物理选修38 电容器与电容学案

这是一份物理选修38 电容器与电容学案，共9页。学案主要包含了电容器，电容，平行板电容器的电容，常用电容器等内容，欢迎下载使用。

课题
1.8 电容器的电容
学习目标
1、通过预习知道什么是电容器及常见的电容器；
2、通过阅读知道电场能的概念，知道电容器充电和放电时的能量转换；
3、通过类比理解电容器电容的概念及定义式，并能用来进行有关的计算；
4、通过实验知道平行板电容器的电容与哪些因素有关，有什么关系；掌握平行板电容器的决定式并能运用其讨论有关问题。
学习重、难点
重点：掌握电容器的概念、定义式及平行板电容器的电容。
难点：电容器的电容的计算与应用
学法指导
应用所学电场强度与电势差的相关知识解决新问题。
课前预习
一、电容器
1．构造：彼此绝缘而又相互靠近的两个________，就构成一个电容器．
2．功能：(1)充电：把电容器的两个极板与电源的正负极相连，就能使两个极板上带上____________，这个过程叫做电容器充电．
(2)放电：用导线把充电后的电容器的两个极板接通，两个极板上的________就会________，电容器失去了电荷，这个过程叫做放电．
3．带电荷量：充电后________的带电荷量的绝对值叫做电容器的带电荷量．
二、电容
1．定义：电容器所带的________与电容器两极板间的________的比值，叫做电容器的电容．
2．公式表达：C＝____________.
3．单位：在国际单位制中的单位是：____________.给电容器带上1库仑的电荷量，如果两极板间的电势差是1伏，这个电容器的电容就是____________，即eq \f(1库仑,1伏)＝1法拉．
符号：F,1 F＝1 C/V.更小的单位还有____________和______．换算关系：1 F＝________μF＝______pF.
4．物理意义：表示电容器容纳________的物理量．
5．标量：只有大小，没有方向．
三、平行板电容器的电容
理论分析表明，平行板电容器的电容跟两极板的____________成正比，跟两极板间的__________成反比．公式表达成C＝____________，式中k是静电力常量，εr是一个常数，与电介质的性质有关，称为电介质的相对________．
四、常用电容器
1．从构造上看：可分为________电容器和________电容器．
2．额定电压：电容器的外壳上标的是工作电压，也称为额定电压．还有一个电压称为击穿电压，加在电容器上的电压若超过这个值，电介质会被击穿，电容器会损坏．额定电压________击穿电压(填“大于”“等于”或“小于”)．
预习评价
1．关于电容器的电容C、电压U和所带电荷量Q之间的关系，以下说法正确的是( )
A．C由U确定
B．C由Q确定
C．C一定时，Q与U成正比
D．C一定时，Q与U成反比
2．对于水平放置的平行板电容器，下列说法正确的是( )
A．将两极板的间距加大，电容将增大
B．将两极板的间距加大，极板所带电荷量将增大
C．将两极板平行错开，使正对面积减小，电容将减小
D．将两极板平行错开，使正对面积减小，极板所带电荷量将减小
3．平行板电容器充电后不断开电源，逐渐增大两极板的正对面积，则下列说法正确的是( )
A．电容器电容将逐渐增大
B．两极板间的电场强度将逐渐增大
C．两极板间电压将保持不变
D．两极板所带的电荷量不变
4．有一充电的平行板电容器，两板间电压为3 V，使它的电荷量减少3×10－4C，于是电容器两极板间的电压降为原来的eq \f(1,3)，此电容器的电容是多少？电容器原来的带电荷量是多少？
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【课程导学】
一、电容器 电容
[问题情境]
照相机的闪光灯，在不到eq \f(1,1 000) s的短暂时间内发出强烈闪光，瞬时电流很大，各种电池都不能承受．在实际中，常常用电容器帮助闪光灯实现它的功能．什么是电容器？它是怎样帮助闪光灯完成它的功能的？
1．一个简单的电容器由哪几部分构成？
2．什么是电容器的充电和放电？
3．电容器的电容是怎样定义的？
[要点提炼]
1．电容器所带的电荷量是指____________________________．
2．电容器所带的电荷量与电容器两极板间的电势差的______________，叫做电容器的电容，用C表示电容，则有C＝__________，单位__________，简称__________，符号是__________．
[问题延伸]
1．我们不能根据电容的定义式说电容C与Q成正比、与U成反比，电容C由电容器本身的性质决定，与Q、U的大小无关．公式还可表示为C＝eq \f(ΔQ,ΔU).
2．“电容就是电容器的简称”，这种说法对吗？
二、平行板电容器的电容 常用电容器
[问题情境]
水缸盛水的本领，由水缸本身决定，与水缸是否盛了水无关，与水缸盛水的多少也无关，同样道理，电容表征的是电容器容纳电荷的本领，由电容器本身决定，与电容器是否带电和带电荷量的多少无关．那么电容与电容器本身的哪些因素有关呢？
1．静电计和验电器的功能相同吗？
2．由演示实验甲、乙、丙得到的结论分别是怎样的？
[要点提炼]
平行板电容器的电容的决定式C＝eq \f(εrS,4πkd).
[问题延伸]
1．(1)平行板电容器内部是匀强电场，E＝eq \f(U,d)；(2)电容器所带电荷量Q＝CU.
2．C＝eq \f(Q,U)与C＝eq \f(εrS,4πkd)的比较：(1)C＝eq \f(Q,U)是定义式，对某电容器Q∝U，但eq \f(Q,U)不变，该式反映容纳电荷的本领．(2)C＝eq \f(εrS,4πkd)是决定式，平行板电容器C∝εr，C∝S，C∝eq \f(1,d)，该式反映影响电容大小的因素．
【范例精析】
例1 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所带的电荷量比B多
C．电容在数值上等于使两极板间的电势差为1 V时电容器所带的电荷量
D．由公式C＝eq \f(Q,U)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
解析 电容器和电容是两个不同的概念，A选项错；由C＝eq \f(Q,U)得Q＝CU，可见电容器的电荷量与C和U两个物量有关，所以C大，Q不一定大，B选项错误；电容C的大小与Q、U无关，公式C＝eq \f(Q,U)仅能说明Q与U的比值恒定，D选项错误．答案 C
总结 正确理解电容器、电容这两个不同的物理概念是分析本题的前提和关键．
变式训练1 对于某个给定的平行板电容器，下列图中能够恰当地描述其所带电荷量Q、两极板间电压U、电容C之间相互关系的是( )
答案 BCD
解析 因为电容器的电容C与它所带的电荷量Q、两极板间的电压U无关，只跟它本身的形状、两极板间距离、正对面积、两极板间所充的电介质有关，所以凡是表示C随U或Q变化而变化的图线都是错误的．对于给定的电容器，C＝eq \f(Q,U)是不变的，反映在Q－U图象上是图线的斜率不变，正确选项为B、C、D.
例2如图1所示，用静电计可以测量已充电的平行板电容器两极板之间的电势差U，现使B板带正电，则下列判断正确的是( )
图1
A．增大两极板之间的距离，静电计指针张角变大
B．将A板稍微上移，静电计指针张角将变大
C．若将玻璃板插入两板之间，则静电计指针张角变大
D．若将A板拿走，则静电计指针张角变为零
解析 电容器上所带电荷量一定，由公式C＝eq \f(εrS,4πkd)，当d变大时，C变小．再由C＝eq \f(Q,U)得U变大；当A板上移时，正对面积S变小，C也变小，U变大；当插入玻璃板时，C变大，U变小；当将A板拿走时，相当于使d变得更大，C更小，故U应更大，故选A、B.
答案 AB
变式训练2 将例2中静电计换为接在两极板上的电源：
(1)只增大极板间距离，板间场强怎么变化？
(2)只减小正对面积S，电容器带电荷量怎么变化？
答案 (1)减小 (2)减少
解析 两极板与电源相连，极板间的电压U不变．
(1)由E＝eq \f(U,d)得，增大极板间距离，场强E减小．
(2)由C＝eq \f(εrS,4πkd)知，只减小极板正对面积S，电容C减小，再据Q＝CU可知，电容器带电荷量减少．
达标检测
A类
1、关于电容器，下列中说法正确的是：（ ）
A、由可知，一只电容器带电量越大，它的电容就越大
B、对一固定的电容器，它的带电量跟它两极板间所加电压的比值保持不变
C、电容器的带电量Q为两极板所带电荷量的总和
D、两个相互靠近又彼此绝缘的导体就构成一个电容器
2、如图所示，平行板电容器经开关S与电源连接，在a处有一个带电量非常小的点电荷，S是闭合的，为a点的电势，F表示点电荷受到的电场力。现将电容器的B板向下稍微移动，使两板间的距离增大则：（ ）
A、变大，F变大 B、变大，F变小
C、不变，F不变 D、不变，F变小
3、如图所示，若将平行板电容器的A、B两板稍微错开些，使正对面积减小的过程中，电阻R中将：（ ）
A、会有瞬时向右的电流 B、会有瞬时向左的电流
C、不会有电流通过R D、无法判断电流方向
4、如图所示，对一个给定的电容器充电时，下列的图像中能正确反映电容器的带电量Q、电压U和电容器电容C之间关系的是：（ ）
5、理想平行板电容器充电后与电源断开，能使两板间电势差增大的方法是：（ ）
A、在两板间插入玻璃板 B、使两板靠近些
C、保持两板的间距不变，使两板错开些 D、使两板分开些
6、在图所示的实验装置中，平行板电容器的极板A与一灵敏静电计相接，极板B接地，若极板B稍向上移动一点，由静电计指针变化作出平行板电容器电容变小的结论的依据是：（ ）
两极板的电压不变，极板上的电荷量变小
两极板的电压不变，极板上的电荷量变大
极板上的电荷量几乎不变，两板间的电压变小
极板上的电荷量几乎不变，两板间的电压变大
7、一个极板为圆形的平行板电容器，圆板的半径为3cm，两板相距为2mm，中间充以介电常数为2的电介质，这个电容器的电容C＝ F。
8、电容器的电容为20μF，原来带有2.0×10-4C的电量。如果再给它增加1.0×10-4C电量，这时该电容器的电容为 μF，两板间的电压将增加 V。
9、如图所示，平行板电容器的极板接于电池两极，一带正电的小球悬挂在电容器内部，闭合开关S，电容器充电，此时悬线偏离竖直方向的夹角为θ。若保持S闭合，将A板向B板靠近，则θ ，若断开S，将A板向B板靠近，则θ 。
10、水平放置的平行板电容器，两极板相距5mm，电容为2μF，当将其充电到两板电势差为100V时，一个质量为1.0×10-11g的带负电尘埃正好在板间静止，这时电容器的带电量为多少库仑？电容器上极板带何种电荷？该尘埃带电量为多少？

11、如图所示，有三块大小相同的平行金属板A、B、C，其中A、B间的间距为B、C间距的一半，且A与B板构成的电容器的电容为10-2μF,电池电压为2V, 则 A、B两板上的电荷量分别是多少?

12、一平行板电容器每个极板都是半径为1.5cm的圆形金属板，两极板正对，两极板间的距离为2cm，且两极板间用陶瓷作电介质，则电容器的电容为多少皮法？若该电容器的击穿电压为40V，则电容器刚好被击穿时，带电量为多少？板间的场强为多少？

B类
1、传感器是一种采集信息的重要器件。如图所示是一种压力传感器。当待测压力F作用在可动膜片电极上时，可使膜片发生形变，引起电容的变化，将电容器、灵敏电流计和电源串联成闭合电路，那么：（ ）
当F向上压膜片电极时，电容将减小
当F向上压膜片电极时，电容将增大
若电流计有示数，则压力F发生了变化
若电流计有示数，则压力F不发生变化
2、如图所示，将平板电容器与电池组相连，两板间的带电尘埃恰好处于静止状态若将两板慢慢的错开一些，其它条件不变，则 （ ）
A、电容器带电量不变
B、尘埃仍静止
C、电流间中有a →b的电流
D、电流计中有b→a的电流
3、如图所示，平行板电容器电容为C，带电量Q，极板长为L，板间距为d，极板与水平面夹角为α，现有一质量为m的带电油滴与两板的中央P点从静止开始沿与极板平行的直线运动到Q点（P、Q两点为电容器的边缘，忽略边缘效应）
⑴液滴的电荷量
⑵液滴达到Q点的速度和所用的时间

4、充电后平行板电容器水平放置，如图所示，两板间距离5㎝，在距下板2㎝处有一质量2mg的不带电的小球由静止开始下落，小球与下板碰撞时获得2×10-8C的负电荷,并能反跳到离下板4㎝高处,设小球与下板碰撞无机械能损失,已知上板带电量为＋1×10-6C,试求板间场强E的大小和电容器的电容C.

学
习
反
思