高中物理 静电场（三）学案1.doc

高中物理 静电场（三） 【学习目标】1.知道什么是电容器及常见的电容器；2.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.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.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。知识点一 电容器自主学习1. 构造 彼此绝缘而又相距很近的两个_，就构成一个电容器。最简单的就是 电容器，电容器可以容纳 。2功能 (1) 充电：把电容器的两个极板与电源的正负极相连，使两个极板上带上_ _的过程。(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_，电容器失去电荷的过程。 3带电荷量 充电后_的带电荷量的绝对值。知识点一 电容器典例探究1下列关于电容器的叙述中错误的是()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，都能组成电容器，而且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电容器充电过程中是将其他形式的能转变成电容器的电能并储存起来；电容器放电过程中将电容器储存的电能转化为其他形式的能2如图所示实验中，关于平行板电容器的充、放电，下列说法正确的是()名师点睛电容器充电后两极板带等量异种电荷，充电过程，带电荷量Q逐渐增大，板间电压U增大，板间电场强度E增大。放电过程，带电荷量Q减小，板间电压U减小，板间电场强度E减小。知识点二 电容自主学习1. 定义 电容器所带_与两极板间_的比值叫电容。 2定义式 C_；C与Q、U无关，仅由电容器本身决定。3物理意义 是描述电容器_本领大小的物理量，数值上等于使电容器两极板间的电势差增加_所增加的带电量。 4单位 在国际单位制中的单位是_。符号：F,1F1C/V。更小的单位还有_和_。换算关系：1F_F_pF。5. 想一想：根据公式C，能否说电容C与电容器所带的电荷量Q成正比，与两极板间的电势差U成反比？名师点睛A开关接1时，平行板电容器充电，且上极板带正电B开关接1时，平行板电容器充电，且上极板带负电C开关接2时，平行板电容器放电，且上极板带正电D开关接2时，平行板电容器放电，且上极板带负电知识点二 电容典例探究1. 下面关于电容器及其电容的叙述正确的是()A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B电容器所带的电荷量是指每个极板所带电荷量的代数和C电容器的电容与电容器所带电荷量成反比D一个电容器的电荷量增加Q1.0106C时，两极间电压升高10V，则电容器的电容无法确定2. 一平行板电容器，当板上带电荷量增加2.0104 C时，极板间的电压增加40 V，则当电容器两端所加电压为200 V时，电容器所带的电荷量为多少？3. 一个电容器所带的电荷量为4108 C，两极板间的电压是2 V，那么这个电容器的电容是多少？如果电容器的电荷量减少了1108 C，则板间电压变成多少？挑战自我4. 两平行金属板，正对放置，充电后两极间的电势差为2V，两极板带电量分别为+610-6C和-610-6C，求：(1) 电容C；(2) 若电势差升高1V，电容C和所带电量Q为多少?知识点三平行板电容器的电容典例探究1对于水平放置的平行板电容器，下列说法错误的是( )A将两极板的间距加大，电容将增大B将两极板平行错开，使正对面积减小，电容将减小C在下极板的内表面上放置一面积和极板相等、厚度小于极板间距的陶瓷板，电容将增大D在下极板的内表面上放置一面积和极板相等、厚度小于极板间距的铝板，电容将增大2. 一个平行板电容器，使它每板电荷量从Q13105C增加到Q23.6105C时，两板间的电势差从U110 V增加到U212 V，这个电容器的电容多大？如要使两极板电势差从U110 V降为U26 V，则每板需减少多少电荷量？只把电容器极板间的距离减半，它的电容变为多大？ 2对电容的定义式的理解 (1)电容由电容器本身的构造决定： 电容器的电容是反映电容器容纳电荷本领的物理量，用比值来定义，但它却是由电容器自身的构造决定的，与所带电荷量Q和所加电压U无关。即使电容器不带电，其电容仍然存在，并且是一个确定的值。知识点三平行板电容器的电容自主学习1. 结构 由两个_且彼此绝缘的金属板构成。 2电容的决定因素 平行板电容器的电容C跟相对介电常数r成_，跟极板正对面积S成_，跟极板间的距离d成_。3电容的决定式 C_。(1) k为静电力常量。(2)r是一个常数，与电介质的性质有关，称为电介质的相对介电常数。名师点睛1对电容的理解(1) 电容由电容器本身的构造决定电容器的电容是反映电容器容纳电荷本领的物理量，用比值C来定义，但电容的大小与Q、挑战自我3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将两极板平行错开，使正对面积减小，电容将减小C在下极板的内表面上放置一面积和极板相等、厚度小于极板间距的陶瓷板，电容将增大D在下极板的内表面上放置一面积和极板相等、厚度小于极板间距的铝板，电容将增大4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，于是电容器两板间的电压降为原来的，此电容器的电容是多大？电容器原来的带电荷量是多少？若电容器极板上的电荷量全部放掉，电容器的电容是多大？5如图所示，先接通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、两极板间电势差U、电容器两极板间场强的变化情况是()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U无关由公式C知，影响电容器电容大小的因素是电介质的相对介电常数r，电容器极板的正对面积S和极板间的距离d。(2)通过QU图象理解，如图所示，QU图象是一条过原点的直线，其中Q为一个极板上所带电荷量的绝对值，U为两板间的电势差，直线的斜率表示电容大小因而电容器的电容也可以表示为C，即电容的大小在数值上等于两极板间的电压增加(或减小)1 V所增加(或减小)的电荷量决定电容大小的因素平行板电容器的动态分析始终与电源连接充电后与电源断开不变量U不变Q不变自变量dS因变量E，d变大，E变小；d变小，E变大E，S变大，E变小；S变小，E变大QU，d变大，Q变小；d变小，Q变大U，S变大，U变小，S变小，U变大【特别提醒】讨论与电容器相关的各物理量的变化依据主要有三个：(1) 平行板电容器的电容的决定式C。(2) 平行板电容器内部是匀强电场E。(3) 电容器所带电量QCU。知识点四 常用电容器自主学习1. 常用电容器可以分为固定电容器和可变电容器固定电容器：固定电容器的电容是固定不变的，常用的有聚苯乙烯电容器和电解电容器可变电容器：(1)特点：电容可以改变(2)构成：由两组铝片组成，固定的一组铝片叫定片，可以转动的一组铝片叫动片2电容器的额定电压和击穿电压 (1)额定电压：电容器能够_时的电压。(2) 击穿电压：电介质被_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。6. 一充电后的平行板电容器保持两极板的正对面积、间距和电荷量不变，在两极板间插入一电介质，其电容C和两极板间的电势差U的变化情况是()AC和U均增大BC增大，U减小CC减小，U增大DC和U均减小知识点四 常用电容器典例探究电学元件的正确使用，对电路安全工作起着重要作用某电解电容器上标有“25 V，450 F”字样，下列说法中正确的是( )A此电容器在交流、直流电路25 V的电压时都能正常工作B此电容器只有在不超过25 V的直流电压下才能正常工作C当工作电压是直流25 V时，电容才是450 FD这种电容器使用时，不必考虑两个引出线的极性答案与解析知识点一 电容器自主学习1. 导体 平行板 电荷 2. 等量异种电荷 异种电荷 中和 3. 个极板典例探究1. 【答案】A【解析】并不是只有带电时的电容器才称为电容器，A错，B对每个极板所带电荷量的绝对值称为电容器的带电荷量，C对电容器充电的过程中其他形式的能转化为电能，放电过程中电能转化为其他形式的能，D对。2. 【答案】A【解析】开关接1时，平行板电容器充电，上极板与电源正极相连，所以带正电，故A对B错。开关接2时，平行板电容器被导线短接而放电，瞬间极板上电荷中和，均不带电，故C、D均错。知识点二 电容自主学习1. 电荷量 电势差 2. 3. 容纳电荷 1V 4. 法拉 微法 皮法 106 10125. 电容是用比值法定义的物理量，不能说C与Q成正比，与U成反比。典例探究1. 【答案】A 2. 【答案】1.0103 C【解析】根据公式C 可推出C，则CF5.0106F，根据QCUQ5.0106200 C1.0103 C。3. 【答案】2108 F1.75 V【解析】C F2108 F又因C 得U V0.25 V所以UUU2 V0.25 V1.75 V。4.【答案】见解析【解析】(1) 根据电容的定义式 C=Q/U=(610-6/2)F=310-6F (2) 若电势差升高1V，电容器的电容仍不变，而此时所带电量 Q=CU=310-63C=910-6C 知识点三平行板电容器的电容自主学习1. 相互平行 2. 正比 正比 反比 3. 典例探究1. 【答案】见解析【解析】 影响平行板电容器电容大小的因素有：随正对面积的增大而增大；随两极板间距离的增大而减小；在两极板间放入电介质，电容增大据上面叙述可直接看出B、C选项正确，对D选项，实际上是减小了平行板的间距。2. 【答案】3 F1.2105C6 F【解析】电荷量的增加量和电势差的增加量分别为QQ2Q13.6105C3105C6106C， UU2U112 V10 V2 V.根据电容的定义，它等于每增加1 V电势差所需增加的电荷量，即 CF3106F3 F要求两极板间电势差降为6 V，则每板应减少的电荷量为QCU3106(106)C1.2105C.据决定式C可知，只有电容器极板间距离减半时，电容加倍，故此时电容大小C2C6 F.3. 【答案】BCD4. 【答案】150 F4.5104 C150 F【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。5. 【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d增大时，U变大对于场强E，由于E，U，所以E，由以上分析可知，间距d增大，E不变化。6. 【答案】B 【解析】 由平行板电容器电容决定式C知，当插入电介质后，变大，则在S、d不变的情况下C增大；由电容定义式C 得U，又电荷量Q不变，故两极板间的电势差U减小，选项B正确。知识点四 常用电容器自主学习2. 长期正常工作 击穿典例探究【答案】B【解析】 电解电容器上标有“25 V、450 F”的字样，知工作的安全直流电压，以及电容的大小，电容的大小与电容的电压无关，由电容本身的因素决定。由标称值可知，该电解电容器用于直流25 V及以下电压时才能正常工作；故A错误，B正确。电容器的电容值由其内部构造所决定，在不被击穿的条件下，与其工作电压无关；故C错误。电解电容器两引线有正、负极之分，使用时极性不能接错，也不能接交流电故D错误。课堂小测1电容器是一种常用的电子元件，对电容器认识正确的是()A电容器的电容表示其储存电荷能力B电容器的电容与它所带的电荷量成正比C电容器的电容与它两极板间的电压成正比D电容的常用单位有F和pF,1 F103 pF2. 根据电容的定义式C 知()A电容器的电容越大，则电容器所带电荷量应越多B电容器两极板间电压越大，电容越大C电容器的电容与电荷量成正比，与电压成反比D电容器的电容不随带电荷量及两极板间电压的变化而变化3.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1V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 4下列关于电容器和电容的说法中，正确的是()A根据CQ/U可知，电容器的电容与其所带电荷量成正比，跟两板间的电压成反比B对于确定的电容器，其所带电荷量与两板间的电压成正比C无论电容器的电压如何变化(小于击穿电压且不为零)，它所带的电荷量与电压的比值都恒定不变D电容器的电容是表示电容器容纳电荷本领的物理量，其大小与加在两板间的电压无关5. 连接在电池两极上的平行板电容器，当两极板间的距离减小时，则（ ）A电容器的电容C变大B电容器极板的带电荷量Q变大C电容器两极板间的电势差U变大D电容器两极板间的电场强度E变大6一平行板电容器两极板间距为d、极板面积为S，电容为0S/d，其中0是常量对此电容器充电后断开电源当增加两板间距时，电容器极板间()A电场强度不变，电势差变大 B电场强度不变，电势差不变C电场强度减小，电势差不变 D电场强度减小，电势差减小7如图所示，平行板电容器的电容为C，极板带电荷量为Q，极板间距为d.今在两极板间正中央放置一带电荷量为q的点电荷，则它所受到的电场力大小为()Ak Bk C. D.8. 如图所示，平行板电容器的两个极板A、B分别接在电压为60V的恒定电源上，两板间距为3cm，电容器带电荷量为6108C，A极板接地。求：(1) 平行板电容器的电容；(2) 平行板两板间的电场强度；(3) 距B板2cm的C点