沪科版选修31 2.4　电容器　电容 学案.doc

2.4电容器电容学习目标重点难点1.知道电容器的概念和平行板电容器的主要构造。2记住电容的概念及其定义式和决定式。3掌握平行板电容器电容的决定式，并能用其讨论有关问题。重点：电容的概念，影响电容大小的因素。难点：用比值法定义电容。1电容器(1)定义：电路中具有储存电荷功能的装置叫做电容器。(2)构成：由两个彼此绝缘而又相隔很近的导体组成。(3)功能和作用：储存电荷和电能。(4)电容器带电荷量：是指某一极板所带电荷量的绝对值。(5)充电和放电：使电容器两极板带上电荷的过程叫做充电，使电容器两极板失去电荷的过程叫做放电。预习交流1关于电容器的充放电，下列说法中正确的是()。a充放电过程中外电路有瞬间电流b充放电过程中外电路有恒定电流c充电过程中电源提供的电能全部转化为内能d放电过程中电容器中的电场能逐渐减小答案：ad2电容(1)定义：物理学中把电容器所带的电荷量q与电容器两极板间的电势差u的比值，叫做电容器的电容。(2)定义式：cq/u。(3)物理意义：反映电容器容纳电荷本领的物理量。(4)单位：法拉(f)，微法(f)，皮法(pf)；1 f106f1012pf。(5)标量：只有大小，没有方向。预习交流2一个电容器的规格是“10 f50 v”，则()。a这个电容器加上50 v电压时，电容量才是10 fb这个电容器的最大电容量为10 f，带电量较少时，电容量小于10 fc这个电器上加的电压不能低于50 vd这个电容器的电容总等于10 f答案：d3探究影响平行板电容器的因素(1)电容器的电容由电容器本身的构造因素决定，与电容器所带电荷量和两极板间电势差无关。(2)影响电容器电容的因素平行板电容器的电容与平行板的正对面积s、电介质的介电常数成正比，与极板间的距离成反比，平行板电容器的电容的决定式为：c，式中k为静电力常量。预习交流3如图所示，当s闭合的瞬间和平行板电容器充电稳定后增大两极板距离的过程中，对电阻r来说，有无电流通过？如果有，方向怎样？答案：s接通的瞬间，由于电容器极板间有电介质，所以电流无法通过电容器，但电源要给电容器充电，即上板充上正电荷，下板充上负电荷，故在充电过程中r上有从a到b的电流。待充电稳定后，由于u不变，增大两极板间距d，c变小，qcu也变小，故电容器要放电，在放电过程中r上有从b到a的电流。4常用电容器(1)分类：可分为固定电容器和可变电容器。(2)击穿电压：加在电容器的电压超过某一限度，电介质将被击穿，电容器损坏，这个极限电压称为击穿电压。(3)额定电压：电容器长期工作所能承受的电压，比击穿电压要低。注意：电容器上标示的是额定电压。一、电容器的电容一个电容器容纳电荷的本领是如何描述的？是用电容器所带电荷量来描述的吗？答案：电容器容纳电荷的本领是用电容这个物理量来描述的，而不是用所带电荷量来描述。定义：电容是表示电容器容纳电荷本领的物理量，它的大小可用电容器的带电荷量与两极板间的电势差之比来量度。即电容器所带的电荷量q与电容器两极板间的电势差u的比值叫电容器的电容。有一充电的平行板电容器，两板间电压为3 v，现使它的电荷量减少3104 c，于是电容器两极板间电压降为原来的，此电容器的电容是_ f，电容器原来的带电荷量是_ c。若电容器极板上的电荷量全部放掉，电容器的电容是_f。答案：1504.5104150解析：电容器两极板间电势差的变化量为u(1)u3 v2 v。由c，有c f1.5104 f150 f。设电容器原来的电荷量为q，则qcu1.51043 c4.5104 c。电容器的电容是由电容器本身决定的，与是否带电无关，所以电容器放掉全部电荷后，电容仍然是150 f。(1)电容器和电容，两者不是同一个概念，电容器是盛放电荷的一种容器，电容是描述这种容器盛放电荷本领大小的一个物理量。如果把电容器比作水缸的话，则电容就是这个水缸的容量。(2)c中，q是指电容器一个极板所带电荷量的绝对值。(3)一个有用的推论c。二、影响平行板电容器电容的因素1电容器的电容是一个与q、u无关的物理量，它的大小是由电容器的本身结构决定的，这就如同装水容器容纳水的本领是由容器本身结构决定一样，那么电容器的电容跟什么因素有关？有什么关系？答案：平行板电容器的电容c跟介电常量成正比，跟正对面积s成正比，跟极板间的距离d成反比。公式：c，k为静电力常量。2平行板电容器连接在电源两端时，电容器的d、s、发生变化，将引起电容器的c、q、u、e怎样变化？答案：由于电容器始终接在电源上，因此两板间电势差u保持不变。由c可知c随、s、d变化而变化。由quc可知q也随、s、d变化而变化。由e知，e随d的变化而变化。平行板电容器两极板与干电池正、负极始终连接，这时将两极板间的距离增大一些，则下列各量的变化情况是：电容器的电容c_；电容器的带电荷量q_；电容器两板间的电压u_；两板间匀强电场的场强大小e_。(均填“变大”“变小”或“不变”)答案：变小变小不变变小解析：电容器与干电池始终连接，其极板间电势差u不变，由c可知d变大，c变小，又因cq/u，得q变小。场强e，可知e变小。电容器的动态分析问题要点是：(1)公式c和cq/u交替使用；(2)要抓住不变量。(本题为u，如果问题条件是电容器充电后与电源断开，不变量为q)三、电容器电容的动态变化平行板电容器充电后，切断与电源的连接，电容器的d、s变化，将引起电容器的c、q、u、e怎么变化？答案：由c知，c随、s、d的变化而变化。由u知，u随d、s的变化而变化。由e知，e随、s变化而变化。如图所示，先闭合s使电容器充电，然后断开s，当增大两极板间距离时，电容器所带电荷量q、电容c、两板间电势差u、电容器两极板间场强e的变化情况是()。aq变小，c不变，u不变，e变小bq变小，c变小，u不变，e不变cq不变，c变小，u变大，e不变dq不变，c变小，u变小，e变小答案：c解析：电容器充电后再断开s，其所带电荷量q不变，由c可知，d增大时，c变小。又因u，所以u变大。对于场强e，由于e，u，所以e，由此式可以看出，e与两板间距离无关，故间距d增大，e不变。在分析场强e时，除用公式推导外，还可以从一定电荷量与一定数目电场线对应，当d增大时，q不变，电场线密度不变，场强e不变，ued知u变大。如错开两板正对面积，可知电场线密度增大，e增大，ued可知u变大。(如下图所示)1下列关于电容器的叙述正确的是()。a电容器是储存电荷和电能的容器，只有带电的容器才称为电容器b任何两个彼此绝缘而又相互靠近的导体，就组成了电容器，跟这两个导体是否带电无关c电容器所带的电荷量是指每个极板所带电荷量的绝对值d电容器充电过程是将其他形式的能转变成电容器的电能并储存起来；电容器放电过程，是将电容器储存的电能转化为其他形式的能答案：bcd解析：电容器是任何两个彼此绝缘而又互相靠近的导体组成的能够储存电荷和电能的装置，与导体是否带电无关，则a错，b正确。电容器充电时，将其他形式的能转化为电能储存起来，反之，放电过程是将它储存的电能转化为其他形式的能，故c、d都正确。2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的带电荷量比b多c电容在数值上等于使两极板间的电势差为1 v时电容器需要带的电荷量d由公式cq/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答案：c解析：电容器和电容是两个不同的概念，a错；电容器a的电容比b的大，只能说明电容器a容纳电荷的本领比b强，与是否带电无关，b错；电容器的电容大小和它的两极板所带的电荷量、两极板间的电压、电容器的体积等无关，d错。通过本题，我们对公式cq/u有了进一步的理解，电容器的电容只由电容器本身决定。3连接在电池两极上的平行板电容器在两板间的距离减小时()。a电容器的电容c变大b电容器的带电荷量q变大c电容器两板间的电势差u变大d电容器两板间的电场强度e变大答案：abd解析：平行板电容器的电容cs/4kd。当两板间距离d减小时，电容c变大。因为电容器连接在电池的两极上，所以电容器两板间的电压为定值。根据电容的定义cq/u知，u不变、c变大时，q将变大；平行板电容器两板间的电场是匀强电场，由eu/d知：u不变d变小时，e将变大。综上所述，本题的答案是a、b、d。4如图所示，金属板组成的电容器充电后与静电计相连，要使静电计指针的张角变大，下列措施中可行的是()。aa板向上移动ba板向左移动c电容器之间充满介质d电容器放走部分电荷答案：ab解析：电容器上的电荷量不变，要使静电计指针的张角变大，a、b两板间的电压要变大，当a板上移时，两极板的正对面积变小，电容器的电容变小，所以两极板间的电势差变大，静电计指针的张角变大，a正确；a板向左移动，极板间的距离变大，电容器的电容变小，所以两极板间的电势差变大，b对；电容器间充满介质，所以两极板间的电势差变小，静电计指针的张角变小，c错；电容器放掉部分电荷，则电容器的电容不变，所以两极板间的电势差变小，d错。5两平行金属板正对