答案 4、电容器.doc

名 师 导 学 走 进 名 校学科高二物理学生教师时间电容器夯实基础知识1、电容器的组成：两个彼此绝缘又互相靠近的导体可构成一个电容器。电容器是储存电荷（电能）的元件。2、电容器的充放电把电容器的一个极板接电池正极，另一个极板接电池负极，两个极就分别带上了等量的异种电荷，这个过程叫做充电。电容器充电时会在电路中形成随时间变化的充电电流，充电时，电流从电源正极流向电容器的正极板，从电容器的负极板流向电源的负极。用一根导线把充电后的两极接通，两极上的电荷互相中和，电容器就不带电，这个过程叫做放电。电容器放电时，电流从电容器正极板流出，通过电路流向电容器的负极。电容器所带的电荷量是指电容器的一个极板上所带电荷量的绝对值。3、电容C（1）定义：电容器所带的电荷量Q(任一个极板所带电量的绝对值)与两个极板间的电势差U的比值叫做电容器的电容。 （2）定义式： CQ/U（3）电容单位：法拉(F)，微法(F)，皮法(PF)1F=106F=1012PF（4）物理意义：电容表示电容器的带电本领的高低（5）说明：C与Q、U无关；与电容器是否带电及带电多少无关C由电容器本身物理条件（导体大小、形状、相对位置及电介质）决定；4、平行板电容器的电容C= (即平行板电容器的电容与两板正对面积（不可简单的理解为板的面积）成正比，与两板间距离成反比，与介质的介电常数成正比)5、平行板电容器动态分析平行板电容容器分析这类问题的关键在于弄清叫些量是变量，哪些量是不变量，哪些量是自变量，哪些量是因变量。一般分为两种情况：(1) 电压不变：电容器两极板接入电路中，它两端的电压等于这部分电路两端电压，当电容变化时，电压不变；(2) 电量不变：电容器充电后断开电源，一般情况下电容变化，电容器所带电量不变进行讨论的物理依据主要是四个由和求出U，再代入，可得平行板电容器两极板间的电场强度为。即电容器内部的场强正比于电荷密度这表明孤立的带电电容器在极板彼此远离或靠近过程，内部场强不会变化一个应用仅插入厚为L且与极板等面积的金属板A，如右图所示，静电平衡后金属板内场强为零，相当于平行板电容器极板间的距离缩短了L，因而C增加。1、类型题： 电容器动态变化问题【例题1】如图1所示是一个由电池、电阻R与平行板电容器组成的串联电路。在增大电容器两极板间距离的过程中( BD )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【例题2】 如图2所示，在平行板电容器正中有一个带电微粒。K闭合时，该微粒恰好能保持静止。在保持K闭合；充电后将K断开；两种情况下，各用什么方法能使该带电微粒向上运动打到上极板？选（ B ）选（ C ）A上移上极板M B上移下极板N C左移上极板M D把下极板N接地 【例题3】一平行板电容器充电后与电源断开，负极板接地，在两极板间有一正电荷（电量很小）固定在P点，如图3所示，以E表示两极板间的场强，U表示电容器的电压，W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（ AC ）A、U变小，E不变 B、E变大，W变大C、U变小，W不变 D、U不变，W不变解析：注意到各量间关系的准确把握。解答：电容器充电后电源断开，说明电容器带电量不变。正极板向负极板移近，电容变大，由知U变小，这时有。因为，d变小、U变大值不变，即场强E不变。A正确，B、D错误负极板接地即以负极板作为电势、电势能的标准，场强E不变，P点的电势不变，正电荷在P点的电势能也不变，C正确【例题4】在如图4电路中，电键K1、K2、K3、K4均闭合，C是极板水平放置的平行板电容器，板间悬浮着一油滴P。断开哪一个电键后P会向下运动? (C ) AK1 BK2 CK3 DK4解析：断开K1时电容器两端的电压仍与初状态相同，故带电粒子不动；断开K2时电容器两端的电压升高到等于电源的电动势，故带电粒子向上运动；断开K3时电容器放电，两端的电压为零，故带电粒子向下运动；K4断开时电容器两端电量不变，电压仍与初状态相同，故带电粒子不动。 【例题5】如图5所示，沿水平方向放置的平行金属板a和b，分别与电源的正负极相连a、b板的中央沿竖直方向各有一个小孔，带正电的液滴从小孔的正上方P点由静止自由落下，先后穿过两个小孔后速度为v1现使a板不动，保持开关S打开或闭合，b板向上或向下平移一小段距离，相同的液滴仍从P点自由落下，先后穿过两个小孔后速度为v2；下列说法中正确的是（ BC ）A若开关S保持闭合，向下移动b板，则v2 v1B若开关S闭合一段时间后再打开，向下移动b板，则v2 v1C若开关S保持闭合，无论向上或向下移动b板，则v2= v1D若开关S闭合一段时间后再打开，无论向上或向下移动b板，则v2 v1解析：注意两种情况的区别，电键K始终闭合，则电容器两板间的电压保持不变，闭合后再断开则电量保持不变，然后再根据平行板电容器电容、电势差和电量的关系及匀强电场中场强和距离的关系即可【例题6】传感器是自动控制设备中不可缺少的元件。右图6是一种测定位移的电容式传感器电路。在该电路中，闭合开关S一小段时间后，使工件（电介质）缓慢向左移动，则在工件移动的过程中，通过电流表G的电流 （填“方向由a至b”、“方向由b至a”或“始终为零”）解析：方向由a至b2、类型题： 电容式传感器电容式传感器也是根据电容器的动态变化原理来工作的，在测量中有着重要的应用，因此在复习中不可忽视。关键在于抓住所测物理量与电容器中电容的联系，问题就迎刃而解了。【例题7】如图7计算机键盘上的每一个按键下面都有一个电容传感器。电容的计算公式是，其中常量=9。010-12Fm-1，S表示两金属片的正对面积，d表示两金属片间的距离。当某一键被按下时，d发生改变，引起电容器的电容发生改变，从而给电子线路发出相应的信号。已知两金属片的正对面积为50mm2，键未被按下时，两金属片间的距离为0。60mm。只要电容变化达0.25pF，电子线路就能发出相应的信号。那么为使按键得到反应，至少需要按下多大距离？解析：先求得未按下时的电容C1=0.75pF，再由得和C2=1.00pF，得d=0.15mm。【例题8】1999年7月12日日本原子能公司所属的敦贺湾核电站由于水管破裂导致高辐射冷却剂外泄，在检测此次事故中，应用于把非电流变化（冷却剂外泄使管中液面变化）转化为电信号的自动化测量技术。如图8所示是一种通过检测电容的变化来检测液面高低的仪器原理图，容器中装有导电液体，是电容器的一个电极，中间的芯柱是电容器的另一个电极，芯柱外面套有绝缘管（塑料或橡皮）作为电介质，电容器的两个电极分别用导线接在指示器上，指示器上显示的是电容的大小，从电容的大小就可知容器中液面位置的高低，对此，以下说法正确的是（ AD ）A如果指示器显示出电容增大了，则两电极正对面积增大，液面必升高B如果指示器显示出电容减小了，则两电极正对面积增大，液面必升高C如果指示器显示出电容增大了，则两电极正对面积减小，液面必降低D如果指示器显示出电容减小了，则两电极正对面积减小，液面必降低解析：芯柱和导电液之间的距离未变，液面的升降影响着它们的正对面积，若液面上升，正对面积增大，电容也就增大。故正确。同步练习：一、单项选择题1电容式键盘是通过改变电容器的哪个因素来改变电容的()A两板间的距离B两板间的电压 C两板间的电介质 D两板间的正对面积解析：选A.由公式C知，当按动键盘的某一键时，使其向下运动改变两板间距离，使其电容变化，故选项A正确2如图所示，带有等量异种电荷的两块很大的平行金属板M、N水平正对放置，两板间有一带电微粒以速度v0沿直线运动，当微粒运动到P点时，迅速将M板上移一小段距离，则此后微粒的可能运动情况是()A沿轨迹做曲线运动 B方向改变沿轨迹做直线运动C方向不变沿轨迹做直线运动 D沿轨迹做曲线运动解析：选C.当M板向上移动时，电容C变小，板间电场强度E不变，故粒子受力没有变化C正确3.如图所示，平行板电容器的一个极板与滑动变阻器的滑片C相连接电子以速度v0垂直于电场线方向射入并穿过平行板间的电场在保证电子还能穿出平行板间电场的情况下，若使滑动变阻器的滑片C上移，则关于电容器极板上所带电荷量Q和电子穿越平行板所需的时间t的说法中，正确的是()A电荷量Q增大，时间t也增大 B电荷量Q不变，时间t增大C电荷量Q增大，时间t不变 D电荷量Q不变，时间t也不变解析：选C.若使滑动变阻器的滑片C上移，电容器的电压增大，由QCU判断电容器的电荷量Q增大电容器两板间的电场强度变大，但由于电子在水平方向上始终做匀速直线运动，穿越平行板所需时间t不变，所以选项C正确4.如图所示，板长为L、间距为d的两平行金属板与电源连接一质量为m、带电量为q的粒子，以速度v从两板的正中间沿垂直场强的方向射入，它恰好能穿过电场而不会碰到平行板若欲使入射速度为v/2、质量仍为m的粒子仍从中间垂直入射，并穿过电场后恰好不碰平行板，则必须()A使粒子带电量减少为原来的1/2 B使两板间的电压减少为原来的1/2C使两板间的距离增大为原来的2倍 D使两板间的距离增大为原来的4倍解析：选C.依题得()2，当vv/2时，使q4q或U4U或d2d，粒子仍能穿过电场后恰好不碰平行板二、双项选择题5.如图所示是一个由电池、电阻R、电键S与平行板电容器组成的串联电路电键闭合，在增大电容器两极板间距离的过程中()A电容器的电容变小 B电阻R中没有电流C电容器两极板间的电场强度增大 D电阻R中有从a流向b的电流解析：选AD.增大电容器两板间距离，由公式C可以判断平行板电容器的电容变小，选项A正确；由于电压不变，由QCU可以判断电容器的电荷量变小，电容器要放电，电阻R中有从a流向b的电流，选项B错误，D正确；由E可以判断电场强度变小，选项C错误6.给平行板电容器充电，断开电源后A极板带正电，B极板带负电，板间一带电小球C用绝缘细线悬挂，如图所示，小球静止时与竖直方向的夹角为，则()A若将B极板向右平移稍许，电容器的电容将减小B若将B极板向下平移稍许，A、B两板间电势差将减小C若将B极板向上平移稍许，夹角将变大 D轻轻将细线剪断，小球将做斜抛运动解析：选AC.电容器充电后与外电路断开，两极板电量不变，根据电容C的定义式和决定式可知AC正确，绳子剪断后，小球做匀加速直线运动7.如图所示，足够长的两平行金属板正对着竖直放置，它们通过导线与电源E、定值电阻R、开关S相连闭合开关后，一个带电的液滴从两板上端的中点处无初速度释放，最终液滴落在某一金属板上下列说法中正确的是()A液滴在两板间运动的轨迹是一条抛物线B电源电动势越大，液滴在板间运动的加速度越大C电源电动势越大，液滴在板间运动的时间越短D定值电阻的阻值越大，液滴在板间运动的时间越长解析：选BC.电容器充满电荷后，极板间的电压等于电源的电动势，极板间形成了电场，液滴受水平方向的电场力和竖直方向的重力作用，合力为恒力，而初速度为零，则液滴做初速度为零的匀加速直线运动，A项错；电源电动势越大，液滴受到的电场力也越大，合力越大，则加速度也越大，B项对；电源电动势越大，加速度越大，同时位移越小，则运动的时间越短，C项对；定值电阻不会影响两极板上电压的大小，则对液滴的运动没有影响，D项错8.如图所示，质量相同的两个带电粒子P、Q以相同的速度沿垂直于电场方向射入两平行板间的匀强电场中，P从两极板正中央射入，Q从下极板边缘处射入，它们最后打在同一点(重力不计)，则从开始射入到打到上板的过程中()A它们运动的时间tQtP B它们运动的加速度aQaPC它们所带的