(教用word)第2章 第5节 科学探究：电容器-【提分教练】2022-2023学年新教材高中物理必修第三册(鲁科版2019)

第5节　科学探究：电容器 学业要求＋核心素养 1．知道电容器的概念，理解电容器的充、放电现象。(物理观念) 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。(物理观念) 3．掌握平行板电容器电容与哪些因素有关，并能用其进行电容器的动态分析。(科学思维) 一、观察电容器的充、放电现象 1．基础梳理 (1)电容器：能储存电荷的电学元件。 (2)平行板电容器：两块彼此绝缘的平行金属板可组成最简单的电容器，即平行板电容器。 2．尝试探究 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。电路图如图所示。 (1)当单刀双掷开关置于1时会发生什么现象？此过程中能量怎样转化？ 提示：此时原本不带电的电容器的两个极板与电源的正负极相连，电路中有短暂电流通过。从而使两极板带上等量的异种电荷，如图所示。使电容器两极板带上等量异种电荷的过程叫作充电。 电容器充电的过程，就是两极板带上电荷的过程，也就是极板间建立电场、产生电势差、储存电场能的过程。此过程中电能转化为电场能。 (2)充电结束后当单刀双掷开关置于2时会发生什么现象？此过程中能量怎样转化？ 提示：充电结束后当单刀双掷开关置于2时，将原本带电的电容器两极板连接起来，由于电路中有电势差，有电流通过。两极板上的电荷最后中和，两极板间的电场、电势差消失，如图所示，这个过程叫作放电。 放电过程中，在两极板上电荷越来越少，电场越来越弱，电势差越来越小，最后电荷量变为零，电势差变为零，储存的电场能变为零。此过程中电场能转化为电能。 二、电容器的电容 1．基础梳理 (1)电容的定义式：C＝，单位换算：1 F＝106μF＝1012pF。 (2)平行板电容器电容的决定式：C＝，εr为电介质的相对介电常数。 2．尝试探究 如图所示，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。 (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：由Q＝CU可知，由于极板上的电荷量Q几乎不变，所以电容器的电容C与电压U成反比，而电压U的大小与静电计指针的偏转角度θ成正比，即两个导体间的待测电压U通过静电计指针的偏转角度θ显示出来：θ变大，电压U增大，说明C减小；θ变小，电压U减小，说明C增大。 (3)怎样通过实验探究平行板电容器的电容与各因素的关系？ 提示：①保持极板上的电荷量Q和两极板间距离d不变，改变两极板的正对面积S，S越大，静电计指示的电势差越小。分析可知：S越大，U越小，则C越大。 ②保持极板上的电荷量Q和两极板的正对面积S不变，改变两极板间的距离d，d越小，静电计指示的电势差越小。分析可知：d越小，U越小，则C越大。 ③保持Q、S、d都不变，在两极板中间插入电介质，静电计指示的电势差减小。分析可知：插入电介质，U减小，C增大。 三、常见电容器及其应用 1．基础梳理 (1)电容器的分类 按电介质分：空气电容器、云母电容器、纸质电容器、陶瓷电容器、涤纶电容器、电解电容器等。 按电容是否可变分：可变电容器和固定电容器等。 (2)应用：监测水位等。 2．尝试探究 如图所示是几种常见的电容器。 (1)图片中电容器上标的电压是什么电压？ 提示：电容器正常工作时两极板上的最大电压，称为额定电压。 (2)加在电容器的两个电极间的电压有数值限制吗？ 提示：加在电容器的两个电极间的电压不能超过某一限度，超过这一限度电介质将被击穿，电容器损坏，这个极限电压称为击穿电压。 (3)在生活中，电容器的应用十分广泛。你知道电容器有哪些应用吗？ 提示：照相机的闪光灯，监测水位，驻极体话筒等。 1．判断(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)电容器是储存电荷和电能的容器，只有带电的容器才称为电容器。 (×) 提示：电容器是能够储存电荷的装置，与是否带电无关。 (2)电容表示电容器容纳电荷本领的强弱。 (√) (3)电容与电容器所带电荷量成正比。 (×) 提示：电容与电容器所带电荷量无关，是由电容器本身的物理条件决定的。 (4)其他条件不变时，平行板电容器的电容随极板正对面积的增大而增大。 (√) 2．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 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所带电荷量改变的多少)大小，而不表示容纳电荷的多少或带电荷量的多少，故选项D对，选项A、B、C错。 3．某电容器上标有“25 μF　450 V”字样，下列对该电容器的说法正确的是(