1、8电容器 电容 第一章 静电场 学习目标：1物理观念知道电容器的概念，掌握电容的定义、公式和单位，了解影响平行板电容器电容大小的因素。认识常见的电容器。2科学思维理解电容的定义式C QU 和决定平行板电容器电容大小的因素，能够分析解决有关电容的问题。3科学探究通过实验探究电容器的充、放电现象，感知电流的变化。4科学态度与责任了解电容器在生产、生活中的应用，养成观察、分析比较、归纳的良好学习习惯。知识梳理 基础自测 自主预习探新知 NO.1一、电容器 1电容器：任何两个彼此又互相的导体都可以看成一个电容器。2平行板电容器：两块彼此平行放置的构成一个最简单的电容器。绝缘靠近隔开金属板3电容器所带的
2、电荷量：一般把任意一块极板所带电荷量的，叫作电容器所带的电荷量，用 Q 表示。4电容器的充、放电(1)充电：使电容器的两极板带上电荷，这个过程叫作电容器充电。(2)放电：使电容器两极板异种电荷，这个过程叫作电容器放电。绝对值等量异种中和(3)电容器充、放电过程中能量的变化 充电过程：电源的能量储存在中。放电过程：电容器把储存的能量通过电流做功转化为电路中其他形式的能量。注意：其他的电容器都可以看作平行板电容器的变形。电容器二、电容器的电容 1电容：描述电容器储存能力的物理量叫作电容器的，通常也简称。用 C 表示。2定义式：C 。3物理意义：电容器的电容在数值上等于两极板间的电势差为1 V 时电
3、容器所带的。电荷电容量电容电荷量QU4单位：在国际单位制中，是法拉，简称，符号 F,1 F1，1 pF106F1012F。注意：CQU是定义式，C 的大小与 Q、U 均无关。C/V法三、实验：观察电容器的充放电现象 1充电：把开关 S 接 1，电源给电容器充电，电容器两极所带电荷量逐渐，电流表示数逐渐，当电流表示数为 0 时，电容器充电结束。2放电：把开关 S 接 2，电容器对电阻 R 放电，电流表示数逐渐，且与充电时电流方向，当电流表示数为 0 时放电结束。增大减小减小相反四、常见电容器 1平行板电容器：它的电容的大小与两极板成正比、与两板间成反比，还与两板间的有关。2可变电容器：由两组金属
4、片组成，固定不动的一组金属片叫作，可以转动的一组金属片叫作。转动动片，两组金属片的发生变化，电容就会随着改变。正对面积距离电介质定片动片正对面积3电容器上一般都标明了电容量和的数值，它比要低许多。注意：平行板电容器的电容决定式：C rS4kd，与 r(相对介电常数)、S(正对面积)、d(两极板间的距离有关)。击穿电压额定电压1思考判断(正确的打“”，错误的打“”)(1)任意两个彼此绝缘且又相互靠近的导体都可组成电容器。()(2)使电容器带电的过程叫作充电。()(3)平行板电容器充电后，两极板间的电场为匀强电场。()(4)其他条件不变，只增大电容器极板的正对面积，则电容增大。()2电容器是一种常
5、用的电子元件，下列对电容器认识正确的是()A电容器的电容表示其储存电荷的能力 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 pF A 电容表示电容器储存电荷的能力，A正确；电容CQU是电容的定义式，不是决定式，故C与Q、U无关，B、C错误；1 F106 pF，D错误。3(多选)有一个空气平行板电容器，极板间相距d，正对面积为S，充以电荷量Q后，两极板间电压为U，为使电容器的电容加倍，可采用的办法是()A将电压变为U2 B将带电荷量变为2Q C将极板间的距离变为d2 D两板间充满介电常数为2的电介质 CD 电容器的电容与电
6、容器极板上的电荷量、电压无关，所以选项 A、B 不正确；根据公式 C rS4kd，选项 C、D 正确。合作探究提素养 NO.2考点1 考点2 考点3 电容器充、放电问题 二极管是一种半导体元件，具有单向导电性，用 D 表示，其电路符号为“”(该符号左端为正极，右端为负极)。发光二极管是二极管的一种。当发光二极管接正向电压(发光二极管的正、负极分别与电源正、负极相接)时，二极管导通并发光；接反向电压时，二极管的电阻很大，不会发光。按图所示连接电路，将开关分别拨到位置“1”和“2”时，哪个二极管会发光？实验电路图提示：开关拨到位置“1”时，电源给电容器充电，此时二极管D2 导通并发光；开关拨到位置
7、“2”时，电容器放电，此时二极管D1 导通并发光。1充电过程 电路如图所示。特点：(1)有电流，电流方向为流入电容器正极板，电流由大到小。(2)电容器所带电荷量增加。(3)电容器两极板间电压升高。(4)电容器两极板间电场强度增强。当电容器充电结束后，电容器所在电路中无电流，电容器两极板间电压与充电电压相等。2放电过程 电路如图所示。特点：(1)有电流，电流方向是从正极板流出，电流由大变小。(2)电容器所带电荷量减少。(3)电容器两极板间电压降低。(4)电容器两极板间电场强度减弱。当电容器放电结束后，电路中无电流。电容器的放电过程实际上是正、负电荷中和的过程。【例 1】(多选)电子眼系统通过路面
8、下埋设的感应线来感知汽车的压力。感应线是一个压电薄膜传感器，压电薄膜在受压时两端产生电压，压力越大电压越大，压电薄膜与电容器 C 和电阻 R 组成图甲所示的回路，红灯亮时，如果汽车的前、后轮先后经过感应线，回路中产生两脉冲电流，如图乙所示，即视为“闯红灯”，电子眼拍照。则红灯亮时()甲 乙 A车轮停在感应线上时，电阻 R 上有恒定电流 B车轮经过感应线的过程中，电容器先充电后放电 C车轮经过感应线的过程中，电阻 R 上的电流先增大后减小 D汽车前轮刚越过感应线，又倒回到线内，仍会被电子眼拍照 思路点拨：(1)车轮经过感应线时电容器的电容变化，有充电、放电脉冲。(2)只要有两个脉冲就会被拍照。B
9、D 车轮停在感应线上时，压力不变，则电压不变，电容器不充电，也不放电，电阻 R 上没有电流，故 A 错误；由题图乙可知，当车轮经过感应线时，电流先增大后减小，然后再反向增大后减小，因电压是在受压时产生的，故说明电容器先充电后放电，故 B 正确，C 错误；若汽车前轮刚越过感应线，又倒回到线内，则前轮两次压线，仍形成两个脉冲电流，符合拍照条件，电子眼仍会拍照，故 D 正确。充电电流与放电电流(1)电容器两极板间的电介质使两极板之间绝缘，所以充电结束后的电容器相当于断路。(2)而充电过程中电荷由电源定向移动，在两极板上聚集，故电路中有充电电流，而且电流流向正极板。(3)放电时，电容器极板上的电荷减少
10、，有放电电流，且电流从正极板流出。跟进训练 1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()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，平行板电容器充电，且上极板带正电 D开关接2时，平行板电容器充电，且上极板带负电 A 开关接1时，平行板电容器充电，上极板与电源正极相连而带正电，A对，B错；开关接2时，平行板电容器放电，放电结束后上下极板均不带电，C、D错。对电容的理解 当电容器的电荷量增加时，电容器两极板间的电势差如何变化？电荷量Q和板间电势差U的比值是否发生变化？提示：增大、不变 1两公式 CQU与 C
11、rS4kd的比较 公式CQUC rS4kd 公式特点定义式决定式 意义对某电容器 QU，但QUC不变，反映电容器容纳电荷的本领平行板电容器，Cr，CS，C1d，反映了影响电容大小的因素 公式CQUC rS4kd 联系电容器容纳电荷的本领由QU来量度，由本身的结构(如平行板电容器的 r、S、d 等因素)来决定2通过Q-U图像来理解C QU。如图所示，在Q-U图像中，电容是一条过原点的直线的斜率，其中Q为一个极板上所带电荷量的绝对值，U为两极板间的电势差，可以看出，电容器电容也可以表示为C QU，即电容器的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所需增加(或减少)的电荷量。【例2】
12、有一充电的平行板电容器，两板间电势差为3 V，现使它的电荷量减少3104 C，于是电容器两板间的电势差降为原来的13，则此电容器的电容是多大？电容器原来带的电荷量是多少？若将电容器极板上的电荷量全部放掉，电容器的电容是多大？思路点拨：(1)电容公式CQU或CQU。(2)电容C与电容器是否带电或带电量多少无关。解析 电容器两极板间电势差的变化量为U113 U233 V2 V 由CQU，得C31042 F1.5104 F150 F 设电容器原来带的电荷量为Q，则 QCU1.51043 C4.5104 C 电容器的电容是由其本身决定的，与是否带电无关，所以电容器极板上的电荷量全部放掉后，电容仍然是
13、150 F。答案 150 F 4.5104 C 150 F CQU的推导当电容器两端电压为U1时，电荷量为Q1，则有Q1CU1，当电容器两端电压为U2时，电荷量为Q2，则有Q2CU2，Q2Q1CU2CU1C(U2U1)，即QCU，所以CQU。跟进训练 2(多选)关于电容器和电容的概念，下列说法正确的是()A任何两个彼此绝缘又互相靠近的导体都可以看成是一个电容器 B用电源对平行板电容器充电后，两极板一定带有等量异种电荷 C某一电容器带电荷量越多，它的电容就越大 D某一电容器两板间的电压越高，它的电容就越大 AB 电容器是容纳电荷的容器，电容是描述电容器容纳电荷本领大小的物理量。电容的大小与电容器
14、带电多少及两极间电压大小都无关，故A、B正确。平行板电容器的两类动态问题 平行板电容器由两块平行放置的金属板组成。利用平行板电容器进行如下实验：(1)如图所示，保持Q和d不变，增大(或减小)两极板的正对面积S，观察电势差U(静电计指针偏角)的变化，依据C QU，分析电容C的变化。(2)如图所示，保持 Q 和 S 不变，增大(或减小)两极板间的距离 d，观察电势差 U(静电计指针偏角)的变化，依据 CQU，分析电容 C 的变化。(3)如图所示，保持 Q、S、d 不变，插入电介质，观察电势差 U(静电计指针偏角)的变化，依据 CQU，分析电容 C 的变化。提示：(1)S 增大，C 增大，U 减小。
15、(2)d 增大，C 减小，U 增大。(3)插入电介质，C 增大，U 减小。2分析思路：(1)(2)【例 3】研究与平行板电容器电容有关因素的实验装置如图所示，下列说法正确的是()A实验前，只用带电玻璃棒与电容器a板接触，能使电容器带电 B实验中，只将电容器b板向上平移，静电计指针的张角变小 C实验中，只在极板间插入有机玻璃板，静电计指针的张角变大 D实验中，只增加极板带电荷量，静电计指针的张角变大，表明电容增大 思路点拨：通过题图，可以获得以下信息：(1)平行板电容器电荷量保持不变。(2)静电计小球与外壳间电压和电容器两极间电压相同。(3)静电计指针偏角与静电计小球和外壳间电压成正比。A 当用
16、带电玻璃棒与电容器a板接触，由于静电感应，从而在b板感应出等量的异种电荷，从而使电容器带电，故选项A正确；根据电容器的决定式：C rS4kd，将电容器b板向上平移，即正对面积S减小，则电容C减小，根据C QU 可知，电荷量Q不变，则电压U增大，则静电计指针的张角变大，故选项B错误；根据电容器的决定式：C rS4kd，只在极板间插入有机玻璃板，则介电系数r增大，则电容C增大，根据C QU 可知，电荷量Q不变，则电压U减小，则静电计指针的张角减小，故选项C错误；根据C QU 可知，电荷量Q增大，则电压U也会增大，但电容C不变，故选项D错误。1静电计是在验电器的基础上改造而成的，静电计由相互绝缘的两
17、部分组成，静电计与电容器的两极板分别连接在一起，则电容器上的电势差就等于静电计上所指示的电势差U，U的大小就从静电计的刻度读出，可见，静电计指针的变化表征了电容器两极板电势差的变化。2静电计本身也是一个电容器，但静电计容纳电荷的本领很弱，即电容很小，当带电的电容器与静电计连接时，可认为电容器上的电荷量保持不变。跟进训练 3如图所示，平行板电容器与电源连接，上极板A接地，一带负电的油滴静止于电容器中的P点，现将平行板电容器的下极板B竖直向下移动一小段距离，则()A带电油滴所受静电力不变 BP点的电势将升高 C带电油滴在P点时的电势能增大 D电容器的电容减小，极板带电荷量增大 B 将平行板电容器的
18、下极板竖直向下移动一小段距离，由于电容器两板间电压不变，根据EUd得知板间场强减小，油滴所受的静电力减小，则油滴将向下运动，故选项A错误；板间场强E减小，而P点与上极板间的距离不变，则由公式UEd分析可知，P点与上极板间电势差将减小，而P点的电势低于上极板的电势，则知P点的电势将升高，由带电油滴原来处于平衡状态可知油滴带负电，P点的电势升高，则油滴在P点时的电势能将减小，故选项B正确，C错误；根据电容的定义式CQU知，电容器与电源相连，则U不变，当C减小时，则极板带电荷量Q也减小，故选项D错误。1物理观念：电容器、电容的两个公式CQU，C rS4kd。2科学思维：会解释电容器的充放电现象，能用
19、两个公式研究动态变化问题。3科学方法：比值定义法、实验法、观察法、图像法、计算法等。当堂达标夯基础 NO.31 2 3 4 5 1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时电容器带的电荷量 D由公式C QU 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 1 2 3 4 5 C 电容器和电容是两个不同的概念，A错误；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错误；电容器的电容大小和它所带的电荷量、两极板间的电压等均无关，D错误；由
20、公式C QU 可知，电容器的电容在数值上等于使两极板间的电势差为1 V时极板上的电荷量，故C正确。1 2 3 4 5 2如图所示，为某一电容器中所带电荷量和两端电压之间的关系图线，若将该电容器两端的电压从40 V降低到36 V，对电容器来说正确的是()A是充电过程 B是放电过程 C该电容器的电容为5.0102 F D该电容器所带电荷量的变化量为0.20 C 1 2 3 4 5 B 由QCU知，U降低，Q减小，故为放电过程，A错误，B正确；由CQU0.240 F5103F，C错误；QCU51034 C0.02 C，D错误。1 2 3 4 5 3(多选)如图所示，一平行板电容器与一电源连接，电源两
21、端的电压保持不变，若使电容器两板间的距离变小，则()A电容器的电容比原来减小 B电容器两板间的电压比原来减小 C电容器所带的电荷量比原来增加 D电容器两板间的电场强度比原来增加 1 2 3 4 5 CD 电容器极板间的距离越近，电容器的电容就越大，选项A错误；充电结束后，电容器两极板间的电压与电源电压相等，选项B错误；在电压不变的情况下，电容增大，则电容器所带电荷量增加，选项C正确；当极板间电压不变时，板间距离变小，板间电场强度变大，选项D正确。1 2 3 4 5 4如图所示，A、B为两块竖直放置的平行金属板，G是静电计，开关S闭合后，静电计指针张开一定角度。下述做法可使静电计指针张角增大的是
22、()A使A板向左平移以增大板间距离 B在A、B两板之间插入一块陶瓷板 C断开S后，使B板向左平移以减小板间距离 D断开S后，使B板向上平移以减小极板正对面积 1 2 3 4 5 D 开关S闭合，电容器两端的电势差不变，则指针的张角不变，故A、B错误；断开S，电容器所带的电荷量不变，当B板向左平移减小板间距，根据平行板电容器的表达式可知电容增大，根据U QC 知，电势差减小，则指针张角减小，故C错误；断开S，电容器所带的电荷量不变，使B板向上平移减小正对面积，电容减小，根据UQC知，电势差增大，则指针张角增大，故D正确。1 2 3 4 5 5情境：当病人发生心室纤颤时，必须要用除颤器及时进行抢救
23、，除颤器工作时的供电装置是一个 C70 F 的电容器，它在工作时，一般是让 100300 J 的电能在 2 ms 的时间内通过病人的心脏部位。1 2 3 4 5 问题：已知充电后电容器储存的电能为 E12CU2，(1)除颤器工作时的电功率在什么范围？(2)要使除颤器的电容器储存 140 J 的电能，充电电压需达到多大？1 2 3 4 5 解析(1)根据电功率PWt 知 P11002103 W5104 W50 kW，P23002103 W1.5105 W150 kW，即电功率的范围为50150 kW。1 2 3 4 5(2)根 据 电 容 器 储 存 的 电 能 为 E 12 CU2，知 U 2EC 214070106 V2 000 V。答案(1)50150 kW(2)2 000 V 点击右图进入 课 后 素 养 落 实 谢谢观看 THANK YOU!
