第10章 4.电容器的电容-（课件）【赢在微点】轻松课堂2023-2024学年新教材高中物理必修 第三册（人教版）

高中物理 必修 第三册 赢在微点 轻松课堂 物理 第十章 静电场中的能量 4.电容器的电容 4 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 4.电容器的电容 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 —— —— 稳健启程 新知初步构建 课前·新知初探 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 4.电容器的电容 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 4.电容器的电容 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 4.电容器的电容 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 4.电容器的电容 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 4.电容器的电容 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 4.电容器的电容 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 4.电容器的电容 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 4.电容器的电容 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 4.电容器的电容 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 13 —— —— 细研深究 萃取知识精华 课堂·合作探究 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 4.电容器的电容 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 4.电容器的电容 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 4.电容器的电容 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 4.电容器的电容 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 4.电容器的电容 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 4.电容器的电容 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 4.电容器的电容 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 20 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 4.电容器的电容 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 4.电容器的电容 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 4.电容器的电容 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 23 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 4.电容器的电容 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 4.电容器的电容 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 4.电容器的电容 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 26 —— —— 即时训练 巩固当堂所学 随堂·达标自测 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 4.电容器的电容 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 4.电容器的电容 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 4.电容器的电容 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 4.电容器的电容 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 4.电容器的电容 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 31 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 4.电容器的电容 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 4.电容器的电容 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 33 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 4.电容器的电容 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 4.电容器的电容 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 4.电容器的电容 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 36 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。 2.理解电容的定义及定义方法,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。 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。 触摸屏又称为“触控面板”,是一种可接收触头等输入信号的感应式液晶显示装置。计算机、手机的触摸屏很多采用的是电容式触摸屏,如图所示。 电容式触摸屏是通过改变什么物理量来感应到输入信息的呢? 知|识|梳|理 一、电容器和电容 1.电容器。 (1)电容器:两个彼此___________又相距___________的导体组成一个电容器。 (2)电容器的电荷量:电容器两块金属板上带上___________的异种电荷,任意一块极板所带的电荷量的绝对值,叫作电容器的电荷量。 绝缘 很近 等量 放电 电场能 (3)电容器的充电和放电。 ①充电:把电容器的两个极板带上___________电荷,这个过程叫作充电。如图甲所示。充电过程中由电源获得的___________储存在电容器中。 ②放电:用导线把充电后的电容器的两极板接通,两极板上的电荷___________,电容器又不带电了,这个过程叫作___________。如图乙所示。放电过程___________转化为其他形式的能量。 　 　 甲　 　　　　　乙 等量异种 电能 中和 法 106 1012 2.电容。 (1)物理意义:描述电容器储存电荷能力的物理量。 (2)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的___________,叫作电容器的电容。 (3)定义式:___________。 (4)在国际单位制中,电容的单位是___________,简称___________,符号是F。常用单位还有微法(μF)和皮法(pF),数量值关系:1 F=________ μF=________pF。 比值 C= 法拉 正比 反比 二、平行板电容器的电容和常用电容器 1.平行板电容器的电容。 (1)结构:由两块彼此___________、互相靠近的___________金属板组成,是最简单的,也是最基本的电容器。 (2)决定因素:平行板电容器的电容与两平行极板正对面积S成___________,与电介质的相对介电常数εr成___________,与极板间距离d成___________。 (3)表达式:C=。式中k为静电力常量。 绝缘 平行 正比 长期正常工作 击穿 2.常用电容器。 (1)分类。 (2)电容器的额定电压和击穿电压。 ①额定电压:电容器能够_______________时的电压。 ②击穿电压:电介质被___________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。 √ 预|习|自|检 1.判断正误(正确的画“√”,错误的画“×”) (1)电容大的电容器带电量一定多。( ) (2)电容器所带的电荷量Q是指电容器的一个极板上所带电荷量的绝对值。( ) (3)电容器外壳上标的是额定电压。( ) (4)电解电容器使用时,正、负极不能接反。( ) (5)平行板电容器间插入电介质时电容变大。( ) × √ √ √ 2.如图所示,电源A两端的电压恒为6 V,电源B两端的电压恒为8 V,当开关S从与A连接扳到与B连接时,通过电流计的电荷量为1.2×10-5 C,则电容器的电容为(　　) A.2×10-5 F　　　　 B.1.5×10-6 F C.6×10-4 F D.8.6×10-7 F 答案与解析 解析　当开关S与A连接时,电容器上极板带正电,所带电荷量Q=CUA,当开关S扳到与B连接时,电容器上极板带负电,所带电荷量Q'=CUB,该过程中通过电流计的电荷量ΔQ=Q +Q'=C(UA+UB)=1.2×10-5 C,解得电容C≈8.6×10-7 F,D项正确。 答案　D 探究一 电容器和电容 1. 两公式C=与C=的比较。 公式 C= C= 公式 特点 定义式 决定式 意义 对某电容器Q∝U,但=C不变,反映电容器容纳电荷的本领 平行板电容器,C∝εr,C∝S,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εr、S、d等因素)来决定 2.通过Q-U图像来理解C=,如图所示,在Q-U图像中,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=,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。 【例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,两极间电压升高10 V,则电容器的电容无法确定 答案与解析 解析　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项正确;电容器所带的电荷量指任一极板电荷量的绝对值,B项错误;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项错误;C==,可求电容器的电容,D项错误。 答案　A 电容器的电容反映电容器本身容纳电荷的本领,与其是否带电及带多少电荷无关。 【针对训练1】　某电容器上标有“100 μF　220 V”(如图所示),则(　　) A.该电容器加的电压可以长时间高于220 V B.该电容器加上110 V电压时,其电容为50 μF C.该电容器加上220 V电压时,其所带电荷量为2.2×10-2 C D.该电容器的最大电容为100 μF,当其带电荷量较少时,电容小于20 μF 答案与解析 解析　220 V是该电容器的额定电压,是可以长时间工作的最大电压,所以该电容器不能长时间工作在大于220 V的电压下,故A项错误;电容器的电容与电容器板间电压无关,加电压或不加电压、电荷量多或少时,电容都是100 μF,故B、D两项错误;该电容器加上220 V电压时,其所带电荷量为Q=UC=220×100×10-6 C=2.2×10-2 C,故C项正确。 答案　C 探究二 平行板电容器的动态分析 1.分析方法:抓住不变量,分析变化量。其理论依据是: (1)电容器电容的定义式C=。 (2)平行板电容器内部是匀强电场,E=。 (3)平行板电容器电容的决定式C=。 2.两种典型题型。 (1)电压不变型:若电容器始终与电源相连,这时电容器两极板间的电压是不变的,以此不变量出发可讨论其他量的变化情况。 (2)电荷量不变型:若电容器在充电后与电源断开,这时电容器两极板上的电荷量保持不变,在此基础上讨论其他量的变化。 【例2】　用控制变量法,可以研究影响平行板电容器电容的因素(如图所示)。设两极板正对面积为S,极板间的距离为d,静电计指针偏角为θ。实验中,极板所带电荷量不变,若(　　) A.保持S不变,增大d,则θ变大 B.保持S不变,增大d,则θ变小 C.保持d不变,减小S,则θ变小 D.保持d不变,减小S,则θ不变 答案与解析 解析　静电计指针偏角体现电容器两板间电压大小。由题知,电容器电荷量Q保持不变,C= =。保持S不变,增大d,则C减小,U增大,偏角θ增大,A项正确,B项错误;保持d不变,减小S,则C减小,U增大,偏角θ也增大,故C、D两项均错误。 答案　A (1)静电计是在验电器的基础上改造而成的,静电计由相互绝缘的两部分组成,静电计与电容器的两极板分别连接在一起,则电容器上的电势差就等于静电计上所指示的电势差U,U的大小从静电计的刻度读出,可见,静电计指针的变化表征了电容器两极板电势差的变化。 (2)静电计本身也是一个电容器,但静电计容纳电荷的本领很弱,即电容很小,当带电的电容器与静电计连接时,可认为电容器上的电荷量保持不变。 【针对训练2】　如图所示,水平放置的平行板电容器,闭合开关与稳压直流电源连接,下板固定,当上板在AB位置时,一个带电油滴刚好静止在电容器的中点,现在断开开关,使上板在AB位置与A'B'位置之间上下往复移动,以下关于带电油滴的运动描述正确的是(　　) A.油滴在电容器两极板间上下往复运动 B.油滴始终向下极板运动最后到达下极板 C.油滴始终处于静止状态 D.上板向上移动时,油滴做加速运动;上板向下移动时,油滴做减速运动 答案与解析 解析　带电油滴刚好悬浮静止在电容器的中点,说明油滴所受重力和电场力等大反向,即Qe =mg。断开开关后,当上板在AB位置与A'B'位置之间上下往复移动时,不管上板在哪个位置(除AB位置外),两极板的带电荷量Q为定值,板间的电场强度为E==不变化,所以总有qE=mg,油滴所受的合力仍为零,油滴始终处于静止状态,C项正确。 答案　C 1.下列关于电容器的叙述正确的是(　　) A.电容器是储存电荷的容器,只有带电的容器才是电容器 B.任何两个彼此绝缘且相距很近的物体都组成了电容器 C.电容器所带电荷量是指两个极板带电荷量绝对值之和 D.电容器充电过程是将其他形式的能转变成电容器的电能并储存起来,电容器放电过程是将电容器储存的电能转化为其他形式的能 答案与解析 解析　电容器是储存电荷的容器,与其是否带电无关,A项错误;任何两个彼此绝缘而又相距很近的导体组成一个电容器,B项错误;电容器所带的电荷量指任一极板所带电荷量的绝对值,C项错误;电容器的充、放电伴随能量转化,D项正确。 答案　D 2.一平行板电容器,带电荷量为Q,两极板电势差为U,若带电荷量变为2Q,则(　　) A.电容变为原来的2倍,两极板电压不变 B.电容变为原来的倍,两极板电压不变 C.电容不变,两极板电压是原来的倍 D.电容不变,两极板电压是原来的2倍 答案与解析 解析　电容大小与电容器所带电荷量无关,故增大电荷量时电容不变,由Q=UC可知,两极板电压是原来的2倍,D项正确,A、B、C三项错误。 答案　D 3.如图所示,一平行板电容器的两极板与一电压恒定的电源相连,极板水平放置,极板间距为d;在下极板上叠放一厚度为l的金属板,其上部空间有一带电粒子P静止在电容器中。当把金属板从电容器中快速抽出后,粒子P开始运动。重力加速度为g。粒子运动的加速度为(　　) A.g B.g C.g D.g 答案与解析 解析　带电粒子在电容器两极板间时受到重力和电场力的作用,最初处于静止状态,由二力平衡条件可得mg=q;当把金属板从电容器中快速抽出后,电容器两极板间的电势差不变,但两极板间的距离发生了变化,引起电场强度发生了变化,从而电场力也发生了变化,粒子受力不再平衡,产生了加速度,根据牛顿第二定律得ma=mg-q,两式联立可得a=g,A项正确。 答案　A 4.(多选)传感器是一种采集信息的重要器件,如图是一种测定压力的电容式传感器,当待测压力F作用于可动膜片电极上时,可使膜片产生形变,引起电容的变化,将电容器、灵敏电流计和电源串联接成闭合电路,那么(　　) A.当F向上压膜片电极时,电容将减小 B.当F向上压膜片电极时,电容将增大 C.若电流计有示数,则压力F发生变化 D.若电流计有示数,则压力F不发生变化 答案与解析 解析　当压力向上时,膜片电极将向上弯曲,使电容器两个极之间距离减小,电容增大,故A项错误,B项正确;当压力F发生变化时,电容器的电容发生变化,电容器会不断地充放电,所以电流计有示数,当压力不变时,因为电压恒定,电容器带电量不会发生变化,电流计无示数,故C项正确,D项错误。 答案　BC 　　基于人的指纹具有唯一性和终身不变性的特点,科学家们发明了指纹识别技术。目前许多国产手机都有指纹解锁功能,常用的指纹识别传感器是电容式传感器,如图所示。指纹的凸起部分叫作“嵴”,凹下部分叫作“峪”,传感器上有大量面积相同的小极板,当手指贴在传感器上时,这些小极板和与之正对的皮肤表面就形成了大量的小电容器,由于距离不同,所以这些小电容器的电容不同。此时传感器给所有的小电容器充电达到某一电压值,然后开始放电,其中电容值较小的小电容器放电较快,于是根据放电快慢的不同,就可以探测到嵴和峪的位置,从而形成指纹的图像数据。 【快乐体验】　半导体指纹传感器,多用于手机、电脑、汽车等设备的安全识别,如图所示。传感器半导体基板上有大量金属颗粒,基板上的每一点都是小极板,其外表面绝缘。当手指的指纹一面与绝缘表面接触时,由于指纹凹凸不平,凸点处与凹点处分别与半导体基板上的小极板形成正对面积相同的电容器,使每个电容器的电压保持不变,对每个电容器的放电电流进行测量,即可采集指纹。指纹采集过程中,下列说法正确的是(　　) A.指纹的凹点处与小极板距离远,电容大 B.指纹的凸点处与小极板距离近,电容小 C.手指挤压绝缘表面,电容器两极间的距离减小,电容器带电量增大 D.手指挤压绝缘表面,电容器两极间的距离减小,电容器带电量减小 答案与解析 解析　由C=知指纹的凸点处与小极板距离近,电容大,指纹的凹点处与小极板距离远,电容小,故A、B两项错误;由Q=CU、C=可知手指挤压绝缘表面,电容器两极间距离减小,电容变大,电容器带电量增大,故C项正确,D项错误。 答案　C $$