高二物理人教選修3-1第一章第8節(jié)《電容器的電容》（新人教）

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歡迎進(jìn)入物理課堂 8電容器的電容 1 電容器 任何兩個(gè) 而又相互靠近的 都可看成一個(gè)電容器 這兩個(gè)導(dǎo)體稱為電容器的 電容 器可以容納 彼此絕緣 導(dǎo)體 電極 電荷 2 電容 電容器所帶電荷量Q與電容器兩極板間的電勢 比值 差U的 叫電容器的電容 定義式為C 3 平行板電容器的電容 電容C與平行板間電介質(zhì)的介電常數(shù) 正對(duì)面積S成 與極板間距離d成 決定式C 正比 反比 S4 kd 4 電容器的分類 1 按電容是否可變分類 電容器和 電容器 2 按電介質(zhì)分類 聚苯乙烯電容器 電容器 陶 瓷電容器等 固定 可變 電解 5 雙選 一個(gè)空氣平行板電容器 極板間距離為d 正對(duì)面積為S 充以電荷量Q后 兩極板間電壓為U 為使電容器 CD 的電容加倍 可采用的辦法是 UA 將電壓變?yōu)? B 將帶電荷量變?yōu)?QC 將極板正對(duì)面積變?yōu)?SD 在兩極板間充滿介電常數(shù)為2的電介質(zhì) 知識(shí)點(diǎn)1電容器與電容 1746年 荷蘭萊頓大學(xué)的物理學(xué)家馬森布洛克發(fā)明了一種具有蓄電功能的電容器 由于該電容器誕生在荷蘭都市萊頓 人們將其稱之為 萊頓瓶 由此開始了人類使用電容器的歷史 當(dāng)時(shí)改進(jìn)后的萊頓瓶是這樣的 把玻璃瓶的內(nèi)壁與外壁都用金屬箔貼上 在萊頓瓶頂蓋上插一根金屬棒 它的上端連接一個(gè)金屬球 它的下端通過金屬鏈與內(nèi)壁相連 這樣萊頓瓶實(shí)際上是一個(gè)普通的電容器 若把它的外壁接地 而金屬球連接到電荷源上 則在萊頓瓶的內(nèi)壁與外壁之間會(huì)積聚起相當(dāng)多的電荷 當(dāng)萊頓瓶放電時(shí)可以通過相當(dāng)大的電流 圖1 8 1 討論 1 電容器 任何兩個(gè) 而又相互靠近的 都可以構(gòu)成一個(gè)電容器 電容器帶電時(shí) 即為電容器所帶的電荷量 2 電容器的工作基礎(chǔ) 充電 使電容器的極板 的過程稱為充電 充電后兩極板帶等量異種電荷 放電 使充電后的電容器 的過程叫做放電 彼此絕緣 導(dǎo)體 一個(gè)極板所帶電荷量的絕對(duì)值 帶上電荷 不帶電荷 3 電容 定義 電容器所帶電荷量Q與電容器的兩極板間的電勢 差U的 叫做電容器的電容 定義式 C 電容的國際制單位是 簡稱 符號(hào) 此外還有 三者關(guān)系是 物理意義 表征電容器 電荷本領(lǐng)的物理量 在數(shù)值上等于使電容器兩板間的電壓為 時(shí)電容器需要帶的電荷量 與電容器是否帶電 與Q U 比值 QU 法拉 法 F 微法 皮法 1F 106 F 1012pF 容納 1V 無關(guān) 無關(guān) 1 平行板電容器 1 基本結(jié)構(gòu) 兩塊彼此絕緣而又互相靠近的平行金屬板組 成 2 帶電特點(diǎn) 兩板電荷等量異號(hào) 分布在相對(duì)兩板的內(nèi)側(cè) 向垂直板面 2 電容器的充放電過程 1 充電過程的特點(diǎn) 如圖1 8 2所示 充電電流 電流方向是從正極板流進(jìn) 電流由大到小 電容器所帶電荷量增加 電容器兩極板間電壓升高 電容器中電場強(qiáng)度增加 注意 當(dāng)電容器充電結(jié)束后 電容器所在電路中無電流 電容器兩極板間電壓與充電電壓相等 圖1 8 2 圖1 8 3 2 放電過程的特點(diǎn) 如圖1 8 3所示 放電電流 電流方向是從正極板流出 電流由大到小 電容器上電荷量減少 電容器兩極板間電壓降低 電容器中電場強(qiáng)度減弱 電容器的電場能轉(zhuǎn)化成其他形式的能 注意 放電的過程實(shí)際上就是電容器極板正 負(fù)電荷中和 的過程 當(dāng)放電結(jié)束時(shí) 電路中無電流 3 對(duì)電容器和電容的幾點(diǎn)理解 1 電容器是一種儀器 而電容是一個(gè)物理量 它表征了電 容器容納電荷的本領(lǐng) 2 電容器的電荷量是一個(gè)極板上電荷量的絕對(duì)值 3 電容C是用比值定義法定義的 本章學(xué)過的電場強(qiáng)度E Q成正比 與U成反比 電容C由電容器本身的性質(zhì)決定 與Q U的大小無關(guān) 例1 下列關(guān)于電容器的敘述中錯(cuò)誤的是 A 電容器是儲(chǔ)存電荷和電能的容器 只有帶電的電容器才稱為電容器B 任何兩個(gè)彼此絕緣而又相互靠近的導(dǎo)體 都能組成電容器 而且跟這兩個(gè)導(dǎo)體是否帶電無關(guān)C 電容器所帶的電荷量是指每個(gè)極板所帶電荷量的絕對(duì)值D 電容器充電過程是將其他形式的能轉(zhuǎn)變成電容器的電能并儲(chǔ)存起來 電容器放電過程是將電容器儲(chǔ)存的電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能 解析 并不是只有帶電時(shí)的電容器才稱為電容器 A錯(cuò) B對(duì) 每個(gè)極板所帶電荷量的絕對(duì)值稱為電容器的帶電荷量 C對(duì) 電容器充電的過程中其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能 放電過程中電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能 D對(duì) 答案 A 例2 下列關(guān)于電容器的說法中 正確的是 A 電容越大的電容器 帶電荷量也一定越多B 電容器不帶電時(shí) 其電容為零無限制地增大D 電容器的電容跟它是否帶電無關(guān) 解析 電容器的電容是描述電容器容納電荷本領(lǐng)大小的物理量 這是比值法定義的物理量 C與電容器所帶電量Q和兩極板間電壓無關(guān) 故D選項(xiàng)正確 答案 D 觸類旁通 1 雙選 關(guān)于電容器及它的充放電 下列說法正確的是 A 電容器是一個(gè)阻值很大的電阻器B 把電容器接在直流電路中可以導(dǎo)電C 把電容器接在直流電路中是不導(dǎo)電的D 把電容器接在電路中 兩端有電壓 電容器兩極板就帶電 解析 由電容器的定義可知 電容器的兩極板彼此絕緣 在直流電路里是不導(dǎo)電的 與電阻器有本質(zhì)的區(qū)別 故選項(xiàng)A B錯(cuò)誤 選項(xiàng)C正確 當(dāng)電容器接在電路中時(shí) 電容器的兩端就產(chǎn)生了電壓 這樣就會(huì)使電容器的兩極板帶電 故選項(xiàng)D正確 答案 CD 2 電容的大小取決于 C A 電容器的帶電量B 電容器兩極板間的電勢差C 電容器本身的構(gòu)造D 構(gòu)成電容器的金屬材料的性質(zhì) 知識(shí)點(diǎn)2決定電容的因素探究影響平行板電容器電容的因素 1 保持極板所帶電荷量Q和極板的間距d不變 改變平行極板的正對(duì)面積S 觀察靜電計(jì)的偏角的變化 得出電容與兩極 板正對(duì)面積S的關(guān)系 C S 2 保持極板所帶電荷量Q和兩極板正對(duì)面積S不變 改變極板間的距離d 觀察靜電計(jì)的偏角的變化 得出電容與極板 間距離d的關(guān)系 C 3 保持兩極板正對(duì)面積S和極板的間距d不變 在平行板電容器內(nèi)插入電介質(zhì) 觀察靜電計(jì)的偏角的變化 得出電容與 電介質(zhì) 的關(guān)系 C 4 結(jié)論 平行板電容器電容的決定式C 1 平行板電容器的電容 1 影響因素 平行板電容器的電容與正對(duì)面積成正比 與介質(zhì)的介電常數(shù)成正比 與兩板間的距離反比 2 決定式 C k為靜電力常量 2 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)加在電容器兩極板上的最小電壓 若電壓超過這一限度 則電容器就會(huì)被損壞 例3 一個(gè)平行板電容器 使它每板電荷量從Q1 3 10 5 C增加到Q2 3 6 10 5C時(shí) 兩板間的電勢差從U1 10V 增加到U2 12V 求這個(gè)電容器的電容多大 如要使兩極板電勢差從U1 10V降到U2 6V 則每板需減少多少電荷量 原來的 此電容器的電容等于 F 電容器原來所帶的電 觸類旁通 3 有一充電的平行板電容器 兩板間電壓為3V 現(xiàn)設(shè)法使它的電荷量減少3 10 4C 導(dǎo)致電容器兩極板間的電壓降到 荷量是 C 若電容器極板上的電荷量全部放掉 電容器的電容是 F 答案 150 4 5 10 4150 2 三個(gè)公式 平行板電容器動(dòng)態(tài)分析的方法1 兩種情況 1 保持兩極板與電源相連 則電容器兩極板間電壓不變 2 充電后斷開電源 則電容器的電量不變 3 方法 找不變量與變化量之間的公式來決定要比較的量 的變化關(guān)系 如下表 例4 如圖1 8 4所示 一平行板電容器跟一電源相接 當(dāng)開關(guān)S閉合時(shí) 平行板電容器極板A B間的一帶電液滴恰好靜止 若將兩板間距離增大為原來的兩倍 那么液滴的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)如何變化 若先將S斷開 再將兩板間距離增大為原來的兩倍 液滴的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)又將如何變化 圖1 8 4 思路點(diǎn)撥 帶電液滴靜止時(shí) 所受的靜電力和重力平衡 液滴帶負(fù)電 由于液滴所受重力不變 液滴運(yùn)動(dòng)狀態(tài)隨靜電力的變化而變化 由于F qE 因此只要分析出場強(qiáng)E的變化情況即可 思維總結(jié) 平行板電容器動(dòng)態(tài)分析的基本思路 1 在判斷電容器相關(guān)物理量的變化時(shí) 首先要弄清哪些量是不變的 然后根據(jù)不變量和相關(guān)公式推斷其他待分析量的變化情況 2 若電容器充電后與電源斷開 則帶電荷量Q不變 若電 容器始終與電源相連 則電壓U不變 觸類旁通 4 雙選 平行板電容器的兩極板A B接于電池兩極 一帶正電小球懸掛在電容器內(nèi)部 閉合開關(guān)S 電容器充電 這 時(shí)懸線偏離豎直方向的夾角為 如圖1 8 5所示 則 A 保持開關(guān)S閉合 帶正電的A板向B板靠近 則 增大B 保持開關(guān)S閉合 帶正電的A板向B板靠近 則 不變C 開關(guān)S斷開 帶正電的A板向 B板靠近 則 增大 圖1 8 5 D 開關(guān)S斷開 帶正電的A板向B板靠近 則 不變 答案 AD 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全