10.4电容器的电容-【堂堂清】2023-2024学年高二物理同步易混易错（人教版2019必修第三册）

第十章 静电场中的能量 第四节 电容器的电容 [核心素养·明目标] 核心素养 学习目标 物理观念 (1)理解电容的概念，知道电容的单位。 (2)了解电容器的类型、特性及作用。 科学思维 (1)通过实验，观察电容器在充、放电过程中电流与电压变化，分析电荷量变化及能量变化情况。 (2)了解影响平行板电容器电容大小的因素。 科学探究 通过实验探究电容器两极板间电势差与所带电荷量关系和用物理量之比定义电容的过程。 科学态度与责任 寻找电容器在生活中的应用，体会物理服务与生活。 知识点一　　电容器 1.定义：能储存电荷和电能的装置叫做电容器 2.平行板电容器：在两个相距很近的平行金属板中间夹上一层绝缘物质——电介质(空气也是一种电介质)，就组成一个最简单的电容器，叫作平行板电容器。 注意：对于一个孤立的导体(例如一个金属球)，它也有容纳电荷的本领，它的另一个电极可认为是在无限远处(或是大地)。 3.电容器的充、放电现象 把直流电源、电阻、电容器、电流表、电压表以及单刀双掷开关组装成实验电路。如图所示。 电容器的充、放电 (1)充电：把开关S接1，电源给电容器充电，电容器两极所带电荷量逐渐增大，电流表示数减小，电压表示数增大，当电流表示数为0，电压表示数不变时，电容器充电结束。 (2)放电：把开关S接2，电容器对电阻R放电，电流表示数减小，电压表示数减小，当电流表示数为0，电压表示数为0时，放电结束。 (3)电容器充、放电过程中能量的变化 ①充电过程：电源的能量不断储存在电容器中。 ②放电过程：电容器把储存的能量通过电流做功转化为电路中其他形式的能量。 4.电容器所带电荷量是指一个极板所带电荷量的绝对值。 知识点二　电容 1.定义：电容器所带的电荷量Q与电容器两极板之间的电势差U之比。 2.定义式：C＝。 3.物理意义：表征电容器储存电荷本领的特性。 4.单位：在国际单位制中，电容的单位是法拉(F)，另外还有微法(μF)和皮法(pF)，1 μF＝10－6 F,1 pF＝10－12 F。 电容器的电容是反映其容纳电荷本领的物理量，由电容器本身的性质决定，与电容器是否带电、所带电荷量Q和两极板间的电势差U均无关。 5.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。 6.平行板电容器 (1)电容的决定因素：实验表明，电容C与两极板间的相对介电常数εr成正比，跟极板的正对面积S成正比，跟极板间的距离d成反比。 (2)电容的决定式：C＝，εr为电介质的相对介电常数。当两极板间是真空时，C＝，式中k为静电力常量。 知识点三 常用电容器 1．固定电容器 (1)定义：电容固定不变的电容器。 (2)分类：聚苯乙烯电容器和电解电容器。 2．可变电容器：由两组铝片组成，固定的一组铝片叫作定片，可以转动的一组铝片叫作动片。转动动片，使两组铝片的正对面积发生变化，电容就随着改变。 易错易混点1.电容器的充放电规律 易错易混点辨析： 电容器的放电过程：如图所示，当开关S接1时，电容器接通电源，在静电力的作用下自由电子从正极板经过电源向负极板移动，正极板因失去电子而带正电，负极板因获得电子而带负电。正、负极板带等量的正、负电荷。电荷在移动的过程中形成电流。在充电开始时电流比较大，以后随着极板上电荷的增多，电流逐渐减小，当电容器两极板间电压等于电源电压时电荷停止定向移动，电流I＝0。 电容器的放电过程：如图所示，当开关S接2时，电容器通过电阻R放电，放电电流由电容器的正极板经过电阻R流向电容器的负极板，电容器正、负极板上电荷发生中和。放电开始时电流较大(选填“大”或“小”)，随着两极板上的电荷量逐渐减小，电路中的电流逐渐减小，两极板间的电压也逐渐减小到零。 例1.在如图所示实验中，关于平行板电容器的充、放电，下列说法正确的是(　　) A.开关接1时，平行板电容器充电，且上极板带正电 B.开关接1时，平行板电容器充电，且上极板带负电 C.开关接2时，平行板电容器充电，且上极板带正电 D.开关接2时，平行板电容器充电，且上极板带负电 解析：选A。开关接1时，平行板电容器充电，上极板与电源正极相连而带正电，A正确，B错误；开关接2时，平行板电容器放电，放电结束后上、下极板均不带电，C、D错误。 例2.电流传感器可以像电流表一样测量电流，不同的是反应比较灵敏，且可以和计算机相连，能画出电流随时间的变化图像，图甲是用电流传感器观察电容器充、放电过程的实验电路图，图中电源电压为6 V(已知电流I＝)。 先使开关S与1接通，待充电完成后，再把开关S与2接通，电容器通过电阻放电，电流传感器将电流信息传入计算机，显示出电流随时