10.4 第1课时　电容器的电容 课件 -2026届高考物理一轮复习

4　电容器的电容 第1课时　电容器的电容 1.了解电容器的结构,知道电容器的作用以及电容的意义,形成物理观念。2.理解电容的定义式,掌握平行板电容器电容的影响因素,能够分析解答有关的问题,提高科学思维能力。3.经历平行板电容器电容影响因素的探究过程,体会其中蕴含的思想方法,培养科学探究能力。 4.体会电容器在实际生活中的广泛应用,培养探究新事物的兴趣,培养科学态度与责任。 [定位·学习目标]　 探究·必备知识 知识点一　电容器 「探究新知」 1.组成:由两个彼此 又相距 的导体组成。 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 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。 绝缘 很近 绝缘 3.充、放电过程 (1)充电过程:在电容器两极板之间加直流电压,两极板的 增加,极板间电场强度 ,电源的 不断储存在电容器中。 (2)放电过程:两极板的电荷量减少,极板间电场强度减小,储存的能量通过 转化为电路中其他形式的能量。 电荷量 增大 能量 电流做功 「新知检测」 [判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”] (1)两个相互靠近的绝缘体也可以组成电容器。(　 　) (2)任何两个彼此绝缘而又相互靠近的导体组成了电容器。(　 　) (3)电容器放电的过程是两极板电荷消灭的过程。(　 　) (4)电容器的充电过程是将电源的能量转化成电容器的电能并储存起来。 (　 　) × √ × √ 知识点二　电容　常用电容器 「探究新知」 1.定义:电容器所带的 与电容器两极板之间的电势差U之比,公式为C= ,它在数值上等于两极板间的电势差为 时电容器需要带的 。  2.物理意义:表征电容器 的特性。 3.单位:在国际单位制中,电容的单位是法拉(F),常用的单位还有微法(μF)和皮法(pF)。1 F= μF= pF。 电荷量Q 1 V 电荷量 储存电荷 106 1012 4.电容器的两种电压 (1)额定电压:电容器外壳上标的工作电压。 (2)击穿电压:电介质被 时的极限电压。 击穿 5.平行板电容器的电容 (1)影响因素:减小平行板电容器两极板的 、 两极板之间的距离都能减小平行板电容器的电容,而在两极板之间插入电介质,却能 平行板电容器的电容。反之亦然。 正对面积 增大 增大 (2)表达式:当两极板之间是真空时C= ,其中k为静电力常量;当两极板之间充满同一种电介质时C= ,其中εr叫作电介质的 介电常数。 相对 6.常见电容器分类 (1)从构造上分为 和 两类。 ①固定电容器有聚苯乙烯电容器和 电容器。 ②可变电容器由两组 组成,分别称为动片和定片。 (2)超级电容器。 ①原理:根据 原理研发。 ②特点: 得到巨大提升,充电时间短,储存电能多,放电功率大,使用寿命长。 固定电容器 可变电容器 电解 铝片 电化学 容量 「新知检测」 [判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”] (1)电容器所带的电荷量Q越多,它的电容C就越大,C与Q成正比。(　 　) (2)电容器不带电时,其电容为零。(　 　) (3)电容器的电容大小与电容器的带电情况无关。(　 　) (4)其他条件不变,若同时增大极板正对面积和极板间距离,其电容一定增大。 (　 　) × × √ × 突破·关键能力 要点一　对电容器充、放电过程的理解 「要点归纳」 1.充电过程 (1)电路如图所示。 (2)特点。 ①电流方向为由电源正极流入电容器正极板,电流由大变小。 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大。 ⑤充电结束后,电路中无电流,两极板间电压与电源电压相等。 2.放电过程 (1)电路如图所示。 (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小。 ⑤放电结束后,电路中无电流,电容器所带电荷量为0,两极板间电场强度为0。 「典例研习」 [例1] (电容器的充、放电现象)(2025·四川广安模拟)如图甲所示为某电容器的充、放电过程示意图。电路中的电流传感器可以捕捉瞬时的电流变化,它与计算机相连,可显示电流随时间的变化规律。电源输出电压为U=7.5 V,充电前电容器带电荷量为零,先使S与“1”端相连,电源向电容器充电,充电结束后,使S与“2”端相连,直至放电完毕。计算机记录的电流随时间变化的 I-t 图像如图乙所示,下列说法正确的是(　　) [A]在电容器充电与放电过程中,通过电阻R0的电流方向相同 [B]图乙中阴影部分的面积S1<S2 [C]若S1=1 000 mA·s,则该电容器的电容值约为0.133 F [D]由甲、乙两图可判断阻值R1>R2 C 要点二　对电容器电容的理解 「情境探究」 如图所示是一个标有容积刻度的水杯,其容积由水杯的构造决定。作为储存电荷的容器——电容器,其容纳电荷本领的大小是由其自身构造决定,还是由外界因素决定? 【答案】 与水杯容纳水的多少由自身构造决定相同,电容器容纳电荷本领的大小与外界因素无关,由电容器本身构造决定。 「要点归纳」 「典例研习」 [例2] (对电容的理解)有一电解电容器如图所示,外壳上标有“1 000 μF　10 V”。下列关于该电容器的说法正确的是(　　) [A]该电容器只有在10 V电压下才能正常工作 [B]当所加电压为5 V时,该电容器的电容为500 μF [C]该电容器能容纳的电荷量最多为1.0×10-3 C [D]该电容器所带的电荷量与两极间电压成正比 D D 要点三　平行板电容器的电容及动态分析 「情境探究」 电容式触摸屏的结构示意图如图所示。 (1)若电容器两极板接在电源上,用手按外屏时,两极板间的距离减小,电容怎么变化?电容器带电荷量怎么变化? 【答案】 (1)电容器两极板间的电压不变,两极板间的距离减小时,电容增大,电容器带电荷量增加。 (2)若电容器充电后与电源断开,用手按外屏时,两极板间的距离减小,电容器两极板间的电压怎么变化? 【答案】 (2)电容器带电荷量不变,两极板间的距离减小时,电容器的电容增大,两极板间的电压减小。 「要点归纳」 1.平行板电容器动态变化问题的分析方法 (2)对于接入电路中的平行板电容器,当自身结构发生变化时会出现充、放电现象,若极板间电压变小时,电源继续对电容器充电,反之则放电,形成的放电电流与充电电流方向相反。 2.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,其电势差U不变。 (2)平行板电容器充电后,切断与电源的连接,其电荷量Q保持不变。 「典例研习」 [例4] (电容器的动态分析)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的带电油滴恰好静止在两极板之间,选地面为零电势参考平面。如图所示,在其他条件不变的情况下,下列过程说法正确的是(　　) [A]如果保持连接电源,两板距离不变,非常缓慢地错开一些,电流计中电流从b流向a [B]如果保持连接电源,仅将A板上移,油滴将向上加速运动 [C]如果断开电源,A板不动,B板下移,油滴的电势能减小 [D]如果断开电源,两板间接静电计,A板上移,静电计指针张角减小 C 检测·学习效果 1.关于电容器及其电容,下列说法正确的是(　 　) C 【解析】 平行板电容器所带电荷量等于某一个极板带电荷量的绝对值,故A错误;电容的大小与电容器所带的电荷量和两板间的电势差无关,电荷量变化时,电容不变,故B错误;根据Q=CU可知,一个电容器所带电荷量与两板间的电势差成正比,故C正确;电容的大小与电容器本身的构造有关,与是否带电荷无关,故D错误。 2.(2025·江苏连云港月考)如图所示的电路中,开关S从a拨向b后,电流表指针偏转,这时(　　) [A]电容器正在充电,电流的方向为顺时针 [B]电容器正在充电,电流的方向为逆时针 [C]电容器正在放电,电流的方向为顺时针 [D]电容器正在放电,电流的方向为逆时针 D 【解析】 开关S打在a时,电容器充电,上极板带正电,下极板带负电;开关S从a拨向b后,电流表指针偏转,这时电容器正在放电,电流方向由上极板流向下极板,即电路中电流的方向为逆时针,故D正确。 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]只将电容器b板向左平移,静电计指针的张角变大 [B]只将电容器b板向下平移,静电计指针的张角变小 [C]只在极板间插入有机玻璃板,静电计指针的张角变大 [D]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 A 4.一个电容为22 μF的电容器充电至电压为9 V后,断开电源。由于漏电,一段时间后两极板间的电压变为4 V,该过程中极板上的电荷量减少了多少? 【答案】 1.10×10-4 C 感谢观看 【解析】 由题图甲可知,电容器充电时,通过电阻R0的电流方向向左,放电时通过R0的电流方向向右,故在电容器充电与放电过程中,通过电阻R0的电流方向相反,A错误;I-t图像中图线与时间轴所围成的面积表示电荷量,充电和放电电荷量相等,所以题图乙中阴影部分的面积相等,即S1=S2,B错误;电源电压U=2.5 V,则该电容器的电容为C== F≈0.133 F,C正确;由题图乙可知,充电时的最大电流大于放电时的最大电流,则R1<R2,D错误。 1.关系式C=与C=的比较 公式 C= C= 特点 定义式 决定式 意义 利用电容器电荷量Q与极板间电压U的关系定义了电容,有Q∝U,即=C不变,说明电容C与电荷量Q、极板间电压U的大小无关,它反映了电容器容纳电荷的本领 确定了平行板电容器电容与自身结构的关系,C∝εr,C∝S,C∝,反映了平行板电容器电容的决定因素,对于两极板之间为真空的情况有εr=1 适用 范围 一切电容器 平行板电容器 联系 均反映电容器容纳电荷的本领,电容的大小可以由来量度,但决定因素是电容器本身,如平行板电容器的εr、S、d等因素 2.通过Q-U图像来理解C= 如图所示,在Q-U图像中,电容是由一条过原点的直线的斜率表示,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,电容器的电容也可以表示为 C=,即电容器的电容的大小在数值上等于两极板间的电压升高(或降低)1 V所需增加(或减少)的电荷量。 【解析】 由标称值可知,该电解电容器用于直流 10 V及以下电压时才能正常工作,故A错误;电容器的电容由电容器本身决定,与两极间电压无关,当所加电压为5 V时,该电容器的电容仍然为1 000 μF,故B错误;当两极加10 V电压时,该电容器所带的电荷量为Q=CU=1 000×10-6×10 C=1.0×10-2 C,故C错误;根据公式C=,可知Q=CU,其中C不变,则Q∝U,故D正确。 [例3] (电容的计算)(2025·山东济宁月考)一个已充电的电容器,若使它的电荷量减小3×10-4 C,其电压减小为原来的,则(　　) [A]电容器原来的电压为1 V [B]电容器的电容变为原来的 [C]电容器原来带的电荷量为9×10-4 C [D]电容器原来带的电荷量为4.5×10-4 C 【解析】 由C=得ΔQ=CΔU=C×U=Q,则Q=ΔQ=4.5×10-4 C,C错误,D正确;因电容器的电容不知,所以无法得出电容器原来的电压,A错误;电容由电容器本身决定,跟电压和电荷量的变化无关,所以电容器的电容不变,B错误。 (1)抓住不变量,分析变化量,分析时依据三个公式,即电容定义式C=;匀强电场中电场强度公式E=;平行板电容器电容决定式C=。 【解析】 两板距离不变,非常缓慢地错开一些,两极板正对面积减小,根据电容的决定式C=知电容器的电容减小。保持连接电源,电容器的电压不变,根据Q=CU知电容器的电荷量减小,电容器放电,则电流计中电流从a流向b,故A错误;如果保持连接电源,仅将A板上移,电容器的电压不变,两极板间距离增大,根据E=可知电容器内电场强度减小,油滴受到的静电力减小,小于重力,则油滴将向下加速运动,故B错误; 如果断开电源,根据C=,C=以及E=得E=,E与d无关,则知A板不动,B板下移时,电容器板间电场强度不变,油滴受到的静电力不变,则油滴仍静止不动,油滴距B板的距离增大,由U=Ed可知油滴与B板的电势差增大,B板接地,油滴处电势升高,油滴带负电,所以油滴的电势能减小,故C正确;如果断开电源,两板间接静电计,A板上移,由前面分析可知,板间电场强度不变,由U=Ed可知电容器两极板间的电势差增大,静电计指针张角增大,故D错误。 [A]平行板电容器一板带电荷量+Q,另一板带电荷量-Q,则此电容器不带电 [B]由公式C=可知,电容器的电容随电荷量Q的增加而增大 [C]对一个电容器来说,电容器的电荷量与两板间的电势差成正比 [D]如果一个电容器两板间没有电压,就不带电荷,也就没有电容 【解析】 只将电容器b板向左平移,根据C=可知,当d变大时,C变小;根据C=,又因为Q不变,可知U变大,即静电计指针的张角变大;只将电容器b板向下平移,则S变小,同理可知C变小,U变大,即静电计指针的张角变大;只在极板间插入有机玻璃板,则εr变大,C变大,U变小,即静电计指针的张角变小,选项A正确,B、C错误。只增加极板带电荷量,对电容C无影响,根据C=可知U变大,即静电计指针的张角变大,选项D错误。 【解析】 根据电容的定义式C=,可得开始时电容器的带电荷量为 Q1=CU1=22×10-6×9 C=1.98×10-4 C, 一段时间后电容器的带电荷量为Q2=CU2=22×10-6×4 C=8.8×10-5 C, 电容器的电荷量减少量为ΔQ=Q1-Q2=1.98×10-4-0.88×10-4 C=1.10×10-4 C。 $