1、第2章 电势能与电势差第 4 节 电容器 电容第2章 电势能与电势差 1.知道电容器的概念，理解电容的定义 2.掌握定义式CQU的物理意义 3了解平行板电容器的构造及电容的决定因素，并会用定义式和决定因素解决问题一、电容器1电路中具有_功能的装置叫做电容器任何两个彼此绝缘又_的导体都具有较强的储电能力两块彼此绝缘的平行金属板即组成一类最简单的电容器，叫做平行板电容器2使电容器_的过程叫做电容器的充电；_电容器中的电的过程叫做电容器的放电储存电荷相隔很近带电放掉3我们把电容器所带电荷量与两极板间的电势差的比值称为该电容器的电容，其数学表达式为 CQU，一个电容器的电容是与Q、U 无关的_4电容的
2、单位是法拉，符号是_除了法拉，电容还有_(F)、_(pF)等单位，它们的换算关系为 1 F_F，1 pF_F.1061012常量F微法皮法1(1)电容表示电容器容纳电荷本领的强弱()(2)电容器的带电量等于每个极板所带电荷量的绝对值之和()(3)电容与电容器所带电荷量成正比，与两板间电压成反比()二、平行板电容器的电容1决定电容的因素：平行板电容器的电容 C 与正对面积 S 成_，与极板间的距离 d 成_，与极板之间电介质的介电常数 成_2计算式：C S4kd.真空中时：C S4kd.正比反比正比2(1)平行板电容器间的电场是匀强电场()(2)C S4kd是电容器的决定式，适用于一切电容器()
3、(3)平行板电容器若与电源相连，则带电荷量不变()三、常见电容器及其构造和应用1电容器的分类(1)按电介质分：空气电容器、云母电容器、纸质电容器、_、涤纶电容器、_等(2)按电容是否可变分：_和_等陶瓷电容器电解电容器可变电容器固定电容器2额定电压和击穿电压(1)额定电压：_它比击穿电压要_(2)击穿电压：是电容器的极限电压，超过这个电压，电容器内的电介质将被击穿，电容器将被损坏3应用：照相机的电子_，测量_，高能物理实验或工程，驻极体话筒等电容器安全工作时电压的上限低闪光灯水位某电容器上标有“1.5 F，9 V”的字样，则该电容器的击穿电压为 9 V，对吗？提示：不对，电容器外壳上标的是额定
4、电压 对电容器和电容的理解1对电容器的理解(1)电容器的作用：储存电荷和电能的容器(2)所带电荷量的特点：两极板所带电荷量等量异号，且分布在两极板相对的内侧电容器所带电荷量指一个极板所带电荷量的绝对值(3)充放电的特点：电容器的充放电过程就是一个能量转化的过程，充电过程是把其他形式的能转化成电场能，放电过程是把电场能转化成其他形式的能2对电容的理解(1)物理意义：电容器的电容是反映电容器容纳电荷本领的物理量(2)特性：电容器的电容用比值QU来定义，但是它却与 Q、U 无关，是由电容器自身的构造决定的，即使电容器不带电，它的电容仍然存在，并且是一个确定的量3电容 C 与电压 U、电荷量 Q 的图
5、象图象 解读CQU或 CQU电容 C 与电压 U无关电容 C 与电荷量 Q 无关 当一个电容器所带的电荷量为 Q 时，两极板间的电势差为 U，如果所带的电荷量增大为 2Q，则()A电容器的电容增大为原来的 2 倍，两极板间的电势差保持不变B电容器的电容减小为原来的12，两极板间的电势差保持不变C电容器的电容保持不变，两极板间的电势差增大为原来的 2倍D电容器的电容保持不变，两极板间的电势差减小为原来的12解析 由于电容器的内部结构不变，故其电容也不变；由电容的定义式 CQU可知，当电容器所带的电荷量增大为 2Q 时，两极板间的电势差也相应增大为 2U.故选项 C 正确 答案 C(1)电容反映了
6、电容器储存电荷的本领，它只由电容器本身的结构决定，与电容器的带电荷量及两极板间的电压无关(2)公式 CQU是电容的定义式，Q 是电容器一个极板所带电荷量的绝对值(3)由公式 CQU可推出 CQU.某电容器的电容是 30 F，额定电压为 200 V，击穿电压为 400 V对于该电容器，下列说法中正确的是()A为使它的两极板间的电压增加 1 V，所需要的电荷量是3105 CB当电容器带有 1 C 的电荷量时，两极板间的电压为 3105 VC该电容器能容纳的电荷量最多为 6103 CD该电容器两极板间能承受的最大电压为 200 V解析：选 A根据 CQU可得 QCU301061 C3105 C，A
7、正确；UQC130106 V3.3104 V，电容器被击穿，B 错误；击穿电压为 400 V，表示能承受的最大电压为400 V，能容纳的最多电荷量 QCU3105400 C1.2102 C，C、D 错误.平行板电容器的动态分析1平行板电容器的电容(1)电容的决定因素平行板电容器的电容 C 跟介质的介电常数 成正比，跟正对面积 S 成正比，跟极板间距离 d 成反比(2)平行板电容器电容的决定式：C S4kd(其中k是静电力常量)2平行板电容器的分析(1)充电后电容器的两极板仍与电源两极相连，电容器两极板间的电压 U 保持不变，这类问题有如下特点：(2)充电后电容器的两极板与电源两极断开，电容器两
8、极板上的电荷量 Q 保持不变这类问题有如下特点：命题视角 1 平行板电容器决定式的应用(多选)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，电容将增大解析 根据平行板电容器电容大小 C S4kd可得选项 A 错误，选项 B、C 正确；对 D 选项，实际上是减小了两极板间的距离，故选项 D 正确 答案 BCD命题视角 2 平行板电容器的动态分析(多选)两块大小、形状完全相同的
9、金属平板平行放置，构成一平行板电容器，与它相连接的电路如图所示，接通开关 S，电源即给电容器充电，则()A保持 S 接通，减小两极板间的距离，则两极板间电场的电场强度减小B保持 S 接通，在两极板间插入一块介质，则极板上的电荷量增大C断开 S，减小两极板间的距离，则两极板间的电势差减小D断开 S，在两极板间插入一块介质，则两极板间的电势差增大思路点拨 解此题可按以下思路：分析电键状态 确定变量不变量灵活应用三公式C S4kd、CQU、EUd 解析 S 接通时，两极板间电压不变，减小两极板间距，由 EUd知 E 增大，故 A 错误由 C S4kd知，插入介质 C 增大，又因 QCU 知 Q 增大
10、，故 B 正确S 断开后，电荷量 Q 不变，极板间距减小时电容 C 增大，由 CQU知，电势差 U 减小，故C 正确插入介质 C 增大，U 减小，故 D 错误 答案 BC解决平行板电容器动态分析问题的三点技巧(1)区分好两种情况，若充电后电容器始终与电源连接，则电压U 一定；若电容器与电源断开，则电荷量 Q 不变(2)灵活运用三个公式，电容的决定式 C S4kd、电容的定义式CQU、电场强度与电势差的关系式 EUd.(3)牢记一个结论，即当电荷量 Q 一定时，改变两极板间的距离d 时，电场强度 E 不变 题组过关1板间距为 d 的平行板电容器所带电荷量为 Q 时，两极板间电势差为 U1，板间场
11、强为 E1.现将电容器所带电荷量变为 2Q，板间距变为12d，其他条件不变，这时两极板间电势差为 U2，板间场强为 E2，下列说法正确的是()AU2U1，E2E1 BU22U1，E24E1CU2U1，E22E1DU22U1，E22E1解析：选 C当电容器板间距离为 d，所带电荷量为 Q 时，有U1QC QS4kd4kdQS，E1U1d 4kQS；当电容器所带电荷量变为 2Q，板间距离变为12d，其他条件不变时，有 U22QC 2QS2kd4kdQSU1，E2U2d/28kQS 2E1，故选项 C 正确2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
12、、电容器电容 C、两极板间电势差 U、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 变小解析：选 C电容器充电后再断开 S，电容器所带电荷量 Q 不变；由 CSd 可知，d 增大时，C 变小，又 CQU，所以 U 变大；对于场强 E，由于 EUd，UQC4kdQS，所以 EUd4kQS，故 d 增大时，E 不变选项 C 正确3(2016高考天津卷)如图所示，平行板电容器带有等量异种电荷，与静电计相连，静电计金属外壳和电容器下极板都接地在两极板间有一固定
13、在 P 点的点电荷，以 E 表示两板间的电场强度，Ep 表示点电荷在 P 点的电势能，表示静电计指针的偏角若保持下极板不动，将上极板向下移动一小段距离至图中虚线位置，则()A 增大，E 增大B 增大，Ep不变C 减小，Ep 增大D 减小，E 不变解析：选 D极板移动过程中带电荷量 Q 保持不变，静电计指针张角变化反映板间电势差 U 的变化，由 C S4kd和 CQU可知，极板下移，d 减小，C 增大，U 减小，又 EUd4kQS，则E 不变，Ep不变，综合上述，只有 D 选项正确 电容器与力学综合问题电容器与力学综合问题主要分以下三种情况：(1)平衡问题根据平衡条件求电场力，从而确定场强、电势
14、差等物理量(2)运动问题若只受电场力，则带电粒子做匀变速直线运动或匀变速曲线运动，根据匀变速运动规律求解场强等物理量(3)功能关系问题板间场强不变，电场力恒定，根据功的定义式求解电场力做的功，或根据动能定理求电场力做功，从而确定电势差、电势能等物理量.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，则此后微粒的运动情况可能的是()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 当微粒运动到 P 点时，迅速将 M 板上移一小段
15、距离，由电容的决定式 C S4kd、定义式 CQU以及 EUd得，E4kQS.知电场强度不变，微粒的受到电场力也不变，微粒的运动方向不变，仍沿轨迹做直线运动故 C 正确，A、B、D 错误 答案 C带电粒子在平行板电容器内的平衡和运动问题属于力学问题，处理方法首先是进行受力分析和运动状态分析，再结合平衡条件、牛顿运动定律、功能观点进行分析和求解 (多选)如图所示，A、B 为平行金属板，两板相距为 d，分别与电源两极相连，两板的中央各有一小孔 M 和 N.今有一带电质点，自 A 板上方相距为 d 的 P 点由静止自由下落(P、M、N 在同一竖直线上，空气阻力忽略不计)，到达 N 孔时速度恰好为零，
16、然后沿原路返回，若保持两极板间的电压不变，则()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 孔继续下落C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D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 孔继续下落解析：选 ACD移动 A 板或 B 板后，质点能否返回 P 点的关键是质点在 A、B 间运动时到达 B 板之前速度能否减为零，如能减为零，则一定沿原路返回 P 点，如不能减为零，则穿过 B板后只受重力，将继续下落因质点到达 N 孔时速度恰为零，由动能定理得 mg2dqU0.因极板一直与电源两极连接，电压 U 一直不变，当 A 板上移、下移时，满足 qUmgh0 的条件，即 h2d，则质点到达 N 孔时速度恰好为零，然后按原路返回，A 正确，B 错误当把 B 板上移后，设质点仍能达到 B板，则由动能定理得 mghqU12mv2，因 B 板上移后 h2d，所以 mgh0，即质点到达 N 孔时仍有向下的速度，将穿过 B板继续下落，D 正确 本部分内容讲解结束 按ESC键退出全屏播放
