積減小，或板向右挪動(dòng)，距離增大，依據(jù)＝，電容均減小，由＝知電勢(shì)差變大，靜電計(jì)指針偏轉(zhuǎn)角度增大，、對(duì)；、板間插入電介質(zhì)，相對(duì)介電常數(shù)ε增大，依據(jù)＝，電容增大，則＝知電勢(shì)差變小，靜電計(jì)指針偏轉(zhuǎn)角度減小，錯(cuò)；由＝得，減小電荷量，電勢(shì)差變小，靜電計(jì)指針偏轉(zhuǎn)角度減小，錯(cuò)。.(多項(xiàng)選擇)傳感器是把非電學(xué)量(如速度、溫度、壓力等)的變化轉(zhuǎn)變成電學(xué)量變化的一種元件，在自動(dòng)控制中有著相當(dāng)寬泛的應(yīng)用。如圖--所示是一種測(cè)定液面高度變化的電容式傳感器的表示圖，金屬芯線與導(dǎo)電液體形成一個(gè)電容器，電容的大小變化就能反應(yīng)液面的起落狀況，與的關(guān)系是( )圖--．增大表示增大

．增大表示減?。疁p小表示減小

．減小表示增大分析：選金屬芯線和導(dǎo)電液體相當(dāng)于電容器的兩極板，液面的升和降分別對(duì)應(yīng)兩極板正對(duì)面積的增大和減小，由＝可知，選項(xiàng)、正確。.如圖--所示，先接通使電容器充電，而后斷開。當(dāng)增大兩極板間距離時(shí)，電容器所帶電荷量、電容、兩極板間電勢(shì)差、兩極板間場(chǎng)強(qiáng)的變化狀況是( )圖--．變小，不變，不變，變小．變小，變小，不變，不變．不變，變小，變大，不變．不變，變小，變小，變小分析：選電容器充電后再斷開，其所帶電荷量不變，由∝可知，增大時(shí)，變小，又＝，因此變大；因?yàn)椋?，＝＝，因此＝，故增大時(shí)，不變。選項(xiàng)正確。電容器中帶電粒子的均衡與運(yùn)動(dòng)問題[典例]如圖--所示，充電后的平行板電容器水平擱置，電容為，極板間距離為，上極板正中有一小孔。質(zhì)量為，電荷量為＋的小球從小孔正上方高處由靜止開始著落，穿過小孔抵達(dá)下極板處速度恰為零(空氣阻力忽視不計(jì)，極板間電場(chǎng)可視為勻強(qiáng)電場(chǎng)，重力加快度為)。求：圖--( )小球抵達(dá)小孔處的速度；( )極板間電場(chǎng)強(qiáng)度大小和電容器所帶電荷量；( )小球從開始著落運(yùn)動(dòng)到下極板處的時(shí)間。[思路點(diǎn)撥]( )小球在小孔上方做自由落體運(yùn)動(dòng)。( )小球在板間做勻減速直線運(yùn)動(dòng)。( )電容器所帶電荷量與板間電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系為＝。[分析]( )小球從開始著落到上極板間做自由落體運(yùn)動(dòng)，由＝得＝。( )在極板間帶電小球受重力和電場(chǎng)力作用，由牛頓第二定律得：－＝由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式知：－＝整理得電場(chǎng)強(qiáng)度＝由＝，＝，得電容器所帶電荷量＝。( )由＝，＝＋，＝＋整理得＝。[答案]( )( )( )有關(guān)電容器綜合問題的兩點(diǎn)提示( )若已知電壓、電量或電容的變化狀況，應(yīng)先依據(jù)＝或＝剖析兩極板間電場(chǎng)強(qiáng)度的變化，而后剖析物體的受力狀況及運(yùn)動(dòng)狀況的變化。( )若已知物體運(yùn)動(dòng)狀況的變化，應(yīng)先依據(jù)運(yùn)動(dòng)狀況剖析電場(chǎng)力的變化，由此判斷電場(chǎng)強(qiáng)度的變化，從而判斷電壓、電量或電容的變化規(guī)律。．(多項(xiàng)選擇)如圖--所示，兩塊較大的金屬板、相距為，平行擱置并與一電源相連，閉合后，兩板間恰巧有一質(zhì)量為，帶電量為的油滴處于靜止?fàn)顟B(tài)，以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是( )圖--．若將斷開，則油滴將做自由落體運(yùn)動(dòng)，表中無(wú)電流．若將向左平移一小段位移，則油滴仍舊靜止，表中有→的電流．若將向上平移一小段位移，則油滴向下加快運(yùn)動(dòng)，表中有→的電流．若將向下平移一小段位移，則油滴向上加快運(yùn)動(dòng)，表中有→的電流分析：選將斷開，電容器電量不變，板間場(chǎng)強(qiáng)不變，故油滴仍處于靜止?fàn)顟B(tài)，錯(cuò)誤；若閉合，將板左移，由＝可知，不變，油滴仍靜止，而電容變小，電容器極板電量＝變小，電容器放電，則有由→的電流，故正確；將板上移，則＝可知，變小，油滴應(yīng)向下加快運(yùn)動(dòng)，電容變小，電容器要放電，則有由→的電流流過，故正確；當(dāng)板下移時(shí)，板間電場(chǎng)強(qiáng)度增大，油滴受的電場(chǎng)力增添，油滴向上加快運(yùn)動(dòng)，增大，電容器要充電，則有由→的電流流過，故錯(cuò)誤。．如圖--所示，一平行板電容器的兩個(gè)極板豎直擱置，在兩極板間有一帶電小球，小球用一絕緣輕線懸掛于點(diǎn)?，F(xiàn)給電容器遲緩充電，使兩極板所帶電荷量分別為＋和－，此時(shí)懸線與豎直方向的夾角為。再給電容器遲緩充電，直到懸線和豎直方向的夾角增添到，且小球與兩極板不接觸。求第二次充電使電容器正極板增添的電荷量。圖--分析：設(shè)電容器電容為。第一次充電后兩極板之間的電壓為＝①兩極板之間電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)為＝②式中為兩極板間的距離。按題意，當(dāng)小球偏轉(zhuǎn)角θ＝時(shí)，小球處于均衡狀態(tài)。設(shè)小球質(zhì)量為，所帶電荷量為，則有

θ＝③θ＝④式中為此時(shí)懸線的張力。聯(lián)立①②③④式得θ＝⑤設(shè)第二次充電使正極板上增添的電荷量為聯(lián)立⑤⑥式得θθ)＝代入數(shù)據(jù)解得＝。答案：

，此時(shí)小球偏轉(zhuǎn)角

θ＝，則

θ＝⑥．電容器是一種常用的電子元件，對(duì)電容器認(rèn)識(shí)正確的選項(xiàng)是( )．電容器的電容表示其儲(chǔ)藏電荷的能力．電容器的電容與它所帶的電荷量成正比．電容器的電容與它兩極板間的電壓成正比．電容的常用單位有μ和μ＝分析：選電容是表示電容器容納電荷的本事的物理量，正確。電容是電容器自己的性質(zhì)，只與正對(duì)面積、極板間的距離和電介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)，與電容器的帶電荷量和兩極板間的電壓沒關(guān)，、不正確。電容器的常用單位的換算關(guān)系是μ＝，不正確。(多項(xiàng)選擇)以下圖，當(dāng)待測(cè)物體在左右方向發(fā)生位移時(shí)，電介質(zhì)板隨之在電容器兩極板之間挪動(dòng)。假如測(cè)出了電容的變化，就能知道物體位移的變化。若電容器的電容變大，則物體的位移可能的變化是( )圖．加快向右挪動(dòng)．加快向左挪動(dòng)．減速向右挪動(dòng)．減速向左挪動(dòng)分析：選電介質(zhì)板插入電容器板間的部分越多，相對(duì)介電常數(shù)ε越大，電容越大，故只有電介質(zhì)板挪動(dòng)的方向會(huì)影響ε的大小，而與其做加快運(yùn)動(dòng)仍是減速運(yùn)動(dòng)沒關(guān)。因?yàn)橄鄬?duì)介電常數(shù)ε發(fā)生變化而惹起電容器的電容的變化，依據(jù)＝可知，當(dāng)電容變大時(shí)，ε應(yīng)當(dāng)增大，電介質(zhì)板應(yīng)向左挪動(dòng)，因此選項(xiàng)、正確。．(多項(xiàng)選擇)對(duì)于水平擱置的平行板電容器，以下說(shuō)法中正確的選項(xiàng)是( )．將兩極板的間距加大，電容將增大．將兩極板平行錯(cuò)開，使正對(duì)面積減小，電容將減?。谙聵O板的內(nèi)表面上擱置一面積和極板相等，厚度小于極板間距的陶瓷板，電容將增大．在下極板的內(nèi)表面上擱置一面積和極板相等，厚度小于極板間距的鋁板，電容將增大分析：選影響平行板電容器電容大小的要素有：①隨正對(duì)面積的增大而增大；②隨兩極板間距離的增大而減小；③在兩極板間放入電介質(zhì)，電容增大。由此可知、選項(xiàng)正確。對(duì)選項(xiàng)，其實(shí)是減小了平行板的間距，因此也對(duì)。．(多項(xiàng)選擇)一個(gè)空氣平行板電容器，極板間距離為，正對(duì)面積為，充以電荷量后，兩極板間電壓為，為使電容器的電容加倍，可采納的方法是( )．將電壓變成．將帶電荷量變成．將極板正對(duì)面積變成．將兩極間充滿介電常數(shù)為的電介質(zhì)分析：選電容器的電容和電容器極板上的電荷量、電壓沒關(guān)，因此選項(xiàng)、不正確；依據(jù)公式＝可知選項(xiàng)、正確。.以下圖是一個(gè)平行板電容器，其電容為，帶電荷量為，上極板帶正電，兩極板間距為。現(xiàn)將一個(gè)查驗(yàn)電荷＋由兩極板間的點(diǎn)挪動(dòng)到點(diǎn)，、兩點(diǎn)間的距離為，連線與極板間的夾角為°，則靜電力對(duì)查驗(yàn)電荷＋所做的功等于( )圖分析：選電容器兩極板間電勢(shì)差為＝，場(chǎng)強(qiáng)為＝＝。而兩點(diǎn)間電勢(shì)差為＝

°＝，靜電力對(duì)＋所做的功為＝＝，正確。．(多項(xiàng)選擇)以下圖，平行板電容器的兩極板、接在電池兩極，一帶正電的小球懸掛在電容器內(nèi)部，閉合，電容器充電，這時(shí)懸線偏離豎直方向的夾角為θ，以下說(shuō)法中正確的選項(xiàng)是

(

)圖．保持閉合，將板向板湊近，則θ增大．保持閉合，將板向板湊近，則θ不變．?dāng)嚅_，將板向板湊近，則θ增大．?dāng)嚅_，將板向板湊近，則θ不變分析：選保持閉合，則電容器兩極板間的電壓不變，由＝可知，當(dāng)板向板湊近時(shí)，增大，小球所受電場(chǎng)力增大，θ增大，正確，錯(cuò)誤；斷開，則兩板帶電荷量不變，由＝＝＝可知，將板向板湊近，其實(shí)不改變板間電場(chǎng)強(qiáng)度，小球所受的電場(chǎng)力不變，故θ不變，正確，錯(cuò)誤。.以下圖，平行板電容器與一個(gè)恒壓直流電源連結(jié)，下極板經(jīng)過點(diǎn)接地，一帶正電小球被固定于點(diǎn)，現(xiàn)將平行板電容器的下極板豎直向下挪動(dòng)一小段距離，則( )圖．平行板電容器的電容將變大．靜電計(jì)指針張角變?。娙萜鞯碾姾闪坎蛔儯畮щ娦∏虻碾妱?shì)能將增大分析：選依據(jù)＝知，下極板豎直向下挪動(dòng)一小段距離，即增大，則電容減小，故錯(cuò)誤。靜電計(jì)丈量的是電容器兩頭的電勢(shì)差，因?yàn)殡娙萜饕恢迸c電源相連，則電勢(shì)差不變，因此靜電計(jì)指針張角不變，故錯(cuò)誤。下極板豎直向下挪動(dòng)一小段距離，電容減小，依據(jù)電容的定義式＝，電容器與電源保持相連，則不變，當(dāng)減小，則也減小，故錯(cuò)誤。電勢(shì)差不變，增大，則由公式＝剖析得悉板間電場(chǎng)強(qiáng)度減小，點(diǎn)與上極板間的電勢(shì)差減小，而點(diǎn)的電勢(shì)比上極板低，上極板的電勢(shì)不變，則點(diǎn)的電勢(shì)增大，因?yàn)閹щ娦∏驇д姾?，則小球的電勢(shì)能增大，故正確。.以下圖，兩塊水平擱置的平行正對(duì)的金屬板、與電源相連，在距離兩板等距離的點(diǎn)有一個(gè)帶電液滴處于靜止?fàn)顟B(tài)。若將板向上平移一小段距離，但仍在點(diǎn)下方，穩(wěn)固后，下列說(shuō)法正確的選項(xiàng)是( )①液滴將加快向下運(yùn)動(dòng)②點(diǎn)電勢(shì)高升③帶電液滴在點(diǎn)的電勢(shì)能增大前后兩種狀況下，若將液滴從板移到板，電場(chǎng)力做功同樣

④在板挪動(dòng)圖．①②．③④．①③．②④分析：選電容器與電源相連，電容器板間的電壓不變，板向上平移一小段距離，由＝可知場(chǎng)強(qiáng)變大，液滴的電場(chǎng)力變大，液滴將加快向上運(yùn)動(dòng)，、間的電勢(shì)差增大，點(diǎn)電勢(shì)為零，點(diǎn)電勢(shì)降低，因?yàn)橐旱螏ж?fù)電，帶電液滴在點(diǎn)的電勢(shì)能增大。在板挪動(dòng)前后兩種狀況下，若將液滴從板移到板，兩板間的電勢(shì)差不變，電場(chǎng)力做功同樣。項(xiàng)正確。．以下圖，為一只電容式傳感器部分構(gòu)件的表示圖。當(dāng)動(dòng)片(實(shí)線圈)和定片(虛線圈之間正對(duì)扇形區(qū)的圓心角的角度θ發(fā)生變化時(shí)，電容便發(fā)生變化，于是經(jīng)過丈量電容的變化狀況就能夠知道θ的變化狀況。那么，以下圖中，能正確反應(yīng)和θ間函數(shù)關(guān)系的是(

))圖分析：選若設(shè)θ＝°時(shí)兩板正對(duì)面積為，則圓心角θ和電容知足關(guān)系式＝必定值，可知和θ為線性關(guān)系，圖線可表示為＝·θ，此中＝，正確。

·，因?yàn)闉?以下圖，水平擱置的平行板電容器，閉合開關(guān)與穩(wěn)壓直流電源連結(jié)，下板固定，當(dāng)上板在地點(diǎn)時(shí)，一個(gè)帶電油滴恰巧靜止在電容器的中點(diǎn)，此刻斷開開關(guān)，使上板在地點(diǎn)與′′地點(diǎn)之間上下來(lái)去挪動(dòng)，以下對(duì)于帶電油滴的運(yùn)動(dòng)描繪正確的選項(xiàng)是( )圖．油滴在電容器兩極板間上下來(lái)去運(yùn)動(dòng)．油滴一直向下