高中物理 第二章 电势能与电势差 第4节 电容器电容知识导航素材 鲁科版选修3-1（通用）

高中物理 第二章 电势能与电势差 第4节 电容器电容知识导航素材 鲁科版选修3-1（通用）

第4节 电容器 电容 ‎ 思维激活 ‎1.两个储存水的容器,底面积不同,高度也不同,你是怎样理解储存量和储存本领的？‎ ‎2.照相机的电子闪光灯能发出强烈的闪光,这时通过闪光灯的电流相当大,有时可达几千安,但照相机的电源能够提供的电流却非常小,你知道这是为什么吗？‎ 答案：1.提示:储存量就是能盛多少水,储存本领则是单位高度情况下的储存量,即底面积大的储存本领大.‎ ‎2.提示:这是因为照相机中有电容器,照相机中的电源先给电容器充电,完成闪光灯的储能过程.当闪光灯被触发时,电容器中储存的能量释放出来,从而导致管内气体发出耀眼的白光.‎ 自主整理 ‎1.电容器 ‎(1)定义:电路中具有___________功能的装置叫做电容器.‎ ‎(2)构成:任意两个___________而又相隔很近的___________组成.‎ ‎(3)功能和作用: ___________和___________.‎ ‎(4)电容:‎ ‎①电容器___________与电容器两极板间的___________的比值.‎ ‎②电容定义式: ___________.‎ ‎③物理意义:反映电容器____________的能力.‎ ‎④单位:法拉(F),微法(μF),皮法(pF);‎1 F= ___________μF= ___________pF.‎ ‎⑤对电容器带电荷量的规定:某一极板所带电荷量的___________.‎ ‎2.常见电容器及其构造 ‎(1)常见电容器按导体板板间所用电介质的不同来分类可分为: ___________电容器、___________电容器、___________电容器、___________电容器、___________电容器、___________电容器等.‎ ‎(2)按电容器的电容是否可变来分类: ___________电容器、___________电容器.‎ ‎(3)电容器外壳上写有___________等参数.额定电压就是电容器安全工作时电压的上限.‎ 答案：1.(1)储存电荷 (2)彼此绝缘 导体 (3)储存电荷 电能 (4)①所带的电荷量Q 电势差U ②C=Q/U ③容纳电荷 ④106 1012 ⑤绝对值 ‎2.(1)空气 云母 纸质 陶瓷 涤纶 电解 ‎(2)可变 固定 ‎(3)额定电压 高手笔记 ‎1.电容器的电容由电容器本身的构造因素决定,与电容器所带电量和两极板间电势差无关.‎ ‎2.影响电容器电容的因素 电容器的电容与平行板的正对面积S,电介质的介电常数ε成正比,与极板间的距离成反比,平行板电容器的电容的决定式为C=,式中k为静电力常量.‎ 名师解惑 ‎1.电容器中的两类问题 ‎(1)定电压问题 若电容器始终与电源相连,这时电容器两极间的电压是不变的,以此不变量出发可讨论其他量的变化情况.由C=,Q=UC得Q=∝,由于U不变,得E=∝.‎ ‎(2)定电荷量问题 若电容器在充电后与电源断开,这种情况是电容器的带电荷量保持不变,在此基础上讨论其他量的变化.‎ 由C=,Q=UC得U=∝‎ 由E=U/d得E=∝.‎ ‎2.电容器是一种储能元件 应用直流给电容器充电的过程,就是电源通过电流做功克服静电力把电荷从一个极板搬运到另一个极板上的过程.通过这一过程,能量以电势能的形式储存在电容器中,待到放电时再把这部分电势能释放出来.‎ 理论和实验证明,在同一电压下,电容C越大的电容器能够储存的能量就越多,这就从一个方面提示了电容C不仅仅表示了同一电压下容纳电荷多少的性能,也表示了同一电压下储存能量的本领大小.‎ ‎3.静电计与验电器 静电计也叫指针式验电器,是测量导体间电势差的仪器.测量时,将两导体分别与静电计的金属棒及盒相连,棒与盒之间便出现了电场.指针表面的电荷受到电场力的作用,指针便发生偏转.被测电势差越大时盒内场强越大,指针偏转角就越大.‎ 验电器的外壳不一定是金属的,但静电计的外壳一定是金属的,金属外壳对外电场有一定的屏蔽作用,使静电计更好的测量导体间的电势差.‎ 讲练互动 ‎【例1】 有一充电的平行板电容器,两极板间电压为3 V,先使它的电荷量减少3×10‎-4 C,于是电容器两板间的电压降为原来的1/3,此电容器的电容是多大？若电容器极板上的电荷量全部放掉,电容器的电容是多大？‎ 解析：电容器两极板间电势差的变化量为ΔU=(1-1/3)U=2 V 由C=,有C=3×10-4/‎2 F=1.5×10‎-4 F=150 μF 电容器的电容是由本身决定的,与是否带电无关,所以电容器放掉全部电荷后,电容仍是150 μF.‎ 答案：150 μF 150 μF 绿色通道 本题考查对电容的理解.‎ ‎(1)电容器的定义式C=Q/U中的Q为电容器的带电荷量,是一个极板上带电荷量的绝对值.‎ ‎(2)定义式的推广即C=,ΔQ表示带电荷量的变化,ΔU是电压的变化.‎ 黑色陷阱 错析1:将极板上的带电荷量理解成是两个极板上的电荷量总和或绝对值总和.‎ 错析2:认为电容器极板上电荷量全部放掉电容器电容变为0.‎ 变式训练 ‎1.上题中电容器原来的带电荷量为多大？‎ 解析：Q=CU=1.5×10-4×‎3 C=4.5×10‎-4C.‎ 答案：4.5×10‎‎-4C ‎【例2】 如图,电路中A、B为两块竖直放置的金属板,G是一支静电计,开关S合上后,静电计指针张开一个角度,下述哪些做法可使指针张角增大( )‎ A.使A、B两板靠近一些 B.使A、B两板正对面积错开一些 C.断开S后,使B板向右平移拉开一些 D.断开S后,使A、B正对面积错开一些 解析：图中静电计的金属杆接A极,外壳和B板均接地,静电计显示的是A、B两极板间的电压,指针张角越大,表示两极板间的电压越高.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,而电容器电荷量不变,由C=Q/U可知,板间电压U增大,从而静电计指针张角增大.答案应选C、D.‎ 答案：CD 绿色通道 ‎(1)在判断电容器相关物理量变化时,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.‎ ‎(2)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.‎ ‎(3)分析电容器物理量变化常用的公式有:C=,C=Q/U,E=U/d.‎ ‎(4)静电计是测量电势差的仪器,不能用于测直流电路中两点间的电压,静电计张角大,说明板间电势差大.‎ 变式训练 ‎2.对于水平放置的平行板电容器,下列说法中正确的是( )‎ A.将两极板平行错开,使正对面积减小,电容将减小 B.将两极板间的间距加大,电容将增大 C.在上板的内表面上放置一面积和极板相等,厚度小于极板间距的陶瓷板,电容将增大 D.在下板的内表面上放置一面积和极板相等,厚度小于极板间距的陶瓷板,电容将增大 解析：影响平行板电容器电容大小的因素有:‎ ‎(1)随正对面积的增大而增大；‎ ‎(2)随两极板间距增大而减小;‎ ‎(3)在两极板间放入电介质,电容增大.‎ 由上面叙述可直接看出A、C正确；对D选项,实际上是减小了平行板的间距,所以本题答案为A、C、D.‎ 答案：ACD ‎【例3】 如图,是一个由电池、电阻R与平行板电容器组成的串联电路.电键闭合时,在增大电容器两极板间距离的过程中( )‎ A.电阻R中没有电流 B.电容器的电容变小 C.电阻R中有从a流向b的电流 D.电阻R中有从b流向a的电流 解析：由题意知电容器两板间电压恒定,设已充电荷量为Q,当两极板距离增大时,电容C变小,由Q=CU可知带电荷量Q将减小,必然有一部分正电荷通过电阻R回流,答案为B、C.‎ 答案：BC 绿色通道 电容器充放电过程,即电容器的电荷量变化时,电路中会形成瞬间电流.‎ 变式训练 ‎3.若上题中电键断开,情况又将怎样呢？‎ 解析：由题意知,电键断开,电容器上所带电荷量恒定,Q值不变,当两极板间距增大时,电容将减小,由Q=UC可知,两极板间电压U将增大,但是电路为断路,所以电路中无电流,答案为A.‎ 答案：A 体验探究 问题:探究电容器的电容与哪些因素有关系？‎ 导思:利用平行板电容器、静电计、电源,研究充电后的电容器在改变正对面积、改变板间距离以及有无介质等情况下极板电压的改变情况,从而可以推断电容与哪些因素有关.‎ 探究:(1)将电容器按图示连成电路,给电容器充电后断开电源.将平行板电容器的一个板向上平移,减小正对面积,发现静电计指针张角变大,即板间电压变大,由C=说明电容C变小.‎ ‎(2)将平行板电容器的一个极板远离另一个板,发现静电计张角变大,同理说明C变小;若两板间距减小,发现静电计指针张角变小,说明板间电压减小,推知电容C变大.‎ ‎(3)在两板间插入介质,发现静电计指针张角变小,因此电容C变大.‎ 探究结论:平行板电容器的电容与板的正对面积有关,正对面积越大,电容越大;与板间距离有关,距离越大,电容越小,距离越小,电容越大;与有无介质有关,有介质时电容大.‎