高中物理人教版 (2019)必修 第三册第十章 静电场中的能量4 电容器的电容习题ppt课件

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新课探究电容器概念电容器充放电现象电容电容器动态 变化
了解平行板电容器电容公式。及影响平行板电容器大小的因素
知道电容器和平行板电容器的概念，掌握电容器的充、放电现象
理解电容的定义、公式、单位、物理意义
会分析平行板电容器的动态变化（难点：电势变化）
容器，是用来盛装物质的。电容器，则是用来装“电荷”的。那么电容器的内部构造是怎样的呢？才能把电荷装进并倒出？
由两个相互靠近又彼此绝缘的导体组成。
任意两个相互靠近的平行金属板，在其中间夹入一层绝缘物质，就构成了一个最简单的电容器，平行板电容器。
电容器上极板充正电荷（上极板自由电子通过导线流向电源正极），电流方向为M到N；下极板充负电荷（电源负电荷通过导线流向电容器下极板），电流方向为P到Q。充电结束后，电容器相当于断路。
把开关S接1，电源给电容器充电，电容器两极所带电荷量逐渐增大，电流表示数减小，电压表示数增大，当电流表示数为0，电压表示数不变时，电容器充电结束。
把开关S接2，电容器对电阻R放电，电流表示数减小，电压表示数减小，当电流表示数为0，电压表示数为0时放电结束。
电容器所带的电荷量Q与电容器两极板之间的电势差之比
国际单位制中，单位是法拉(F)，另外还有微法(μF)和皮法(pF)，1F＝106μF＝1012pF
C的大小与Q、U均无关。Q为单个极板所携带的电荷量的绝对值
表征电容器储存电荷本领的特性。
将电容器类比成水杯，则电容器的电容可类比成水杯的容积。
一个装满水的容积为1L的水杯，和一个没有水的容积为2L的水杯比较。装水本领依然是2L的水杯大。因此，绝对不能把电容理解成储存电荷多少的物理量。
额定电压：电容器能够长期正常工作时的电压。
击穿电压：绝缘介质被击穿时，加在电容器两极板上的极限电压。若电压超过这一限度，则电容器就会损坏。
电容器的额定电压和击穿电压
对于平行板电容器，其电容的决定式： ，式中 ， 为电介质的相对介电常数，k为静电力常量，S为两极板正对面积，d为两极板间距离。
平行板电容器的动态分析
平行板电容器的d、S或者 发生变化时，电容C会变化。进而Q、U、E、ϕ随之变化。具体分析方法如下：
电容器充电后断开电源
分析方法中的①：因U变化，d也可能是变化的，所以不能根据 直接判断场强E的变化。变化后的 ，则因Q不变，则有
如图，在电容器断开电源状态下，Q不变，改变两极板间距，E不变。
若负极板B接地（ϕB=0），则两板间电势处处为正。移动正极板A，P点与零电势点距离（d）不变，由U=Ed知，P点电势不变。B板上移，P点与零电势点距离（d）减小，P点电势减小，同理B板下移，P点电势增大。
若正极板A接地（ϕA=0），则两板间电势处处为负移动负极板B，P点与零电势点距离（d）不变，由U=-Ed知，P点电势不变。A板下移，P点与零电势点距离（d）减小，P点电势增大（因均为负值）。同理A板上移，P点电势减小。
如图，在电容器连接电源状态下，U不变
若负极板B接地（ϕB=0），则两板间电势处处为正。P点电势ϕP=Ed。正极板A上移，E减小，P点与负极板距离（d）不变，由ϕP=Ed知，P点电势减小。正极板A下移，E增大，P点与负极板距离（d）不变，由ϕP=Ed知，P点电势增大。
若负极板B接地（ϕB=0），则两板间电势处处为正。P点电势ϕP=U-U2。负极板B上移，E增大，P点与正极板距离（d）不变，由U2=Ed知U2增大，P点电势减小。负极板B下移，E减小，P点与正极板距离（d）不变，由U2=Ed知U2减小，P点电势增大。
电容器内部电势如何变化，基于电场强度如何变化以及零电势位置。当电容器连接电源时，分析过程中应先找不变量，再找变量。
思考:试着分析电容器连接电源，正极板接地时的电势变化？
1F＝106μF＝1012pF
1．（电容器的电容）电容器是一种常用的电子元件。对电容器认识正确的是（　　）A．电容器的电容与它所带的电荷量成正比B．电容器的电容与它两极板间的电压成正比C．在相同电压作用下，带电荷量多的电容器的电容比较大D．电容的常用单位有μF和pF，1μF=103pF
【详解】电容是表示电容器储存电荷本领大小的物理量，电容的大小是由电容器本身结构决定的，与两极板间电压及电容器所带电荷量无关，AB错误；由可知，U一定时，Q越大的电容器，电容C越大，C正确；电容的常用单位有μF和pF，之间的换算关系为1μF=106pF，D错误。
2．（击穿电压）某电容器上标有“20μF 100V”，则（　　）A．该电容器加的电压可以长时间高于100VB．该电容器加上50V电压时，其电容为10μFC．该电容器加上100V电压时，其所带电荷量为2×10﹣3CD．该电容器的最大电容为20μF，当其带电荷量较少时，电容小于20μF
【详解】100V是该电容器的额定电压，是可以长时间工作的最大电压，所以该电容器不能长时间工作在大于100V的电压下，故A错误；电容器的电容与电容器板间电压无关，加电压或不加电压、电荷量多或少时，电容都是20μF，故BD错误；该电容器加上100V电压时，其所带电荷量为 ，故C正确
3．（动态变化）用如图所示实验装置可以研究影响平行板电容器电容的因素。设两极板正对面积为S，极板间的距离为d，静电计指针偏角为θ。实验中，极板所带电荷量不变，下列判断正确的是（　）A．若保持d不变，增大S，则θ变大B．若保持S不变，增大d，则θ变大C．若保持S、d不变，在两极板间插入一薄玻璃板，则θ变大D．该实验采用的是等效替代法
【详解】根据电容的决定式 得知，电容与极板间正对面积成正比，当保持d不变，增大S时，电容增大，电容器的电量Q不变，由电容的定义式 分析可知板间电势差减小，则静电计指针的偏角变小。故A错误；根据电容的决定式得知，当保持S不变，增大d时，电容减小，电容器的电量Q不变，由电容的定义式分析可知板间电势差增大，则静电计指针的偏角变大。故B正确；根据电容的决定式得知，保持S、d不变，在两极板间插入薄玻璃板，电容C变大，则由电容的定义式分析可知板间电势差减小，则减小。故C错误；该实验采用的是控制变量法，故D错误。
4．（动态变化）两个较大的平行金属板A、B相距为d，分别接在电压为U的电源正、负极上，这时质量为m、带电荷量为-q的油滴恰好静止在两板之间，如图所示。在其他条件不变的情况下，如果将B板向下移动一小段距离，则该过程中（　　）A．油滴将向上加速运动，电流计中的电流从b流向aB．油滴将向下加速运动，电流计中的电流从a流向bC．油滴静止不动，电流计中的电流从b流向aD．油滴静止不动，电流计中的电流从a流向b
【详解】B板下移，两极板间距变大，根据平行板电容器的决定式 ，可知，电容器的电容减小。又因为电容器与电源相连，所以极板间电压保持不变。由公式 可知极板上电荷量减少，电流从A板流向电源正极，所以电流计中的电流从a流向b。又 可知极板间场强减小，油滴所受电场力减小，将从静止状态向下加速运动。
5．（动态变化）一平行板电容器充电后与电源断开，正极板接地，在两极板间有一正电荷（电荷量很小）固定在P点，如图所示，以E表示两极板间的场强，U表示电容器的电压，Ep表示正电荷在P点的电势能。若保持负极板不动，将正极板移到图中虚线所示的位置，则（       ）A．U变小，E不变 B．E变大，Ep变大C．U变小，Ep不变 D．U不变，Ep不变
【详解】由于电容器充电后与电源断开，说明电容器所带电荷量不变，正极板向负极板移近时，根据 可知，电容C增大，又由 可知，U减小，而由 可知，电场强度E不变，由于E不变，P到正极板的距离减小，可知P点的电势增大，则正电荷的电势能增大，故A正确，BCD错误。
完成《10.4 电容器的电容同步分题型练习题》