高中物理人教版 (新课标)选修38 电容器与电容教学设计
展开eq \([先填空])
1.电容器的组成
两个彼此绝缘又相距很近的导体组成一电容器.
2.电容器的充放电过程
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=eq \f(Q,U).
(2)物理意义:表示电容器容纳电荷本领的物理量.
(3)单位:1 F=106 μF=1012pF.
eq \([再判断])
1.电容大的电容器带电量一定多.(×)
2.电容的单位有F、μF、pF,1 F=103μF=106pF.(×)
3.电容为C的电容器所带电荷量为Q,若电荷量增大为2Q,则电容变为2C.(×)
4.电容器放电的过程就是两极板电荷中和的过程.(√)
eq \([后思考])
1.电容器所带电荷量指的是两个极板所带电荷量的绝对值之和,这种说法正确吗?
【提示】 不正确.电容器所带的电荷量,是指一个极板所带电荷量的绝对值.
2.根据公式C=eq \f(Q,U),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?
【提示】 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.
eq \([合作探讨])
照相机上的闪光灯是通过电容器供电的,拍照前先对电容器充电,拍照时电容器瞬间放电,闪光灯发出耀眼的白光.
探讨1:电容器在充、放电的过程中的能量是如何转化的?
【提示】 电容器在充电过程中,由电源获得的电能储存在电容器中.放电过程中,电场能转化为其他形式的能.
探讨2:电容器所带电荷量越大,容纳电荷的本领一定越大,这种说法对吗?
【提示】 不对.容纳电荷的本领用电容来描述,电容器的电容大,所带电荷量不一定越大.
eq \([核心点击])
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=eq \f(Q,U)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.
2.通过QU图象来理解C=eq \f(Q,U),如图181所示,在QU图象中,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=eq \f(ΔQ,ΔU),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.
图181
1.电容器是一种常用的电子元件,对电容器认识正确的是( )
【导学号:34522016】
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μF和pF,1 μF=103 pF
【解析】 电容是表示电容器容纳电荷的本领的物理量,A正确.电容是电容器本身的性质,只与正对面积、极板间的距离和电介质的性质有关,与电容器的带电荷量和两极板间的电压无关,B、C不正确.电容器的常用单位的换算关系是1 μF=106 pF,D不正确.
【答案】 A
2.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3×10-4 C,于是电容器两板间的电压降为原来的eq \f(1,3),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?
【解析】 电容器两极板间电势差的变化量为
ΔU=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(1-\f(1,3)))U=eq \f(2,3)×3 V=2 V
由C=eq \f(ΔQ,ΔU),得C=eq \f(3×10-4,2) F=1.5×10-4 F=150 μF
设电容器原来的电荷量为Q,则
Q=CU=1.5×10-4×3 C=4.5×10-4 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 μF.
【答案】 150 μF 4.5×10-4 C 150 μF
求解电容器的电容的两点注意
(1)电容器的电容可以根据C=eq \f(Q,U)或C=eq \f(ΔQ,ΔU)求出,但电容器的电容是电容器的属性,与电容器所带电荷量Q以及两极板间的电压U均无关.
(2)定义式的推广式C=eq \f(ΔQ,ΔU),在电压U变化问题中求电容更快捷.
eq \([先填空])
1.分类
eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(按电介质分:聚苯乙烯电容器、陶瓷电容器、,电解电容器等,按电容是否可变分:固定电容器、可变电容器))
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时的电压.
(2)击穿电压:电介质被击穿时在电容器两极板上的极限电压,若电压超过这一限度,则电容器就会损坏.
3.平行板电容器
(1)构成:由两个彼此绝缘的平行金属板构成.
(2)电容的决定因素
①决定因素:两板间距离d,两板的正对面积S,两板间电介质的介电常数εr.
②关系式:C=eq \f(εrS,4πkd).
eq \([再判断])
1.电容器外壳上标的是额定电压.(√)
2.电解电容器使用时,正、负极不能接反.(√)
3.平行板电容器间插入电介质时电容变大.(√)
4.平行板电容器带电量为零时,其电容为零.(×)
eq \([后思考])
1.在选用电容器时应注意什么问题?
【提示】 注意电容器上标的两个参数即电容和额定电压.
2.如图182所示,开关S与“1”端接触后,再与“2”端接触,灯泡是否发光?怎样解释?若发光,电流方向如何?
图182
【提示】 当电源与“1”接触,给电容器充电,上极板带正电荷,下极板带等量负电荷,当电容器上电压与电源电压相同时,充电完毕,当接“2”时,电容器通过灯泡放电,放电电流是从正极板流出沿灯向下,随电荷减少电压降低、灯泡逐渐变暗,放电完毕,灯泡熄灭.
eq \([合作探讨])
电容式触摸屏的结构示意图如图183所示.
图183
探讨1:若电容器两极板间的电压不变,用手按外屏时,两极间的距离减小,电容怎么变化?电容器带电量怎么变化?
【提示】 电容器两极间的电压不变,两极间的距离减小时,电容增大,电容器带电量增大.
探讨2:若电容器带电量不变,用手按外屏两极间的距离减小时,电容器两极板间的电压怎么变化?
【提示】 若电容器带电量不变,两极间的距离减小时,电容器的电容增大,电压减小.
eq \([核心点击])
1.公式C=eq \f(Q,U)和C=eq \f(εrS,4πkd)的比较
2.电容器的动态分析
(1)两类情况:一类是平行板电容器始终与电源两极相连保持电压U不变,另一类是电容器充电后与电源断开保持电量Q不变.
(2)分析思路:
3.(多选)如图184所示,两块较大的金属板A、B相距为d,平行放置并与一电源相连,S闭合后,两板间恰好有一质量为m,带电量为q的油滴处于静止状态,以下说法正确的是( )
图184
A.若将S断开,则油滴将做自由落体运动,G表中无电流
B.若将A向左平移一小段位移,则油滴仍然静止,G表中有b→a的电流
C.若将A向上平移一小段位移,则油滴向下加速运动,G表中有b→a的电流
D.若将A向下平移一小段位移,则油滴向上加速运动,G表中有b→a的电流
【解析】 将S断开,电容器电量不变,板间场强不变,故油滴仍处于静止状态,A错误;若S闭合,将A板左移,由E=eq \f(U,d)可知,E不变,油滴仍静止,而电容C变小,电容器极板电量Q=CU变小.电容器放电,则有由b→a的电流,故B正确;将A板上移,由E=eq \f(U,d)可知,E变小,油滴应向下加速运动.电容C变小,电容器要放电,则有由b→a的电流流过G,故C正确;当A板下移时,板间电场强度增大,油滴受的电场力增加,油滴向上加速运动,C增大,电容器要充电,则有由a→b的电流流过G,故D错误.
【答案】 BC
4.如图185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,θ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( )
【导学号:34522017】
图185
A.θ增大,E增大
B.θ增大,Ep不变
C.θ减小,Ep增大
D.θ减小,E不变
【解析】 由题意可知平行板电容器的带电荷量Q不变,当下极板不动,上极板向下移动一段距离时,两极板间距d减小,则电容C变大,由U=eq \f(Q,C)可知U变小,则静电计指针的偏角θ减小.又因为两板间电场强度E=eq \f(U,d)=eq \f(Q,Cd)=eq \f(4πkQ,εrS),Q、S不变,则E不变.因为E不变,则点电荷从P点移动到下极板(电势为零)电场力做功不变,电势能的变化相同,则点电荷在P点的电势能Ep不变,故只有选项D正确.
【答案】 D
电容器动态分析的思路
(1)确定不变量:是电压U不变,还是电量Q不变.
(2)用决定式C=eq \f(εrS,4πkd)分析平行板电容器的电容变化情况.
(3)用定义式C=eq \f(Q,U)及变形式Q=CU,分析电容器带电量或两板间电压变化情况.
(4)由于U=eq \f(Q,C)=eq \f(Q·4πkd,εrS),故匀强电场强度E=eq \f(U,d)=eq \f(4πkQ,εrS),可以分析电容器极板间场强变化情况.
学 习 目 标
知 识 脉 络
1.知道电容器的概念,认识常见的电容器,通过实验感知电容器的充、放电现象.(重点)
2.理解电容的概念及定义方法,掌握电容的定义、公式、单位,并会应用定义式进行简单的计算.(难点)
3.了解影响平行板电容器大小的因素,了解平行板电容器的电容公式.(重点)
4.知道改变平行板电容器电容大小的方法.
电 容 器 和 电 容
过程
充电过程
放电过程
示意图
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
极板间的场强增强
极板间的场强减小
能量转化
其他能转化为电能
电能转化为其他能
常 见 电 容 器 及 平 行 板 电 容 器
C=eq \f(Q,U)
C=eq \f(εrS,4πkd)
特点
定义式
决定式
意义
对某电容器Q∝U,但eq \f(Q,U)=C不变,反映容纳电荷的本领
平行板电容器,C∝εr,C∝S,
C∝eq \f(1,d),反映了影响电容大小的因素
适用范围
任何电容器
平行板电容器
联系
电容器容纳电荷的本领由Q/U来量度,由本身的结构(如平行板电容器的εr、S、d等因素)来决定
物理选修31 电源和电流教案设计: 这是一份物理选修31 电源和电流教案设计,共4页。
高中教科版2 电阻定律教案设计: 这是一份高中教科版2 电阻定律教案设计,共3页。教案主要包含了教材分析,学生现状分析,教学方法,教学媒体,教学过程等内容,欢迎下载使用。
2020-2021学年选修3-1第一章 静电场8 电容器与电容教学设计及反思: 这是一份2020-2021学年选修3-1第一章 静电场8 电容器与电容教学设计及反思,共3页。教案主要包含了教学目标,重点难点,教学方法,教学用具,教学过程,课外作业,教学后记等内容,欢迎下载使用。