2024-2025學(xué)年新教材高中物理第十章靜電場中的能量第四節(jié)電容器的電容學(xué)案新人教版必修3

PAGE6-第4節(jié)電容器的電容學(xué)習(xí)目標(biāo)1.知道電容器的概念2.理解電容的定義及定義方法3.知道變更平行板電容器電容大小的方法。重點(diǎn)難點(diǎn)1.相識(shí)常見的電容器，通過試驗(yàn)感知電容器的充、放電現(xiàn)象。(重點(diǎn))2.駕馭電容的定義、公式、單位，并會(huì)應(yīng)用定義式進(jìn)行簡潔的計(jì)算。(難點(diǎn))3.了解影響平行板電容器大小的因素，了解平行板電容器的電容公式。(重點(diǎn))自主探究一、電容器和電容1．電容器的組成兩個(gè)彼此絕緣的導(dǎo)體，當(dāng)靠得很近且之間存有電介質(zhì)時(shí)，就組成一電容器。2．電容器的充放電過程充電過程放電過程定義使電容器帶電的過程中和掉電容器所帶電荷的過程方法將電容器的兩極板與電源兩極相連用導(dǎo)線將電容器的兩極板接通場強(qiáng)變更極板間的場強(qiáng)增加極板間的場強(qiáng)減小能量轉(zhuǎn)化其他能轉(zhuǎn)化為電能電能轉(zhuǎn)化為其他能3．電容(1)定義：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，公式為C＝eq\f(Q,U)。(2)物理意義：表示電容器容納電荷本事的物理量。(3)單位：1F＝106μF＝1012pF。二、平行板電容器及常見電容器1．平行板電容器(1)構(gòu)成：由兩個(gè)彼此絕緣的平行金屬板。(2)電容的確定因素：兩板間距離d，兩板的正對面積S，兩板間電介質(zhì)的相對介電常數(shù)εr。(3)關(guān)系式：C＝eq\f(εrS,4πkd)。2．常見電容器分類eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(按電介質(zhì)分：聚苯乙烯電容器、陶瓷電容器、,電解電容器等,按電容是否可變分：固定電容器、可變電容器))3．電容器的額定電壓和擊穿電壓(1)額定電壓：電容器能夠長期正常工作時(shí)的電壓。(2)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，若電壓超過這一限度，則電容器就會(huì)損壞。課堂小測(1)其他條件不變時(shí)，平行板電容器的電容隨極板正對面積的增大而增大。 (√)(2)其他條件不變時(shí)，平行板電容器的電容隨極板間距離的增大而增大。 (×)(3)任何電介質(zhì)的相對介電常數(shù)都大于1。 (√)(4)某電容器上標(biāo)有“1.5μF9V”的字樣，則該電容器的擊穿電壓為9V。 (×)(5)電容器被擊穿后就沒有了容納電荷的本事。 (√)要點(diǎn)探究要點(diǎn)探究要點(diǎn)一、對電容的理解1.兩公式C＝eq\f(Q,U)與C＝eq\f(εrS,4πkd)的比較公式C＝eq\f(Q,U)C＝eq\f(εrS,4πkd)公式特點(diǎn)定義式確定式意義對某電容器Q∝U，但eq\f(Q,U)＝C不變，反映電容器容納電荷的本事平行板電容器，C∝εr，C∝S，C∝eq\f(1,d)，反映了影響電容大小的因素聯(lián)系電容器容納電荷的本事由eq\f(Q,U)來量度，由本身的結(jié)構(gòu)(如平行板電容器的εr、S、d等因素)來確定2.通過Q-U圖象來理解C＝eq\f(Q,U)。如圖所示，在Q-U圖象中，電容是一條過原點(diǎn)的直線的斜率，其中Q為一個(gè)極板上所帶電荷量的肯定值，U為兩極板間的電勢差，可以看出，電容器電容也可以表示為C＝eq\f(ΔQ,ΔU)，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)1V所需增加(或削減)的電荷量。要點(diǎn)二、平行板電容器的兩類動(dòng)態(tài)問題平行板電容器的兩類動(dòng)態(tài)問題指的是電容器始終連接在電源兩端，或充電后斷開電源兩種狀況下，電容器的d、S或者εr發(fā)生變更時(shí)，推斷C、Q、U、E隨之怎樣變更。詳細(xì)分析方法如下。1．公式分析法(①C＝eq\f(εrS,4πkd)②C＝eq\f(Q,U)③E＝eq\f(U,d))C＝eq\f(εrS,4πkd)∝eq\f(εrS,d)始終連接在電源兩端充電后斷開電源U不變Q不變Q＝UC∝C∝eq\f(εrS,d)U＝eq\f(Q,C)∝eq\f(1,C)∝eq\f(d,εrS)E＝eq\f(U,d)∝eq\f(1,d)E＝eq\f(U,d)∝eq\f(1,εrS)2.形象記憶法兩極板間電介質(zhì)不變時(shí)，還可以認(rèn)為肯定量的電荷對應(yīng)著肯定數(shù)目的電場線，兩極板間距離變更時(shí)，場強(qiáng)不變；兩極板正對面積變更時(shí)，如圖丙電場線變密，場強(qiáng)增大。規(guī)律方法（一）關(guān)于靜電計(jì)(1)靜電計(jì)是在驗(yàn)電器的基礎(chǔ)上改造而成的，靜電計(jì)由相互絕緣的兩部分組成，靜電計(jì)與電容器的兩極板分別連接在一起，則電容器上的電勢差就等于靜電計(jì)上所指示的電勢差U，U的大小就從靜電計(jì)的刻度讀出，可見，靜電計(jì)指針的變更表征了電容器兩極板電勢差的變更。(2)靜電計(jì)本身也是一個(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)連接時(shí)，可認(rèn)為電容器上的電荷量保持不變。（二）有關(guān)電容器綜合問題的兩點(diǎn)提示(1)若已知電壓、電量或電容的變更狀況，應(yīng)先依據(jù)E＝eq\f(U,d)或E＝eq\f(4πkQ,εrS)分析兩極板間電場強(qiáng)度的變更，然后分析物體的受力狀況及運(yùn)動(dòng)狀況的變更。(2)若已知物體運(yùn)動(dòng)狀況的變更，應(yīng)先依據(jù)運(yùn)動(dòng)狀況分析電場力的變更，由此推斷電場強(qiáng)度的變更，進(jìn)而推斷電壓、電量或電容的變更規(guī)律。（三）電容器動(dòng)態(tài)變更的兩類問題比較分類始終與電池兩極相連充電后與電池?cái)嚅_且不充放電不變量UQd變大C變小，Q變小，E變小C變小，Q變大，E不變S變大C變大，Q變大，E不變C變大，Q變小，E變小變大C變大，Q變大，E不變C變大，Q變小，E變小隨堂訓(xùn)練1.一個(gè)電容器的規(guī)格是“100μF、25V”,對這兩個(gè)數(shù)據(jù)的理解正確的是(

)

A.這個(gè)電容器加上25V電壓時(shí),電容才是100μF

B.這個(gè)電容器最大電容是100μF,當(dāng)帶電荷量較小時(shí),電容小于100μF

C.這個(gè)電容器所加電壓不能高于25V

D.這個(gè)電容器電容不變,總是100μF2.由電容器的電容的定義式C=Q/U可知(

)

A.電容器不帶電,則電容C為零

B.電容與電容器所帶的電荷量成正比,與電勢差U成反比

C.電容C與所帶電荷量Q的多少無關(guān)D.電容在數(shù)值上等于使兩板間的電壓增加1V時(shí)所需增加的電荷量3.兩塊大小、形態(tài)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.閉合開關(guān)S,電容器充電完成后(

)A.保持S閉合,減小兩極板間的距離,則兩極板間電場的電場強(qiáng)度減小

B.保持S閉合,在兩極板間插入一塊絕緣介質(zhì),則極板上的電荷量減小

C.斷開S,減小兩極板間的距離,則兩極板間的場強(qiáng)增大

D.斷開S,在兩極板間插入一塊絕緣介質(zhì),則兩極板間的電勢差減小4.兩個(gè)較大的平行金屬板A、B相距為d,分別接在電壓為U的電源正、負(fù)極上,這時(shí)質(zhì)量為m、帶電荷量為-q的油滴恰好靜止在兩板之間,在其他條件不變的狀況下,假如將兩板特別緩慢地水平錯(cuò)開一些,那么在錯(cuò)開的過程中(

)A.油滴將向上加速運(yùn)動(dòng),電流計(jì)中的電流從b流向aB.油滴將向下加速運(yùn)動(dòng),電流計(jì)中的電流從a流向b

C.油滴靜止不動(dòng),電流計(jì)中的電流從b流向aD.油滴靜止不動(dòng),電流計(jì)中的電流從a流向b5.如圖所示,一個(gè)帶負(fù)電荷的小球懸掛在豎直放置的平行板電容器內(nèi)部,閉合S后,小球靜止時(shí),懸線與豎直方向的夾角為θ,則(

)

A.S閉合,減小A、B板間的距離,則夾角θ增大

B.S閉合,減小A、B板間的距離,則夾角θ減小

C.S斷開,使B板豎直向上移動(dòng),則夾角θ不變

D.S斷開,增大A、B板間的距離,則夾角θ不變

答案以及解析1.答案：CD解析：電容器的電容與電容器極板間所加電壓無關(guān),加電壓或不加電壓、帶電荷量多或少,電容都是100μF,故A、B錯(cuò)誤,D正確.“25V”是電容器的耐壓值,這個(gè)電容器所加電壓不能高于25V,故C正確.2.答案：CD解析：電容的大小由電容器本身因素所確定，與所帶的電荷量及兩端的電壓無關(guān)，故B錯(cuò)誤，C正確.電容器不帶電，電容不會(huì)變更，A錯(cuò)誤.由,可知電容在數(shù)值上等于使兩極板間的電壓增加1V時(shí)所需增加的電荷量，故D正確.3.答案：D解析：保持S閉合，則電容器兩極板間的電壓保持不變,減小兩極板間的距離，兩極板間電場的電場強(qiáng)度增大，故A錯(cuò)誤;保持S閉合，則電容器兩極板間的電壓保持不變,在兩極板間插入一塊絕緣介質(zhì)，電容器的電容增大，由電容的定義式Q=UC,可知電容器所帶電荷量增大，故B錯(cuò)誤;斷開S,則電容器所帶電荷量保持不變，減小兩極板間的距離，兩極板間的場強(qiáng),兩極板間的場強(qiáng)不變，故C錯(cuò)誤;斷開S，則電容器所帶電荷量保持不變，在兩極板間插入一塊絕緣介質(zhì)，電容器的電容增大，電容器的帶電荷量不變，所以兩極板間的電勢差U=Q/C減小，故D正確.4.答案：D解析：兩極板緩慢錯(cuò)開過程中，兩板正對m面積S變小，由知電容C減小，由于板間電壓不變，由Q=CU知Q變小，即電容器放電，由于A板帶正電,B板帶負(fù)電，則存電流由a流向b由于起初油滴所受重力大小等于電場力，板間場強(qiáng)不變，