第10章 第4节 电容器的电容-【名师导航】2024-2025学年高中物理必修第三册同步课件(人教版)

第十章　静电场中的能量 第4节　电容器的电容 2 学习 任务 1．知道电容器的概念，认识常见的电容器。 2．理解电容的概念及其定义式和决定式。 3．知道电容器在充、放电过程中电流与电压变化，会分析电荷量的变化及能量的变化情况。 4．知道平行板电容器电容的决定式，掌握改变平行板电容器电容大小的方法。 第4节　电容器的电容 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 3 关键能力·情境探究达成 01 知识点一　电容器 知识点二　电容 知识点三　常用电容器 第4节　电容器的电容 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 4 知识点一　电容器 1．平行板电容器：在两个相距____的平行金属板中间夹上一层____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。 提醒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)。 很近 绝缘 第4节　电容器的电容 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 2．电容器的充电和放电(如图所示) (1)充电：使电容器两个极板带上等量 异种电荷的过程叫作____。 (2)放电：使充电后的电容器两极板的异 种电荷中和的过程叫作____。 (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____在电容器中。 ②放电过程：电容器把储存的能量通过________转化为电路中其他形式的能量。 充电 放电 储存 电流做功 第4节　电容器的电容 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 照相机的电子闪光灯能发出强烈的闪光，这时通过闪光灯的电流相当大，有时可达几千安。照相机的电源能够提供的电流却非常小，为何电子闪光灯能发出强烈的闪光？ 提示：这是因为照相机中有电容器，照相机中的电源先给电容器充电，完成闪光灯的储能过程。当闪光灯被触发时，电容器中储存的能量释放出来，从而导致灯管内气体发出耀眼的白光。 第4节　电容器的电容 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 1．充电过程 电路如图所示，开关接1。 特点： (1)有电流，电流方向为流入电容器正极板，电流由大到小。 (2)电容器所带电荷量增加。 (3)电容器两极板间电压升高。 (4)电容器两极板间电场强度增加。 当电容器充电结束后，电容器所在电路中无电流，电容器两极板间电压与电源电压相等，两板间带等量异种电荷。 第4节　电容器的电容 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 2．放电过程 电路如图所示，开关接2。 特点： (1)有电流，电流方向是从电容器正极板流出，电流由大变小。 (2)电容器所带电荷量减少。 (3)电容器两极板间电压降低。 (4)电容器两极板间电场强度减弱。 当电容器放电结束后，电路中无电流。电容器的 放电过程实际上是正、负电荷中和的过程。 第4节　电容器的电容 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 【典例1】　把电容器、电流传感器、电阻、电源、单刀双掷开关按如图甲所示连接。先使开关S与1端相连，电源向电容器充电，然后把开关S掷向2端，电容器通过电阻R放电。与电流传感器相连接的计算机(图中未画出)可记录电流随时间变化的I-t图像，规定逆时针的电流流向为正。 如图乙所示是某次实验中与电流传感器相连接的计算机所记录的I-t图像，可判断出该图像记录的是电容器的 ________(选填“充电”或“放电”)过程。 请你用语言描述在此过程中电流随时间如 何变化：_____________。 第4节　电容器的电容 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 [解析]　由题图乙所示I-t图像可知，电流为正值，则电流流向沿逆时针方向，与电源提供的电流方向一致，即该图像记录的是电容器的充电过程，电容器所带电荷量逐渐增加。由图像可知，在此过程中，电流随时间的增加逐渐减小到零，且电流减小得越来越慢。 [答案]　充电　电流随时间的增加逐渐减小到零 第4节　电容器的电容 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 规律方法　 充放电I-t图像“面积”问题的处理方法如下：I-t图像“面积”的物理意义可借鉴v-t图像中获得的经验。“面积”的计算可用数格子的方法确定。 x＝vt，v-t图像的“面积”表示位移x；Q＝It，I-t图像的“面积”表示电荷量Q。“面积”的计算：计算格子数，不足半格的舍去，多于半格的算一格。 第4节　电容器的电容 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 [跟进训练] 1．某研究性学习小组做“用传感器观察电容器的充电和放电”的实验，把一个电容器、电流传感器、电阻、电源、单刀双掷开关按如图甲所示连接。先将开关S拨至1端，电源向电容器充电，然后将开关S拨至2端，电容器放电，与电流传感器相连接的计算机记录这一过程中电流随时间变化的I-t线，如图乙所示。 甲 乙 第4节　电容器的电容 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 (1)关于电容器的充、放电，下列说法正确的是________(填正确答案标号)。 A．电容器充、放电过程中，电路有变化电流　 B．电容器充、放电过程中，电路有恒定电流 C．电容器充电过程中，电源提供的电能全部转化为内能 D．电容器放电过程中，电容器中的电场能逐渐减小 √ √ 第4节　电容器的电容 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 [解析]　由I-t图像可知，电容器充、放电过程中，电路有变化电流，选项A正确，B错误；电容器充电过程中，电源提供的电能一部分转化为内能，一部分转变为电容器的电场能，选项C错误；电容器放电过程中，电容器中的电场能逐渐减小，选项D正确。 第4节　电容器的电容 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 (2)在形成电流曲线1的过程中，电容器两极板间的电压________；在形成电流线2的过程中，电容器的电容________。(均选填“逐渐增大”“不变”或“逐渐减小”) [解析]　在形成电流曲线1的过程中，电容器充电，则两极板间的电压逐渐增大；在形成电流线2的过程中，电容器的电容不变。 逐渐增大 不变 第4节　电容器的电容 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 (3)曲线1与横轴所围面积________(选填“大于”“等于”或“小于”)曲线2与横轴所围面积。 [解析]　曲线1表明的电容器充电的电量等于曲线2对应的电容器放电的电量，根据Q＝It可知，图像与坐标轴围成的面积等于电容器的充电或放电电量，则曲线1与横轴所围面积等于曲线2与横轴所围面积。 等于 第4节　电容器的电容 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 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_________之比。 2．定义式：C＝____。 3．物理意义：表征了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。 电势差U 第4节　电容器的电容 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 提醒 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。 第4节　电容器的电容 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 5．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。 长期正常工作 击穿 第4节　电容器的电容 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 6．平行板电容器 (1)电容的决定因素：电容C与两极板间的相对介电常数εr成____，跟极板的正对面积S成____，跟极板间的距离d成____。 (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。 正比 正比 反比 第4节　电容器的电容 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 如图甲所示是一个水杯，众所周知，我们用水杯的容积表征水杯容纳水的本领。如图乙所示是照相机的电子闪光灯的重要部件电容器，电容器是容纳电荷的一种装置。思考以下问题： (1)我们如何表征电容器容纳电荷的本领呢？ (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：(1)电容　(2)不对 第4节　电容器的电容 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 1．C＝是电容的定义式，由此也可得出：C＝。 2．电容器的电容决定于电容器本身，与电容器的电荷量Q以及电势差U均无关。 第4节　电容器的电容 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 3．两公式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 第4节　电容器的电容 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 4．平行板电容器动态变化的两类典型问题 (1)平行板电容器始终连接在电源两端：电势差U不变。 第4节　电容器的电容 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 (2)平行板电容器充电后，切断与电源的连接：电荷量Q保持不变。 第4节　电容器的电容 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 5．形象记忆法 针对两极板所带的电荷量保持不变的情况，还可以认为一定量的电荷对应着一定数目的电场线，如图甲、乙所示。Q一定时两极板间距离变化时，电场强度不变；两极板正对面积变化时，如图丙所示，电场线变密，电场强度增大。 甲　　　　　　乙　　　　　　　丙 第4节　电容器的电容 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 角度1　对电容器电容的理解 【典例2】　若使一已充电的电容器所带的电荷量减少q，其两极板间电压减少为原来的，则(　　) A．电容器原来所带电荷量为1.5q B．电容器的电容变为原来的 C．电容器原来的电压为1 V D．电容器完全放电后，电容变为零 √ 第4节　电容器的电容 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 A　[电容器的电容由电容器本身决定，与其两极板间电压和所带电荷量无关。电容器两极板间电压减少为原来的时，电容不变，由C＝知，电荷量减少为原来的，减少了，则Q＝q，可知电容器原来所带电荷量为Q＝1.5q，A正确，B错误；由于题中无电压和电容的具体数据，因此无法求出原来的电压，C错误；电容反映电容器本身的特性，电容器放电，电容器的电容不变，D错误。] 第4节　电容器的电容 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 易错警示 用比值法定义的物理量还有E＝、ρ＝、φ＝等，式中的E、ρ、φ并不随等号右边的物理量的变化而变化。 第4节　电容器的电容 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 [跟进训练] 2．(多选)下列关于电容的说法正确的是(　　) A．电容是反映电容器容纳电荷本领的物理量 B．电容器A的电容比B的大，说明A的带电荷量比B多 C．电容在数值上等于使两极板间的电势差为1 V时电容器需要带的电荷量 D．由公式C＝知，若电容器两极间电压为10 V，极板带电荷量为2×10-5 C，则电容器电容大小为5×105 F √ √ 第4节　电容器的电容 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 AC　[电容反映电容器容纳电荷本领的大小，A正确；电容器A的电容比B的大，只能说明电容器A容纳电荷的本领比B强，与是否带电无关，B错误；根据C＝可知，电容在数值上等于使两极板间的电势差为1 V时电容器需要带的电荷量，选项C正确；电压为10 V，电荷量为2×10-5 C时，电容C＝＝2×10-6 F，D错误。] 第4节　电容器的电容 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 角度2　平行板电容器的动态分析 【典例3】　研究与平行板电容器电容有关 因素的实验装置如图所示，下列说法正确的 是(　　) A．实验前，只用带电玻璃棒与电容器a板接触，能使电容器带电 B．实验中，只将电容器b板向上平移，静电计指针的张角变小 C．实验中，只在极板间插入有机玻璃板，静电计指针的张角变大 D．实验中，只增加极板带电荷量，静电计指针的张角变大，表明电容增大 √ 第4节　电容器的电容 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 [思路点拨]　通过题图，可以获得以下信息： (1)平行板电容器电荷量保持不变。 (2)静电计小球与外壳间电压和电容器两极间电压相同。 (3)静电计指针偏角与静电计小球和外壳间电压成正比。 第4节　电容器的电容 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 A　[当用带电玻璃棒与电容器a板接触，由于静电感应，从而在b板感应出等量的异种电荷，从而使电容器带电，故选项A正确；根据电容器的决定式C＝可知，将电容器b板向上平移，即正对面积S减小，则电容C减小，根据C＝可知，电荷量Q不变，则电压U增大，则静电计指针的张角变大，故选项B错误；根据电容器的决定式C＝可知，只在极板间插入有机玻璃板，则介电系数εr增大，则电容C增大，根据C＝可知，电荷量Q不变，则电压U减小，则静电计指针的张角减小，故选项C错误；根据C＝可知，电荷量Q增大，则电压U也会增大，但电容C不变，故选项D错误。] 第4节　电容器的电容 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 规律方法　分析电容器动态变化问题的思路 (1)确定不变量，分析是电压不变还是电荷量不变。 (2)用决定式C＝分析平行板电容器电容的变化。 (3)用定义式C＝分析电容器所带电荷量或两极板间电压的变化。 (4)用E＝分析电容器两极板间电场强度的变化。 第4节　电容器的电容 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 [跟进训练] 3．两个较大的平行金属板A、B相距为d，分别接在电压为U的电源正、负极上，这时质量为m、带电油滴恰好静止在两极之间，如图所示，在其他条件不变的情况下，如果将两极板缓慢地水平错开一些，那么在错开的过程中(　　) A．油滴将向上加速运动，电流计中电流从b流向a B．油滴将向下加速运动，电流计中的电流从a流向b C．油滴静止不动，电流计中的电流从a流向b D．油滴静止不动，电流计中的电流从b流向a √ 第4节　电容器的电容 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 C　[将两极板缓慢地水平错开一些，两极板的相对面积减小，由电容器电容的决定式C＝可知，电容器的电容减小，电容器两极板间的电压不变，由电容器电容定义式C＝可知，电容器所带电荷量减小，电容器处于放电状态，A极板带正电，则电流计中的电流从a流向b；两极板间的电压和距离不变，两极板间的电场强度不变，油滴受静电力不变，油滴仍静止不动，A、B、D错误，C正确。] 第4节　电容器的电容 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 4．如图所示，A、B为两块竖直放置的平行金属板，G是静电计，开关S闭合后，静电计指针张开一定角度。下述做法可使静电计指针张角增大的是(　　) A．使A板向左平移以增大板间距离 B．在A、B两板之间插入一块陶瓷板 C．断开S后，使B板向左平移以减小板间距离 D．断开S后，使B板向上平移以减小极板正对面积 √ 第4节　电容器的电容 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 D　[开关S闭合，电容器两端的电势差不变，则指针的张角不变，故A、B错误；断开S，电容器所带的电荷量不变，当B板向左平移减小板间距，根据平行板电容器的表达式C＝可知，电容增大，根据U＝知，电势差减小，则指针张角减小，故C错误；断开S，电容器所带的电荷量不变，使B板向上平移减小正对面积，电容减小，根据U＝知，电势差增大，则指针张角增大，故D正确。] 第4节　电容器的电容 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 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________发生变化，电容就随着改变。 正对面积 第4节　电容器的电容 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 【典例4】　下列电容器相关知识描述正确的是(　　) 第4节　电容器的电容 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 A．图甲为电容器充电示意图，充完电后电容器上极板带正电，两极板间的电压U等于电源的电动势E B．图乙为电容器放电示意图，放电过程中电流大小保持不变 C．图丙为电解电容器的实物图和符号，图丁为可变电容器及其符号，两种电容使用时都严格区分正负极 D．图戊中的电容器上有“5.5 V　1.0 F”字样，其中的5.5 V是电容器的击穿电压值 √ 第4节　电容器的电容 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 A　[题图甲为电容器充电过程，充完电后电容器上极板与电源的正极相连，同时两极板间的电压U等于电源的电动势E，故A正确；题图乙为电容器放电过程，放电过程中电流将逐渐减小，故B错误；题图丙为电解电容器的实物图和符号，题图丁为可变电容器及其符号，前者电容器使用时严格区分正负极，后者没有正负极之分，故C错误；题图戊中的电容器上有“5.5 V　1.0 F”字样，5.5 V是最大电压或额定电压，不是击穿电压，击穿电压大于5.5 V，故D错误。] 第4节　电容器的电容 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 [跟进训练] 5．(多选)关于以下四幅图中各元器件的功能的说法中，正确的是(　　) 第4节　电容器的电容 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 A．甲图所示的可变电容器，动片旋出时可以使其与定片正对面积变小，电容会变小 B．乙图所示装置的“莱顿瓶”，可以用来检验物体是否带有电荷 C．丙图中电容器与电源相连，此时电容器正处于放电过程 D．丁图所示的电容器，它表面所标1 000 μF表示电容器电容的大小 √ √ 第4节　电容器的电容 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 AD　[题图甲所示的可变电容器，动片旋出时可以使其与定片正对面积变小，由电容的决定式C＝可知，电容会变小，故A正确；题图乙所示装置的“莱顿瓶”主要用于贮存电能，不是用来检验物体是否带电的，故B错误；题图丙中电容器与电源相连，此时电容器正处于充电过程，故C错误；题图丁所示的电容器，1 000 μF表示电容器电容的大小，80 V表示电压最大值，故D正确。] 第4节　电容器的电容 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 学习效果·随堂评估自测 02 第4节　电容器的电容 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 48 1 2 3 4 1．某电容器上标有“1.5 μF　9 V”，则表示该电容器(　　) A．只有在9 V的电压下它的电容才是1.5 μF B．只有在9 V的电压时，电容器才能正常工作 C．所加的电压不应超过9 V D．当它的电压为4.5 V时，它的电容变为0.75 μF √ 第4节　电容器的电容 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 49 1 2 3 4 C　[电容器上标有“1.5 μF　9 V”，说明电容器的电容是1.5 μF，是电容器本身的特性，与电压无关，电压是9 V或4.5 V时，电容都是1.5 μF，A、D错误；9 V是电容器的额定电压，即能承担的最大电压，不是只有在9 V的电压时，电容器才能正常工作，B错误；9 V是电容器的额定电压，即能承担的最大电压，所加的电压不能超过9 V，但9 V不是击穿电压，C正确。] 第4节　电容器的电容 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 50 1 2 3 4 2．如图所示为研究电容器充、放电的实验电路图。实验时，先使开关S掷向1端，电源E对电容器C充电，经过一段时间，把开关S掷向2端，电容器C与电阻R相连，电容器放电。在开关S接通2端后的极短时间内，下列说法正确的是(　　) A．电容器所带电荷量和两极板间电压都增大 B．电容器所带电荷量和两极板间电压都减小 C．电容器所带电荷量增大，两极板间电压减小 D．电容器所带电荷量减小，两极板间电压增大 √ 第4节　电容器的电容 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 51 1 2 3 4 B　[开关S与1端相连时，电源对电容器充电，电容器所带电荷量不断增大，两极板间电压也不断增大；开关S与2端相连时，电容器放电，电容器所带电荷量减小，两极板间电压也在减小，B正确。] 第4节　电容器的电容 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 52 1 2 3 4 3．(多选)如图所示，指纹传感器在一块半导体基板上有大量相同的小极板，外表面绝缘。当手指的指纹一面与绝缘表面接触时，由于指纹凸凹不平，凸点处与凹点处分别与半导体基板上的小极板形成一个个正对面积相同的电容器，若每个电容器的电压保持不变，则(　　) A．指纹的凸点处与小极板距离近，电容小 B．指纹的凸点处与小极板距离近，电容大 C．手指挤压绝缘表面，电容电极间的距离减小，小极板带电荷量增大 D．手指挤压绝缘表面，电容电极间的距离减小，小极板带电荷量减小 √ √ 第4节　电容器的电容 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 53 1 2 3 4 BC　[根据电容的定义式C＝可知，指纹的凹点处与小极板距离远，电容小，指纹的凸点处与小极板距离近，电容大，故A错误，B正确；手指挤压绝缘表面，电容器两极间的距离减小，电容器的电压保持不变，根据C＝知，电容器的电容增大，由于电压U保持不变，因此小极板带电荷量Q增大，D错误，C正确。] 第4节　电容器的电容 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 54 1 2 3 4 4．如图(a)所示，甲同学利用电流表和电压表来观察电容器充、放电现象，所选用电流表的零刻度在表盘的正中央，指针可向左、右偏转，已知电流从该电流表的“＋”接线柱流入时，指针向右偏转，反之向左偏转。所选用的电压表的零刻度在表盘的最左侧。 第4节　电容器的电容 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 55 1 2 3 4 (1)为观察电容器C充电时的现象，应将单刀双掷开关S接________(选填“1”或“2”)。 [解析]　充电时必须将电容器接电源，故将单刀双掷开关拨向1。 1 第4节　电容器的电容 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 56 1 2 3 4 (2)(多选)在利用图(a)所示电路进行实验时，下列操作或现象正确的是______。 A．连接电路时，电压表的下端为“＋”接线柱 B．电容器C在放电时，电流表指针向左偏转 C．电容器C在放电时，电流表指针忽左忽右偏转 D．电容器C充电结束后，电压表示数等于电源电动势E [解析]　由电路图可知，电压表的下端应为“－”接线柱，A错误；由于电流从电流表的“＋”接线柱流入时，指针向右偏转，反之向左偏转；而电容器C放电时电流从电流表的“－”接线柱流入，电流表指针向左偏转，B正确；电容器放电时电流方向不变，电流表指针不可能忽左忽右，C错误；电容器C充电结束后，电压表示数等于电源电动势E，D正确。故选BD。 √ √ 第4节　电容器的电容 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 57 1 2 3 4 (3)乙同学用图(b)所示电路来观察电容器C放电现象：他利用电流传感器采集放电过程电路中的电流，并输入计算机，得到了图(c)所示的电流i与时间t的关系图像。已知该同学所选用的直流电源电动势E＝8 V。 第4节　电容器的电容 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 58 1 2 3 4 ①通过i-t图像可以发现：电容器放电时，电路中的电流减小得越来越________(选填“快”或“慢”)。 ②已知图(c)所示中图线与坐标轴所围成图形的面积表示电容器放电过程中所释放的电荷量，每一小格面积表示的电荷量为8×10-5 C，据此可求出电容器放电前所带电荷量Q＝_________ C。 慢 3.2×10-3 第4节　电容器的电容 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 59 1 2 3 4 ③乙同学改变电源电动势，重复多次上述实验，得到电容器在不同电压U下所带的电荷量Q，并作出Q -U图像，则图像应是________。 ④乙同学在实验中所选用的电容器的电容C＝________ F。 A　　　　B　　　　　C　　　　D √ 4.0×10-4 第4节　电容器的电容 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 60 [解析]　①从图(c)中可以看出放电时电流减小得越来越慢(斜率的绝对值表示电流的变化快慢)。 ②可数出图线与坐标轴所围成图形有40小格，所以电容器放电前所带电荷量为 Q＝40×8×10-5 C＝3.2×10-3 C。 ③对一个特定的电容器，其带电荷量与电压成正比，B正确。 ④根据电容的定义可得 C＝ F＝4.0×10-4 F。 1 2 3 4 第4节　电容器的电容 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 61 回归本节知识，自我完成以下问题： 1．不同的电容器，Q与U的比值一样吗？ 提示：不同的电容器用同一电源充电，电荷量不同，即Q与U的比值不同。 2．平行板电容器的电容由哪些因素决定？ 提示：与两极板的正对面积S，两极板间的距离d、两极板间插入的电介质有关。 第4节　电容器的电容 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 3．平行板电容器电容的决定式怎样表达？ 提示：C＝，式中k为静电力常量。 第4节　电容器的电容 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 阅读材料·拓展物理视野 03 第4节　电容器的电容 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 64 超级电容器 超级电容器，又叫双电层电容器、黄金电容、法拉电容，它能通过极化电解质来储能。它是一种电化学元件，但在其储能的过程中并不发生化学反应，这种储能过程是可逆的，因此超级电容器可以反复充、放电数十万次。 第4节　电容器的电容 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 超级电容器可以被视为悬浮在电解质中的两个无反应活性的多孔电极板，在极板上加电压，正极板吸引电解质中的负离子，负极板吸引正离子，实际上形成两个容性存储层，被分离开的正离子在负极板附近，负离子在正极板附近。 超级电容器为何不同于传统电容器，其“超级”在哪里呢？ 超级电容器在分离出的电荷中存储能量，用于存储电荷的面积越大，分离出的电荷越密集，其电容量越大。 第4节　电容器的电容 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 传统电容器的面积是导体的平板面积，为了获得较大的容量，导体材料卷制得很长，有时用特殊的组织结构来增加它的表面积。传统电容器是用绝缘材料分离它的两极板，一般为塑料薄膜、纸等，这些材料通常要求尽可能薄。 超级电容器的面积是基于多孔炭材料，该材料的多孔结构允许其面积达到2 000 m2/g，通过一些措施可实现更大的表面积。超级电容器电荷分离开的距离是由被吸引到带电电极的电解质离子尺寸决定的。该距离比传统电容器薄膜材料所能实现的距离更小。 第4节　电容器的电容 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 这种庞大的表面积再加上非常小的电荷分离距离，使得超级电容器较传统电容器而言有惊人大的静电容量，这也是其“超级”所在。 超级电容器与其体积相当的传统电容器相比可以存储更多的能量，电池与其体积相当的超级电容器相比可以存储更多的能量。在一些功率决定能量存储器件尺寸的应用中，使用超级电容器是一种更好的途径。 问题　研究多因素问题时，应当采用什么方法进行实验？ 提示：控制变量法。 第4节　电容器的电容 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 $$