高中科学探究:电容器图文课件ppt

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1.知道什么是电容器及电容器的主要构造。2.理解电容的概念及其定义式。3.了解电容器充电和放电现象及能量转换。4.通过探究得出平行板电容器电容的影响因素，会应用平行板电容器的电容公式分析有关问题。
知识点二　电容器的电容
知识点一　观察电容器的充、放电现象
知识点三　平行板电容器、常见电容器及其应用
一、实验目的1.通过观察，了解电容器在充电和放电的过程中，两极板间电压和电路中电流的变化。2.判断电容器在充电和放电的过程中，两极板储存电荷量的变化。
二、实验原理1.电容器：能储存______的电学元件称为电容器。两块彼此绝缘的平行金属板可组成最简单的电容器，即平行板电容器。2.当原来不带电的电容器的两极板连接电源时，电容器充电，两极板会分别带上等量异种电荷。电容器充电后，两极板间存在电场，电荷因受静电力的作用而储存在极板上。当充电后的电容器两极板通过电流计接通时，电路中会形成瞬时电流而发生放电，使两极板的电荷中和而不再带电。
三、实验器材 电解电容器、直流电源、电流计、电压表、电阻、______________、导线。
四、实验设计和步骤1.实验电路如图所示。
当开关拨到位置“1”时，电源E对电容器充电；当开关拨到位置“2”时，电容器放电。在充电和放电过程中，利用电流计观察电路的电流大小和方向的变化，利用电压表观察电容器两极板间电压的变化，进而判断电容器两极板储存电荷量的变化。
2.按照实验电路图连接电路，观察电容器的充、放电过程中电流计和电压表指针的偏转情况并记录到下表中。
六、注意事项1.电流表要选用小量程的灵敏电流计。2.要选择大容量的电容器。3.实验要在干燥的环境中进行。4.在做放电实验时，在电路中串联一个电阻(小灯泡)，以免烧坏电流表。5.电压表和电解电容器正、负极不能接反，以免损坏。连接电路时，开关要断开，避免短路。合理选择量程，避免充电电流超过量程。
角度1　电容器充、放电现象的定性分析例1 在如图所示实验中，关于平行板电容器的充、放电，下列说法正确的是(　　)
A.开关接1时，平行板电容器充电，且上极板带正电B.开关接1时，平行板电容器充电，且上极板带负电C.开关接2时，平行板电容器充电，且上极板带正电D.开关接2时，平行板电容器充电，且上极板带负电
解析　开关接1时，平行板电容器充电，上极板与电源正极相连，带正电，A正确，B错误；开关接2时，平行板电容器放电，放电结束后上、下极板均不带电，C、D错误。
角度2　电容器充、放电现象的定量计算
先使开关S与1接通，待充电完成后，再把开关S与2接通，电容器通过电阻放电，电流传感器将电流信息传入计算机，显示出电流随时间变化的I－t图像如图乙所示。已知图线与时间轴围成的面积表示电荷量，根据图像估算出电容器整个放电过程中释放的电荷量为________C(结果保留3位有效数字)。
答案　3.20×10－3
解析　根据横轴与纵轴的数据可知，一个格子的电荷量为8×10－5C，由于大于半格算一个，小于半格舍去，因此I－t图线与时间轴围成的图形所包含的格子个数为40，所以电容器整个放电过程中释放的电荷量为Q＝8×10－5C×40＝3.20×10－3C。
如图甲所示，是照相机及其电子闪光灯的实物图。当外界景物的亮度不足时，电子闪光灯会自动充电、闪光补充亮度。电子闪光灯中有一个重要装置——电容器(如图乙)，在闪光过程中，电容器储存的电能瞬间通过闪光灯管放电转化为光能，完成一次闪光。
交流讨论：(1)电容器在放电过程中，其电容是否发生变化？此过程中的能量转化是什么？(2)当电容器的电荷量增加时，电容器两极板间的电势差如何变化？电荷量Q和板间电势差U的比值是否发生变化？
提示　(1)不变；电容器的电场能转化成光能。(2)增大；不变。
1.电容器极板上的电荷量Q电容器的一个极板上电荷量的________。
2.电容(1)定义：电容器极板上的________Q与两极板间的______U之比。
(3)单位①国际单位：______，符号：F。②常用单位：微法(μF)，皮法(pF)。③单位关系：1 F＝________μF＝__________pF。
【思考】 电容器带电时有电容，不带电时就没有电容。这种说法对吗？
训练1 有一充电的平行板电容器，两板间电压为U＝2 V，现使它的电荷量增加ΔQ＝5×10－6C，于是电容器两板间的电压升高为6 V。求：(1)电容器的电容；(2)电容器原来所带的电荷量。
答案　(1)1.25×10－6F　(2)2.5×10－6C
解析　(1)电容器两板间电压的变化量为
ΔU＝(6－2)V＝4 V，
平行板电容器由两块平行放置的金属板组成，利用平行板电容器进行如下实验：
提示　(1)S减小，电势差U增大，电容C减小。(2)d增大，电势差U增大，电容C减小。(3)插入电介质，电势差U减小，电容C增大。
1.平行板电容器(1)结构：由两块彼此______、互相靠近的______金属板组成，是最简单的，也是最基本的电容器。(2)决定因素：平行板电容器的电容C与正对面积S成______，与极板间距离d成______与电介质的相对介电常数εr成______。
2.电容器的分类 (1)按照导体极板间所用的电介质分类：空气电容器、______电容器、______电容器、陶瓷电容器、______电容器、______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。3.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。(2)击穿电压：是电容器耐压的极限，超过这个电压，电容器内的电介质将被______，电容器将被损坏。
4.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。
例4 (2024·福建武平一中高二期末)如图所示，平行板电容器充电后与电源断开，将平行板电容器的A板与静电计相连，B板和静电计金属壳都接地，A板通过绝缘柄固定在铁架台上，人手通过绝缘柄控制B板的移动。关于甲、乙、丙图，下列说法正确的是(　　)
A.图甲中B板与地相连的导线剪断后，静电计指针的偏角会变为0B.图甲中，将B板水平向左移动到虚线框所示位置，静电计指针的偏角会变小C.图乙中，将B板竖直向上移动到虚线框所示位置，静电计指针的偏角会变小D.图丙中，将一块有机玻璃竖直向下放到虚线框所示位置，静电计指针的偏角会变小
对平行板电容器定性分析的解题步骤(1)确定不变量。电容器与电源相连时，电压U不变；电容器充电后与电源断开时，所带电荷量Q不变。
训练2 如图所示，平行板电容器与电动势为E的直流电源(不计内阻)连接，下极板接地，开关S初始闭合，一带电油滴位于电容器中的P点且恰好处于平衡状态，下列说法正确的是(　　)
A.油滴带正电荷B.将上极板向上移动一小段距离，电容器的电容减小C.上极板向左平移一小段距离，油滴向上运动D.断开开关S，将上极板向下平移一小段距离，P点电势升高
1.(电容器和电容)(2024·贵州兴义八中期中考试)关于电容器和电容，以下说法正确的是(　　)A.电容器充电后，两极板带等量异种电荷B.电容器的带电荷量是两极板带电荷量之和C.电容器电容的大小与其带电荷量及两极板间电势差有关D.电容器两极板间电势差每增加1 V，电容器的带电荷量即增加1 C
解析　电容器充电后，两极板带等量异种电荷，选项A正确；电容器的带电荷量是指一个极板带电荷量的绝对值，选项B错误；电容器电容的大小是由电容器本身决定的，与其带电荷量及两极板间电势差无关，选项C错误；当电容器的电容为1 F时，电容器两极板间电势差每增加1 V，电容器的带电荷量即增加1 C，选项D错误。
2.(电容器)(2024·浙江高二校联考)下列有关电容器的表述正确的是(　　)
A.图甲S接1电容器充电，充电过程中通过电流表的电流大小不变B.图乙S由接1改为接2，电容器放电，放电时通过电流表的电流方向为从左到右C.图丙为可变电容器，它是通过改变两极板之间的正对面积来改变电容大小的D.图丁中的“400 V，68 μF”，说明该电容器只有两端加上400 V的电压时电容才为68 μF
解析　图甲中，开关接1，则电容器充电，在充电过程中，通过电流表的电流逐渐减小，故A项错误；图乙中，开关从1到2，电容器开始放电，由充电过程可知，上极板带正电，所以放电时通过电流表的电流方向为从右到左，故B项错误；图丙为可变电容器，它是通过改变两极板之间的正对面积来改变电容大小的，故C项正确；图丁中的电容器标有“400 V，68 μF”字样，说明该电容器两端电压的最大值为400 V，而其电容总是为68 μF，故D项错误。
3.(平行板电容器的动态分析)(多选)(2024·山西朔州市高二期中)很多手机的指纹解锁功能利用了电容式指纹识别技术。如图所示，当手指贴在传感器上时，指纹的凹凸部分与小极板形成面积相同而距离不同的电容器。传感器给电容器充电达到同一电压值后，根据电容不同等信息进行解锁，则(　　)
A.沾水潮湿的手指会影响正常解锁B.小极板与指纹凸部分形成的电容器电容较大C.小极板与指纹凹部分形成的电容器带电荷量较多D.用打印好的指纹照片覆盖在传感器上面也能够实现指纹解锁
题组一　电容器的充、放电现象1.如图所示的实验电路，可研究电容器的充、放电，先使开关S与1端相连，电源给电容器充电，然后把开关S掷向2端，电容器通过电阻R放电。
(1)电容器在充电的过程中，电容器的带电荷量________。A.不变 　 B.变大 　 C.变小(2)电容器在放电的过程中，电容器的电容________。A.不变 　 B.变大 　 C.变小
答案　(1)B　(2)A
2.某种电容器的电容为C，当极板上所带电荷量为Q时，两极板间的电势差为U，当极板上所带电荷量为3Q时，下列说法正确的是(　　)A.电容器的电容为3CB.电容器的电容为CC.电容器两极板间的电势差为UD.电容器两极板间的电势差为0
3.(多选)如图所示是描述对给定的电容器充电时极板上的电荷量Q、极板间电压U和电容C之间关系的图像，其中正确的是(　　)
解析　给定的电容器的电容是由电容器本身决定的，其值为所带电荷量与两极板之间电压的比值与电容器带的电荷量Q和两极板间的电压U均无关，不能认为C与Q成正比，与U成反比，故C、D正确，A、B错误。
4.(2024·安徽滁州高二期末)如图所示为一电容器，电容器上标有“450 V，470 μF”，已知击穿电压为500 V。则下列说法正确的是(　　)
A.该电容器两极间的电压减少10 V，电荷量减少47 CB.电容器所带的电荷量为0时，电容器的电容也为0C.电容器允许施加的最大电压为500 VD.电容器所带电荷量最多为0.211 5 C
解析　 由公式ΔQ＝C·ΔU，可知，两极间的电压减少10 V，则电荷量减少ΔQ＝470×10－6×10 C＝4.7×10－3C，A错误；电容表征电容器容纳电荷本领的大小，与电压U和电荷量Q无关，给定的电容器电容C一定，B错误；击穿电压为500 V表示电容器能承受的最大电压为500 V，C正确；电容器所带电荷量最多为Q＝CU＝470×10－6×500 C＝0.235 C，D错误。
5.(2024·云南大理高二统考期末)用如图所示的实验装置定性探究影响平行板电容器电容的因素，该实验中保持两极板带电荷量不变。关于该实验的实验现象分析，下列说法正确的是(　　)
A.若看到静电计张角变大，说明电容变大了B.若看到静电计张角变大，可能是板间距离增大造成的C.若看到静电计张角变小，可能是两板正对面积减小造成的D.若看到静电计张角变大，可能是因为在两板间插入了绝缘介质板
6.天上的一片雷云聚集了大量的负电荷，电荷量为Q。假设这片云与大地构成了一个大电容器，并且该大电容器可以视为平行板电容器，电容为C，下列说法正确的是(　　)
7.(2024·山东威海高一统考期末)电容式液位计可根据电容的变化来判断液面升降。某型号液位计的工作原理如图所示，一根金属棒插入金属容器内，金属棒为电容器的一个极，容器壁为电容器的另一个极，金属容器接地，容器内液面高度发生变化引起电容器的电容变化。下列说法正确的是(　　)
A.该液位计适用于导电液体B.金属棒的电势低于金属容器的电势C.若电容器的电容减小，则液面上升D.若电容器的电容增大，则电容器的带电荷量增大
8.(2024·浙江杭州高二期中)如图为某加速度传感器示意图，M极板固定并接地，当物体的加速度变化时，与N极板相连弹簧的长度会发生变化。图中R为定值电阻，P为两极板间一点，下列对传感器描述正确的是(　　)
A.当与N极板相连的弹簧长度不变时，电流表示数为零，电容器两极板不带电B.当与N极板相连的弹簧变长时，P点电势降低C.当与N极板相连的弹簧变短时，电流由a向b流过电流表D.当与N极板相连的弹簧变短时，电容器的电容增大
9.(多选)(2024·贵州铜仁高一统考期末)探究电容器两极板间电势差跟所带电荷量的关系实验电路图，如图所示，C1、C2是两个完全相同的电容器，开始不带电，单刀双掷开关S1和开关S2都处于断开状态。实验过程如下：开关S1先接1；再接2；然后断开S1且闭合S2；断开S2且S1接2。在这四次操作的每次操作稳定后数字电压表V示数为U1、U2、U3、U4。则下列说法中正确的是(　　)
10.(多选)(2024·福建莆田高二期中)平行板电容器与电源相连，间距为d，在两竖直极板间用绝缘细线悬挂一带电荷量为＋q的小球，悬线与竖直方向夹角为θ＝30°时，小球处于静止状态。已知小球质量为m，重力加速度为g，则(　　)
(1)图像阴影为i－t图像与对应时间轴所围成的面积，表示的物理意义是________。(2)乙图中阴影部分的面积S1________S2(选填“>”“