物理选修38 电容器与电容示范课ppt课件

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1.电容器:两个彼此_____又相距_____的导体就组成了一个电容器。电容器可以储存电荷。
2.电容器的充、放电:(1)电容器充电:使电容器极板_____的过程。(2)电容器放电:使充电后的电容器极板_________的过程。(3)电容器充电后带电特点:两极板带_________电荷。(4)电容器的电荷量:电容器一个极板上带的电荷量。
3.电容:(1)定义:电容器所带的_______与电容器两极板间的_______的比值叫电容。(2)定义式:C=_____。 4.电容的物理意义:电容是描述电容器_________本领的物理量。
5.电容的单位:国际单位:_____,符号F,常用单位:微法(μF)、皮法(pF)。 1 F=___ μF=____ pF。
6.决定电容大小的因素:平行板电容器的电容C与平行板正对面积S、电介质的相对介电常数εr成_____,与极板间的距离d成_____。平行板电容器电容的公式:C=______,式中k为静电力常量。此式为平行板电容器电容的决定式。
7.常用电容器:(1)分类。①按电介质分:空气电容器、_________电容器、陶瓷电容器、_____电容器等。②按是否可变分:可变电容器、_____电容器等。
(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_________时的电压。②击穿电压:电介质被击穿时加在电容器两极板上的______电压,若电压超过这一限度,电容器就会损坏。
主题一　电容器　电容 【问题探究】按如图所示电路连接好器材,使开关S先后接触a、b,观察电流表指针的偏转情况。
试结合上述情境,讨论下列问题:(1)当S先后接a和接b时,会观察到电流表指针的偏转情况是怎样的呢?提示:当S接a时,电流表指针发生偏转;当S接b时,电流表指针反向偏转。
(2)电容器的工作过程是怎样的?工作过程中能量是如何转化的?提示:①充电过程和放电过程。②充电过程中其他形式的能转化为电能,放电过程中电能转化为其他形式的能。
(3)电容器的带电量Q与两极板间的电压U有什么关系?反映了电容器怎样的特性?
提示:电容器两极板间的电势差随电荷量的增加而增加,电荷量和电势差成正比,它们的比值是一个恒量,每一个电容器都有一个属于自己的 常数,与所带电荷量的多少无关。这个比值反映了电容器容纳电荷的能力大小,因此可用 描述电容器容纳电荷本领的大小,即电容器的电容C= 。
【探究总结】1.电容器充、放电过程的比较:
2.电容与水桶的类比:
【拓展延伸】电容器与电容的区别与联系(1)电容器是一个仪器,而电容是一个物理量,它表征了电容器容纳电荷的本领。 (2)电容器的电荷量是一个极板上电荷量的绝对值。(3)电容C是用比值定义法定义的,公式C= 是电容的定义式,对任何电容器都适用。
(4)对一个确定的电容器,电容由电容器本身的介质特性与几何尺寸决定,不会随其带电荷量的改变而改变。
【典例示范】据国外某媒体报道,科学家发明了一种新型超级电容器,能让手机几分钟内充满电。某同学假日登山途中用该种电容器给手机电池充电,下列说法正确的是(　　)A.该电容器给手机电池充电时,电容器的电容变大B.该电容器给手机电池充电时,电容器存储的电能变少
C.该电容器给手机电池充电时,电容器所带的电荷量可能不变D.充电结束后,电容器不带电,电容器的电容为零
【解题指南】解答本题时应明确以下两点:(1)对于给定的电容器,Q∝U。(2)电容器的电容C与Q、U无关。
【解析】选B。电容器的电容是由电容器本身决定的,与电容器是否带电或者带电量减少无关,因此A、D错误。电容器在给手机充电的过程中,存储的电量减少,因此B正确。
【探究训练】1.下面关于电容器及其电容的叙述正确的是(　　)A.任何两个彼此绝缘而又相互靠近的导体,就组成了电容器,跟这两个导体是否带电无关B.电容器所带的电荷量是指每个极板所带电荷量的代数和
C.电容器的电容与电容器所带电荷量成反比D.一个电容器的电荷量增加ΔQ=1.0×10-6 C时,两板间电压升高10 V,则电容器的电容无法确定
【解析】选A。电容器既然是储存电荷的容器,它里面有无电荷不影响其储存电荷的能力,A正确;电容器所带的电荷量指任一极板电荷量的绝对值,B错;电容器的电容由电容器结构决定,不随带电量的变化而变化,C错;C= 可求电容器的电容,D错。
2.(多选)电流传感器可以像电流表一样测量电流,可以捕捉到瞬间的电流变化,相当于一个理想电流表。用如图甲所示的电路来研究电容器的放电过程。实验时将开关S拨到1端,用直流8 V电压给电容器充电,待电路稳定后,将电流传感器打开,再将开关S拨到2端,电容器通过电阻R放电。以S拨到2端时为t=0时刻,电流传感器测
得的电流I随时间t变化图象如图乙所示,根据题意,下列说法正确的是(　　)
A.由I-t图可知,电容器在全部放电过程中释放的电荷量约为3.2×10-3 CB.由I-t图可知,电容器在全部放电过程中释放的电荷量约为3.2 CC.此电容器的电容约为4.0×10-4 FD.此电容器的电容约为0.4 F
【解析】选A、C。根据q=It可知,电容器全部放电过程中释放的电量为图象中曲线与坐标轴包围的面积,计算得出释放的电量约为3.2×10-3 C,A正确;根据C= ,充电结束后,极板间电压为8 V,因此该电容器的电容约为4.0×10-4 F,C正确。
【补偿训练】1.电容器A的电容比电容器B的电容大,这表明(　　)A.A所带的电荷量比B多B.A比B能容纳更多的电荷量C.A的体积比B的体积大D.两电容器的电压都改变1 V时,A的电荷量改变比B的大
【解析】选D。电容是电容器的固有属性,由电容器本身的构造决定,电容描述了电容器容纳电荷的本领(电容器两极板间的电压每改变1 V所改变电荷量的多少)大小,而不表示容纳电荷的多少或带电荷量的多少,故D对,A、B、C都错。
2.(多选)下列关于电容器和电容的说法中,正确的是(　　)A.根据C= 可知,电容器的电容与其所带电荷量成正比,跟两板间的电压成反比B.对于确定的电容器,其所带电荷量与两板间的电压成正比
C.无论电容器的电压如何变化(小于击穿电压且不为零),它所带的电荷量与电压的比值都恒定不变D.电容器的电容是表示电容器容纳电荷本领的物理量,其大小与加在两板间的电压无关
【解析】选B、C、D。电容器的电容是表示电容器容纳电荷本领的物理量,是电容器的一种特性。一个电容器对应唯一的电容值,不能说电容器的电容与其所带电荷量成正比,与两极板间的电压成反比。因此A错误,C、D正确;由于电容是定值,由Q=CU知,其所带电荷量与两板间的电压成正比,故B正确。
3.(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
【解析】选A、B。根据电容器定义可知,A正确;电容器是储存电荷的容器,充电后,两极板带等量异种电荷,B正确;电容是描述电容器储存电荷本领大小的物理量。电容的大小与电容器带电多少及两板间电压大小都无关,C、D错误。
主题二　平行板电容器的电容 【问题探究】如图,把一个已充电的平行板电容器和一静电计相连。探究影响平行板电容器电容的因素。
试结合上述情境,讨论下列问题:(1)本实验应用的方法是什么?提示:控制变量法。
(2)如何应用静电计判断电容的变化?提示:a.静电计指针偏转角度与相连的电容器的板间电压成正比b.电容器在本图中极板电量几乎不变
【探究总结】1.C= 与C= 的比较:
2.电容器的两类问题:(1)电容器始终与电源相连时电压不变。在此情景下可根据下列几式讨论C、Q、E的变化情况。C= Q=UC= ;E= 。
(2)电容器充电后与电源断开,电容器的电荷量不变,在此情景下可根据下列几式讨论C、U、E的变化情况。C= ;U= ,E= (由此看出此时E与d无关)。
【典例示范】如图所示是由电源E、灵敏电流计G、滑动变阻器R和平行板电容器C组成的电路,开关S闭合。在下列四个过程中,灵敏电流计中有方向由a到b的电流的是(　　)
A.在平行板电容器中插入电介质B.减小平行板电容器两极板间的距离C.减小平行板电容器两极板的正对面积D.增大平行板电容器两极板的正对面积
【解析】选C。电容器保持和电源连接,电压U一定,在平行板电容器中插入电介质,由C= 知电容增大,由C= 知带电荷量增加,电容器充电,电路中有b到a方向的电流通过灵敏电流计,故A错误;减小平行板电容器两极板间的距离,由C= 知电容增大,由C= 知带电荷量增加,电容器充电,电路中有b到a方向的电流通
过灵敏电流计,故B错误;减小平行板电容器两极板的正对面积,由C= 知电容减小,由C= 知带电荷量减小,电容器放电,电路中有a到b方向的电流通过灵敏电流计,故C正确,同理D错误。
【规律方法】平行板电容器的动态分析方法由于平行板电容器的极板间距d、极板正对面积S或相对介电常数εr变化而引起电容器的C、Q、U、E变化的分析方法:(1)电容器保持与电源连接,U保持不变;电容器充电后断开电源,带电量Q不变。
(2)由公式C= 确定电容的变化。(3)由C= 的关系判定Q或U的变化。(4)由E= 确定电容器极板间场强的变化。
【探究训练】1.(多选)如图所示,平行板电容器的两极板A、B接于电池两极,一带正电的小球悬挂在电容器内部,闭合S,电容器充电,这时悬线偏离竖直方向的夹角为θ,下列说法中正确的是(　　)
A.保持S闭合,将A板向B板靠近,则θ增大B.保持S闭合,将A板向B板靠近,则θ不变C.断开S,将A板向B板靠近,则θ增大D.断开S,将A板向B板靠近,则θ不变
【解析】选A、D。保持S闭合,则电容器两极间的电压不变,由E= 可知,当A板向B板靠近时,E增大,θ增大,A正确,B错误;断开S,则两板带电荷量不变,由Q=CU= E可知,将A板向B板靠近,并不改变板间电场强度,故Q不变,D正确,C错误。
2.(多选)如图所示,C为中间插有电介质的电容器,a和b为其两极板,a板接地。P和Q为两竖直放置的平行金属板,在两板间用绝缘线悬挂一带电小球,P板与b板用导线相连,Q板接地。开始时悬线静止在竖直方向,在b板带电后,悬线偏转了角度。在以下方法中,能使悬线的偏角变大的是(　　)
A.缩小a、b间的距离B.加大a、b间的距离C.取出a、b两极板间的电介质D.换一块形状大小相同、介电常数更大的电介质
【解析】选B、C。由C= 知,减小a、b间的距离,即d↓,则C↑,又Q不变,C= ,故U↓,由E= 分析知,P、Q间的E↓,α变小,故B正确,A错误。取出a、b两极板间的电介质,相当于ε↓,则C↓,又Q不变,C= ,故U↑,P、Q间的E↑,α变大,故C正确,D错误,故选B、C。
3.如图所示是一个由电池、电阻R、开关S与平行板电容器组成的串联电路,开关S闭合。一带电液滴悬浮在两板间P点不动,下列说法正确的是(　　)
A.带电液滴可能带正电B.增大两极板距离的过程中,电阻R中有从a到b的电流,电容器中负电荷从B到AC.断开S,减小两极板正对面积的过程中,液滴将加速下降D.断开S,减小两极板距离过程中,液滴静止不动
【解析】选D。带电液滴在重力和电场力作用下处于平衡状态,电场力方向向上,电场方向向下,故液滴带负电,A选项错误。由C= 和Q=CU可知,当两极板间距离增大的过程中,C变小,所以Q变小,因此电容器放电,放电电流的方向从a到b,负电荷由B板经电源和电阻R流向A板,选项B错误。断开S,由C= ,Q=CU和U=Ed知
E= ,Q不变,S减小,C减小,所以E增大,电场力大于重力,液滴加速上升,C选项错误。由E= 知,Q不变,d减小,E不变,液滴静止不动,D选项正确。
【补偿训练】1.(多选)在如图所示电路中,A、B为两块竖直放置的金属板,G是一只静电计,开关S合上后,静电计指针张开一个角度。下述哪些做法可使指针张角增大(　　)
A.使A、B两板靠近一些B.使A、B两板正对面积错开一些C.断开S后,使B板向右平移拉开一些D.断开S后,使A、B正对面积错开一些
【解析】选C、D。图中静电计的金属杆接A板,外壳和B板均接地,静电计显示的是A、B两极板间的电压,指针张角越大,表示两极板间的电压越高,当合上S后,A、B两板与电源两极相连,板间电压等于电源电压,保持不变,静电计指针张角不变;当断开S后,板间距离增大,正对面积减小,都会使A、B两板间的电容变小,而电容器
所带电荷量不变,由C= 可知,板间电压U增大,从而静电计指针张角增大。故正确答案为C、D。
2.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的距离,故C正确。
3.(多选)如图所示,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,带电荷量为q的油滴处于静止状态,以下说法正确的是(　　)
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】选B、C。将S断开,电容器两极板上电荷量不变,板间场强不变,故油滴仍处于静止状态,故A错误;将A板左移,由E= 可知,E不变,油滴仍静止,而电容C变小,电容器两极板上电荷量Q=CU变小,电容器放电,则有由b→a的电流流过G,故B正确;将A板上移,由E= 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,油滴受的电场力增大,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。