【物理课件】电容器的电容 2023-2024学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册

人教版物理必修三第十章

静电场中的能量第四节

电容器的容器（3）电容器的充、放电问题充电：电源使电容器的两极板带上等量异种电荷的过程.如图甲．放电：用导线将充好电的电容器的两极板相连，使两极板的异种电荷中和的过程，如图乙．电容器充放电时的能量转化：充电后，电容器储存了电能．放电时，储存的电能释放出来，转化为其他形式的能．将电容器的两极板分别与电源的正、负极相连，两个极板就分别带上了等量的异种电荷．同学们往往会有两种错误认识：有些同学认为电容器的带电量是两个极板所带电量的代数和，有些同学认为是两个极板所带电量的绝对值的代数和．辨析：所谓电容器所带的电量是指每一个极板所带电荷量的绝对值，不能理解为电容器所带电荷的总量．易混易错点辨析10.(多选)如图所示，平行板电容器与电动势为E的直流电源(内阻不计)和灵敏电流计连接，电容器下极板接地．一带电油滴位于电容器中的P点且恰好处于平衡状态．现将平行板电容器的上极板竖直向下移动一小段距离，则(

)A．带电油滴将沿竖直方向向上运动B．P点的电势将降低C．带电油滴在P点的电势能将减小D．此过程中灵敏电流计中的电流方向是ACD解析:将平行板电容器的上极板竖直向下移动一小段距离，间距d变小，根据E＝U/d可知，板间场强变大，带电油滴沿竖直方向向上运动，A选项正确；场强E变大，P点与下极板间的距离不变，根据公式U＝Ed可知，P点与下极板间电势差将增大，P点的电势将升高，B选项错误；带电油滴原来处于平衡状态，则油滴带负电，P点的电势升高，油滴的电势能将减小，C选项正确；根据Q＝CU，由于电势差不变，电容器的电容增大，故带电量增大，充电电流由b到a，D选项正确．方法总结分析此类问题的一般方法为：(1)由C＝εrS/4πkd确定电容C的变化情况．(2)由Q＝CU判断电容器的电荷量是增加还是减少，若电荷量增加为充电过程，若电荷量减少为放电过程．(3)由充电、放电过程确定电流方向，充电电流方向由负极板指向正极板，放电电流方向由正极板指向负极板．11.如图所示，电源电压恒定，则接通开关S的瞬间，通过电阻R的电流方向是从________到________；平行板电容器充电稳定后，在将两板间距离增大的过程中，通过R的电流方向是从________到________；如果电容器充电平衡后，先断开开关S，再将两板间距离增大，在此过程中，R上________(选填“有”或“无”)电流通过．ABAB无解析：电容器在充电、放电过程中，电路中将有电流，电流方向即为正电荷的定向移动方向．在接通开关S瞬间，电容器被充电，上极板带正电荷，下极板带负电荷，故电流方向由A到B；稳定后，将两板距离增大，根据C∝εrS/d可知，电容减小，电容器带电荷量Q＝CU，因为U不变，所以电荷量Q减小，即电流方向由B到A；将开关S断开后，因为电容器带电荷量不变，所以无论如何调节板间距离，均无电流通过．电容器中带电粒子的力学、能量转化问题带电粒子在平行板电容器中的问题是静电场与力学知识的综合，分析方法与力学的分析方法基本相同：先进行受力分析，再分析和判断粒子的运动性质是匀速、匀变速、直线或曲线，再根据公式求解．平行板电容器极板间产生匀强电场，根据电势差和电场强度关系式E＝U/d，判断电场强度的变化情况，进一步得出板间带电粒子的受力情况，判断粒子的运动情况．12.(多选)如图，A、B是平行金属板，两板间距为d，分别与电源两极相连，现闭合开关，两板的中央有孔M和N，现有一带电质点，自A板上方相距为d的P点由静止自由下落，不计空气阻力，质点到达N孔时速度恰好为零，然后沿原路返回，若保持两极板间电压不变，则下列说法正确的是(

)A．把A板向上平移一小段距离，质点自P点自由下落后仍能返回B．把A板向下平移一小段距离，质点自P点自由下落后将穿过N孔下落C．把B板向下平移一小段距离，质点自P点自由下落后将穿过N孔下落D．把B板向上平移一小段距离，质点自P点自由下落后仍能返回ACD解析:平行金属板与电源两极相连，所以两极板间电势差保持不变，带电质点由P点运动到N点的过程中，重力所做正功与电场力所做负功大小相等，即2mgd＝qU，质点在电场内运动时电场力大于重力，合外力向上．假设仍把带电质点从P移到N：(1)如果把A板上移，电势差U与高度2d都不变，对重力做功与电场力做功没有影响，所以仍可以返回，故A项对．(2)如果A板向下移动一段距离，电势差U和高度2d不变，则对重力做功与电场力做功也没有影响，所以质点仍到N点后返回，故B项错．(3)如果把B板向下移动一段距离，电场力做功不变，但重力做功增加，则质点到N点时速度不为零，将穿过N点故C项对．(4)如果把B板向上平移一段距离，电场力做功不变，但重力做功减少，所以粒子不能到达N点．13.(多选)如图所示，一平行板电容器充电后与电源断开，这时电容器的带电量为Q，P是电容器一个位置固定的点，电容器的上极板与大地相连，下列说法正确的是(

)A．若将电容器的上极板左移一点，则两板间场强增大，P点电势降低B．若将电容器的下极板上移一点，则两极板间场强增大，P点电势升高C．若将电容器的下极板上移一点，则两板间电势差减小，P点电势不变D．若将电容器的上极板上移一点，则两板间电势差增大，P点电势降低ACD解析:充电后与电源断开，电量保持不变．上板左移，正对面积减小，由C＝εrS/4πkd可知C减小，由C＝Q/U知U增大，由E＝U/d知E增大．由UAP＝EdAP可知UAP增大．UAP＝φA－φP，φP＝φA－UAP＝－UAP可知P电势降低．故A项正确；下板上移，由E＝U/d＝4πkdQ/(εrS/d)＝4πkQ/εrS可知，E不变，板间距减小，板间电势差减小，由φP＝φA－UAP＝－UAP可知P点电势不变，故B项错，C项对．同理推出上极板上移一点，则两板间电势差增大，同时φP＝φA－UAP＝－UAP可知P电势降低，D项对．14.如图所示，在水平放置的已经充电的平行板电容器之间，有一带负电的油滴处于静止状态．若某时刻油滴的电荷量开始减小，为维持该油滴原来的静止状态，可以(

)A．给平行板电容器充电，补充电荷量B．让平行板电容器放电，减少电荷量C．使两极板相互靠近些D．使两极板相互远离些解析：油滴的电荷量逐渐减小，为维持该油滴的静止状态，需要增大电场强度，给平行板电容器充电，电荷量增大，电容不变，电势差增大，电场强度增大，A选项正确；让电容器放电，电荷量减小，电容不变，电势差减小，电场强度也减小，电荷不能平衡，B选项错误；电场强度E＝U/d＝4πkQ/εrS，与电容器两极板间的距离无关，电容器两极板靠近和远离时，电场强度不变，电荷不能平衡，C、D选项错误．A15.如图所示，水平放置的平行板电容器，闭合电键与稳压直流电源连接，下板固定，当上板在AB位置时，一个带电油滴刚好静止在电容器的中点，现在断开电键，使上板在AB位置与A′B′位置之间上下往复移动，以下关于带电油滴的运动描述正确的是(

)A．油滴在电容器两极板间上下往复运动B．油滴始终向下极板运动最后到达下极板C．油滴始终处于静止状态D．上板向上移动时，油滴做加速运动；上板向下移动时，油滴做减速运动C解析：断开开关后，电容器带电量不变，根据电容的决定式C＝εrS/4πkd结合电容的定义式C＝Q/U可知，板间电场强度E＝U/d＝4πkQ/εrS，E与d无关，极板正对面积S不变，εr不变，板间场强E不变，油滴所受的电场力不变，始终处于静止状态．C选项正确．电容应用与传感器16.收音机的调台过程就是通过改变可变电容器的容量来实现的，常见可变电容器分为空气介质与有机薄膜介质两种．关于可变电容器的说法正确的是(

)A．增大极板正对面积可以增大电容量B．有机薄膜的介电常数比空气大，所以可以增大电容量C．收音机关闭后电容器就没有电容了D．把电容器的极板材质由铜换成金，会增大电容量解析：由C＝εrS/4πkd知A项对；空气的介电常数是最小的值为1，其它介质都比1要大，所以B项对；电容是电容器的性质，与是否使用无关，故C项错；电容量与极板的材质没有关系，所以D项错．AB17.传感器是一种采集信息的重要器件，如图是一种测定压力的电容式传感器．当待测压力F作用于可动膜片电极上时，可使膜片产生形变，引起电容的变化，将电容器、灵敏电流计和电源串联成闭合电路．那么(

)A．当F向上压膜片电极时，电容将减小B．当F向上压膜片电极时，电容将增大C．若电流计有示数，则压力F发生变化D．若电流计有示数，则压力F不发生变化

解析:膜片向上相当于间距变小，电容增大故A项错，B项对．电流计有示数，表示正在充电或放电，说明电容量正在发生变化．故C项对，D项错．BC18.某电解电容器上标有“25V,470μF”字样，对此下列说法正确的是(

)A．此电容器只能在直流25V以内的电压下才能正常工作B．此电容器必须在直流25V的电压时才能正常工作C．当工作电压为直流25V时，电容才是470