1、温馨提示： 此套题为Word版，请按住Ctrl,滑动鼠标滚轴，调节合适的观看比例，答案解析附后。关闭Word文档返回原板块。6.电容器和电容必备知识自主学习一、电容器和电容1.电容器的组成:两个彼此绝缘又相距很近的导体,组成一个电容器。2.电容器的充、放电:比较项目充电过程放电过程定义使电容器带电的过程中和掉电容器所带电荷的过程方法将电容器的两极板与电源的两极相连用导线将电容器的两极板接通场强变化极板间的场强变大极板间的场强变小能量转化电能转化为电场能电场能转化为其他能3.电容:(1)定义: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,公式为 C=。(2)物理意义:表示电容器容纳电荷本
2、领的大小。(3)单位:在国际单位制中是法拉(F),1 F=1 C/V,1 F=106 F=1012 pF。二、平行板电容器的电容1.平行板电容器的结构:由两个相互平行且彼此绝缘的金属板构成。2.电容的决定因素:(1)两板正对面积S,S越大,电容C越大。(2)板间的距离d,d越大,电容C越小。(3)板间的电介质,插入电介质后,电容C增大。三、常用电容器1.分类:(1)按电介质分:聚苯乙烯电容器、陶瓷电容器、电解电容器等。(2)按电容是否可变分:可变电容器、固定电容器。2.电容器的额定电压和击穿电压:(1)额定电压:电容器能够长期正常工作的电压。(2)击穿电压:电介质被击穿时在电容器两极板上的极限
3、电压,若电压超过这一限度,则电容器就会损坏。关键能力合作学习知识点一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。(2)电容器的带电特点:两极板带有等量异种电荷,且分布在两极板相对的内侧。(3)电容器的充、放电。充电过程放电过程电路结构将电容器接在电源上形成回路将已充电的电容器与导体连接形成回路过程分析回路中有逆时针方向的充电电流与电源正极连接的极板带上正电,与电源负极连接的极板带上等量的负电充电完毕,电容器两极板间的电压等于电源电压,电路中电流为零回路中有顺时针方向的放电电流电流从电容器正极板流向负极板放电完毕,电容器上的等量异号电荷全部中和,电路中没有电流,极
4、板间电压为零能量分析由电源获得的电能转化为电容器的电场能储存的电场能转化为其他形式的能量(如内能,光能)2.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,但它与Q、U无关,是由电容器本身的构造决定的,即使电容器不带电,它的电容仍然存在,并且是一个确定的值,正如一个容器,不管它盛水与否,它的容积都是一个定值。(2)通过Q -U图像理解。如图所示,图像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大(或减
5、小)1 V所增加(或减少)的电荷量。能根据C=得到电容器的电容与电容器所带的电量成正比,与电容器两极板间的电压成反比吗?情景:提示:不能。电容器的电容由电容器的构造决定,与电容器所带的电量以及两极板间的电压无关。【典例】关于电容器的电容,下列说法正确的是()A.电容器所带的电荷越多,电容就越大B.电容器两极板间的电压越高,电容就越大C.电容器所带电荷增加一倍,电容就增加一倍D.电容是描述电容器容纳电荷本领的物理量【解析】选D。电容表示电容器容纳电荷的本领大小,由电容器本身的特性决定,与两极板间的电压、所带的电荷量无关。电容器所带的电荷越多,两板间电压越大,电容C=不变,A错误。电容器两极板间的
6、电压越高,所带的电荷越多,电容C=不变,故B错误。电容器所带电荷增加一倍,两极板间的电压增加一倍,电容C=不变,C错误。电容的物理意义是表示电容器容纳电荷本领的大小,D正确。故选D。1.(2020丽江高二检测)当某一电容器的电压是40 V时,它所带电量是0.2 C,若它的电压降到20 V时,则()A.电容器的电容减少一半B.电容器的电容不变C.电容器带电量不变D.电容器带电量增加为原来的两倍【解析】选B。公式C=为电容器的定义式,电容器的电容与其两端的电压以及所带电荷量无关,故电容不变,A错误,B正确;根据Q=CU可知电容不变,U减半,则Q也减半,C、D错误。故选B。2.下列各图是描述对给定的
7、电容器充电时电荷量Q、电压U、电容C之间关系的图像,其中错误的是()【解析】选A。电容器的电容由电容器本身决定,与电容器是否带电、带电荷量多少及两极板间电势差大小均无关,故A错误,符合题意,B、D正确,不符合题意;对于一个确定的电容器,根据C=可知,其所带电荷量与两极板间电压成正比,故C正确,不符合题意。故选A。知识点二平行板电容器及其应用任务1平行板电容器的理解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=(其中k是静电力常量)。2.C=与C=的比较:比较项目C=C=公式
8、特点定义式决定式意义对某电容器QU,但=C不变,反映容纳电荷本领平行板电容器,CS,C,反映了影响电容大小的因素联系电容器容纳电荷的本领由来量度,由本身的结构(如平行板电容器的、S、d等因素)来决定3.电容器两类动态分析问题:分类充电后与电池两极相连充电后与电池两极断开不变量UQd变大C变小Q变小E变小C变小U变大E不变S变大C变大Q变大E不变C变大U变小E变小变大C变大Q变大E不变C变大U变小E变小【典例1】(2020成都高二检测)如图所示,把一个平行板电容器接在电压U=10 V的电源上,现进行下列四步操作:闭合S;在两板中央插入厚为的金属板;断开S;抽出金属板。则此时电容器两板间的电势差为
9、()A.0B.10 VC.5 VD.20 V【解析】选D。步骤中合上开关时,电压为10 V;步骤插入金属板时,电势差仍然为U=10 V;步骤中断开S后,电量不变;步骤中抽出金属板可以等效为极板间距增加为原来的2倍,根据公式C=,电容减小为原来的;由C=可知电压增加为2倍,即U=2U=20 V;故D正确,A、B、C错误。故选D。C=是电容的定义式,对某一电容器来说,QU但C=不变,反映电容器容纳电荷的本领;C=是电容器电容的决定式,CS,C,C,即电介质的材料、极板的正对面积和极板间的距离是电容大小的决定因素。任务2平行板电容器的应用对平行板电容器定性分析的解题步骤:(1)确定不变量。电容器与电
10、源相连时,电压U不变;电容器充电后与电源断开时,所带电荷量Q不变。(2)根据决定式C=和S、d的变化分析平行板电容器电容的变化。(3)根据定义式C=分析电容器所带电荷量Q或两极板间电压U的变化。(4)用E=或E分析电容器两极板间场强的变化,或根据电容器带电量Q的变化分析回路中的电流方向。【典例2】(2016天津高考)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
11、大B.增大,Ep不变C.减小,Ep增大D.减小,E不变【审题关键】序号信息提取说明两者电势为零静电计指针偏角的大小表示两极板间电压大小说明电容器极板间距离减小,C变大【解析】选D。若保持下极板不动,将上极板向下平移一小段距离,则根据C=可知,C变大,Q一定,则根据Q=CU可知,U减小,则静电计指针偏角减小;根据E=,C=, Q=CU联立可得E=,可知Q一定时,E不变;根据U1=Ed1可知P点离下极板的距离不变,E不变,则P点与下极板的电势差不变,P点的电势不变,则Ep不变,故选项A、B、C错误,D正确。1.如图所示的实验中,平行板电容器的极板A与静电计小球连接,极板B和静电计外壳都接地。若极板
12、B稍向上移一些,则()A.电容器电容变大,静电计指针偏角不变B.电容器电容变小,静电计指针偏角变小C.极板上的电量几乎不变,静电计指针偏角变大D.极板上的电量几乎不变,静电计指针偏角变小【解析】选C。静电计的夹角与电容器的电压有关,极板间电压大夹角就大,当极板B稍向上移一些,由C=,S减小,电容C变小,又因为C=,电容器两极板处于断开状态,电荷量不变,所以C减小时电压U变大,静电计指针夹角变大;故选C。2.(2020绵阳高二检测)两个较大的平行板A、B相距为d,分别接在电压为U的电源正、负极上,开关S闭合时质量为m,带电荷量为-q的油滴恰好静止在两板之间,如图所示,在保持其他条件不变的情况下,
13、将两板非常缓慢地水平错开一些,以下说法正确的是()A.油滴将向上运动,电流计中的电流从b流向aB.油滴将向下运动,电流计中的电流从a流向bC.油滴静止不动,电流计中的电流从a流向bD.油滴静止不动,电流计中无电流流过【解析】选C。将两板缓慢地错开一些,两板正对面积减小,根据电容的决定式C=得知,电容减小,而电压不变,则由C=知,电容器带电量减小,电容器处于放电状态,电路中产生顺时针方向的电流,则电流计中有ab的电流。由于电容器板间电压和距离不变,则由E=知,板间场强不变,油滴所受电场力不变,仍处于静止状态。故C正确。【加固训练】1.传感器是自动控制设备中不可缺少的元件,已经渗透到宇宙开发、环境
14、保护、交通运输以及家庭生活等各种领域。如图所示为几种电容式传感器,其中通过改变电容器两板间距离而引起电容变化的是()【解析】选C。A选项改变的是介质,B、D选项改变的是正对面积,C选项改变的是两板间距离,故C正确。2.(2019巴中高二检测)如图所示是一个平行板电容器,其电容为C,带电荷量为Q,上极板带正电,两极板间距为d。现将一个检验电荷+q由两极板间的A点移动到B点,A、B两点间的距离为s,连线AB与极板间的夹角为30,则静电力对检验电荷+q所做的功等于()A.B.C.D.【解析】选C。电容器两极板间电势差为U=,场强为E=。而AB两点间电势差为UAB=Essin 30=,静电力对+q所做
15、的功为W=qUAB=,C正确。【拓展例题】考查内容:电容器的综合应用【典例】(多选)如图,平行板电容器的两个极板与水平地面成一角度,两极板与一直流电源相连。若一带电粒子恰能沿图中所示水平直线通过电容器,则在此过程中,该粒子 ()A.所受重力与电场力平衡B.电势能逐渐增加C.动能逐渐增加D.做匀变速直线运动【解析】选B、D。分析带电粒子的受力情况,画出其受力图如图所示。可以看出其合力方向与其速度方向相反,所以带电粒子在电场中做匀减速运动。电场力做负功,电势能增加,重力不做功,动能减少,故选项A、C错误,选项B、D正确。课堂检测素养达标1.由电容器电容的定义式C=可知()A.若电容器不带电,则电容
16、C为零B.电容C与电容器所带电荷量Q成正比,与电压U成反比C.电容在数值上等于使两板间的电压增加1 V时所需增加的电荷量D.电容器所带电荷量是两极板所带电荷量的代数和【解析】选C。电容器的电容只由电容器内部结构决定,与电容器是否带电以及两端的电压均无关,选项A、B错误;根据C= 可知,电容器的电容在数值上等于使两板间的电压增加1 V时所需增加的电荷量,选项C正确;电容器所带电荷量,是指一个极板带电量的绝对值,选项D错误。2.电容式键盘是通过改变电容器的哪个因素来改变电容的()A.两板间的正对面积B.两板间的电压C.两板间的电介质D.两板间的距离【解析】选D。由电容的决定式C=可知,电容与两极板
17、间距离、板间电介质和正对面积有关,与板间电压无关,电容式键盘是通过改变两极板间距离来改变电容的,故D正确,A、B、C错误。故选D。3.(2020三明高二检测)某电容式话筒的原理示意图如图所示,E为电源,R为电阻,薄片P和Q为两金属基板,对着话筒说话时,P振动而Q可视为不动,在P、Q间距增大过程中()A.P、Q构成的电容器的电容增大B.P上电荷量保持不变C.M点的电势比N点的低D.M点的电势比N点的高【解析】选D。电容式话筒与电源串联,电压保持不变,在P、Q间距增大过程中,根据电容决定式C=得电容减小,又根据电容定义式C=得电容器所带电量减小,电容器的放电电流通过R的方向为由M到N,所以M点的电
18、势比N点的高,故A、B、C错,D正确。故选D。4.(多选)(2020吕梁高二检测)如图所示为一种电容传声器。b是固定不动的金属板,a是能在声波驱动下沿水平方向振动的金属膜片,a、b构成一个电容器。其工作原理是当声波作用于金属膜片时,金属膜片发生相应的振动,于是就改变了它与固定极板b间的距离,从而使电容发生变化,而电容的变化可以转化为电路中电信号的变化。闭合开关K,若声源S发出声波使a向右运动时,则()A.电容器的电容增大B.a、b板之间的电场强度减小C.流过电流表的电流方向为自左向右D.流过电流表的电流方向为自右向左【解析】选A、C。由电容的决定式:C=可知,a向右运动时,极板间的距离d减小,
19、所以电容增大,A正确;闭合开关K,电压保持不变,距离减小,由E=可知,电场强度增大,B错误;由电容定义式C=可知,电容增大,电压不变,所以电荷量增大,电容器充电,流过电流表的电流方向为自左向右,C正确,D错误。故选A、C。【加固训练】已知均匀带电的无穷大平面在真空中激发电场的场强大小为,其中为平面上单位面积所带的电荷量,0为常量。如图所示的平行板电容器,极板正对面积为S,其间为真空,带电量为Q。不计边缘效应时,极板可看作无穷大导体板,则极板间的电场强度大小和两极板间相互的静电引力大小分别为()A.和B.和C.和D.和【解析】选D。一个极板在真空中激发的电场强度大小为E=,两极板间的电场是由两极板所带电荷共同激发,由叠加原理可知两极板间的电场强度大小为E合=,极板间的作用力F=QE=,D正确。5.有一充电的电容器,两板间的电压为3 V,所带电荷量为4.510-4 C,此电容器的电容是多少?将电容器的电压降为2 V,电容器的电容是多少?所带电荷量变化多少?【解析】由C=,得C= F=1.510-4 F,电容器电压降为2 V,电容不变,仍为1.510-4 F。此时带电荷量为Q=CU=1.510-42 C=310-4 C。带电荷量减小Q=Q-Q=1.510-4 C。答案:1.510-4 F1.510-4 F减小1.510-4 C