第1章 第8节 电容器 电容-【优学精讲】2024-2025学年高中物理必修第三册教用课件(鲁科版)

第8节　电容器　电容 1．知道电容器的概念，认识常见的电容器，了解电容器的充、放电现象。 2．理解电容的概念，掌握电容的定义式、单位，并能应用定义式进行简单的计算。 3．了解平行板电容器的电容公式，知道改变平行板电容器电容大小的方法。 4．会对电容器的两类动态问题分析。　 返回导航 课前 知识梳理 1 课堂 深度探究 2 内容 索引 随堂 巩固落实 3 课前 知识梳理 PART 01 第一部分 4 一、电容器 1．电容器：储存电荷和电能的元件。 任何两个彼此________又互相________的导体都可以看成一个电容器。 2．电容器的应用：照相机工作时电池对机内大容量电容器充电，使电容器储存了电能，照相时电容器通过闪光灯瞬时放电，从而发出强烈而耀眼的闪光。大型激光器的能量也来源于大容量电容器的瞬时放电。 绝缘 靠近 课前 知识梳理 返回导航 3．平行板电容器 两块彼此隔开平行放置的金属板构成一个最简单的电容器，叫作__________________，这两块金属板称为电容器的__________。两块金属板之间可以放置不同的绝缘介质。 4．电容器所带的电荷量 电容器工作时，它的两块金属板的相对表面总是分别带上______________电荷＋Q和－Q，一般把______________极板所带电荷量的绝对值叫作电容器所带的电荷量。 平行板电容器 两极 等量异种 任意一块 课前 知识梳理 返回导航 5．电容器的充、放电过程 项目 充电过程 放电过程 定义 使电容器______的过程 中和掉电容器所带__________的过程 方法 将电容器的两极板与__________相连 用导线将电容器的两极板连接 带电 电荷 电源 课前 知识梳理 返回导航 项目 充电过程 放电过程 电场变化 极板间的电场强度变大，两板间有电势差 极板间的电场强度变小，最后消失，两板间无电势差 能量转化 其他能转化为 __________ __________转化为其他能 电能 电能 课前 知识梳理 返回导航 电荷量Q 课前 知识梳理 返回导航 3．大小：电容器的电容在数值上等于两极板间的电势差为__________时电容器所带的电荷量。电容器的电容C越大，表明在两极板电势差一定的情况下，它可储存的电荷量越多。 4．单位：在国际单位制中电容的单位是法拉(F)。 1 F＝1 C/V，1 F＝________μF＝1012 pF。 1 V 106 课前 知识梳理 返回导航 三、常见的电容器 1．平行板电容器 (1)电容的决定因素 最简单的电容器是平行板电容器，它的电容的大小与两极板正对面积成__________，与两板间距离成__________，还与两板间的电介质有关。其余各种电容器，都可以看作平行板电容器的变形。 正比 反比 课前 知识梳理 返回导航 2．常见电容器的分类 (1)电容固定：纸质电容器、云母电容器、陶瓷电容器、电解电容器等。 (2)电容可变：空气电容器等。 3．击穿电压与额定电压 (1)击穿电压：加在电容器两极板上的电压不能超过某一限度，超过这个限度，绝缘介质将被击穿，电容器损坏。这个极限电压叫作击穿电压。 (2)额定电压：电容器上一般标明了电容量和额定电压的数值，电容器的额定电压是指电容器正常工作所能承受的最大电压，这个数值比击穿电压低许多。 课前 知识梳理 返回导航 × 判断下列说法是否正确。 (1)电容器带的电荷量为两极板所带电荷量的绝对值之和。(　　) (2)电容大的电容器所带电荷量一定多。(　　) (3)电容器两极板间的电压越高，电容就越大。(　　) (4)电容器不带电荷时，电容为零。(　　) (5)将平行板电容器错开，使正对面积减小，电容将减小。(　　) × × × √ 课前 知识梳理 返回导航 课堂 深度探究 PART 02 第二部分 14 课堂 深度探究 返回导航 课堂 深度探究 返回导航 　　　下列关于电容器的说法正确的是(　　) A．电容器两极板间填充的是金属物质 B．电容器所带电荷量越多，电容越大 C．电容器外壳上标的是击穿电压 D．电容器的电容大小由电容器本身因素决定 [解析]　由电容器的构成可知，电容器两极板间填充的是电介质，故A错误； 电容器的电容取决于本身因素，与电容器是否充电和所带电荷量多少无关，故B错误，D正确； 电容器外壳上标的是额定电压，额定电压小于击穿电压，C错误。 √ 课堂 深度探究 返回导航 　　　(2024·江苏连云港统考)如图所示，电容器上标有“450 V　470 μF”，若该电容器击穿电压为500 V，下列说法正确的是(　　) A．该电容器两极间的电压减少10 V，电荷量减少47 C B．电容器所带的电荷量为零时，电容器的电容也为零 C．电容器允许施加的最大电压为450 V D.若电容器电压为100 V，则电容器所带电荷量为0.047 C √ 课堂 深度探究 返回导航 电容反映电容器容纳电荷的本领大小，与电容器所带的电荷量无关，故B错误； 该电容器击穿电压为500 V，则电容器允许施加的最大电压为500 V，故C错误； 课堂 深度探究 返回导航 √ 　　　(多选)(2024·陕西渭南期中)对于水平放置的平行板电容器，下列说法正确的是(　　) A．将两极板的间距加大，电容将增大 B．将两极板平行错开，使正对面积减小，电容将减小 C．在两板中间插入一陶瓷板后，电容将增大 D．减小电容器的电荷量Q，电容将减小 √ 课堂 深度探究 返回导航 电容器的电容取决于本身因素，与所带电荷量无关，故D错误。 课堂 深度探究 返回导航 知识点二　实验：观察电容器的充放电现象 1．电容器的充电过程 如图1所示，当开关S接1时，电容器接通电源，在电场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移动，电流I＝0。 课堂 深度探究 返回导航 2．电容器的放电过程 如图2所示，当开关S接2时，将电容器的两极板直接用导线连接起来，电容器正、负极板上的电荷发生中和。在电子移动过程中，形成电流，放电开始电流较大，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，最后减小到零。 课堂 深度探究 返回导航 　　　在“观察电容器的充、放电现象”实验中，利用常用器材设计电路如图甲所示。 (1)将开关S接通1，电容器的________(选填“上”或“下”)极板带正电，再将S接通2，通过电流表的电流方向向________(选填“左”或“右”)。 上 左 课堂 深度探究 返回导航 [解析]　开关S接通1，电容器充电，根据电源的正、负极可知与电源正极相连的电容器上极板带正电；开关S接通2，电容器放电，电流从电容器上极板流出，通过电流表的电流方向向左。 课堂 深度探究 返回导航 (2)若电源电压为9 V，实验中所使用的电容器如图乙所示，则充满电后电容器正极板所带电荷量为___________C。 [解析]　充满电后电容器所带电荷量Q＝CU＝3 300×10－6 F×9 V＝2.97×10－2 C。 2.97×10－2 课堂 深度探究 返回导航 (3)下列关于电容器充电时，电流i与时间t的关系或所带电荷量q与两极板间的电压U的关系正确的是________。 A 课堂 深度探究 返回导航 　　　(2024·四川威远中学校考)某同学用电流传感器观察电容器的放电过程。甲图为该实验电路图，其中电源电压恒为6 V。该同学先将开关接1为电容器充电，待电容器充满电再将开关接2，利用传感器记录电容器放电过程，得到该电容器放电过程的I－t图像如图乙(已知Q＝It)。 课堂 深度探究 返回导航 (1)下列说法正确的是________。 A．电容器充电的过程中，电子由电源的正极移动到电容器的正极板 B．电容器充、放电的过程中，电路中的电流都不断减小 C．电容器放电的过程中，电容器两极板间的电场强度不断变小 D．电容器放电的过程中，电路中电流不断增大 BC 课堂 深度探究 返回导航 [解析]　电容器充电的过程中，负电荷由电源的负极移动到电容器的负极板，故A错误； 根据题图乙可知电容器放电的过程中，电路中的电流不断减小，充电的过程中当电容器充电完成后电路中的电流为零，所以充电过程电流也在逐渐减小，故B正确，D错误； 电容器放电的过程中，电容器所带电荷量逐渐减小，则两极板间的电场强度不断变小，故C正确。 课堂 深度探究 返回导航 (2)根据以上数据估算，电容器在整个放电过程中释放的电荷量为________________C(结果保留3位有效数字)。 [解析]　已知Q＝It，所以I－t图像与时间轴所围的面积表示整个放电过程中释放的电荷量，根据横轴与纵轴的数据可知，一个格子所表示的电荷量q1＝0.2×0.2×10－3 C＝4×10－5 C，所以释放的电荷量Q＝43×q1＝1.72×10－3 C。 1.72×10－3 课堂 深度探究 返回导航 (3)如果不改变电路其他参数，只增大电阻R，放电时I－t图线与横轴所围成的面积将________(选填“增大”“不变”或“减小”)；放电时间将________(选填“变长”“不变”或“变短”)。 [解析]　根据Q＝CU知Q与电阻R无关，如果不改变电路其他参数，只增大电阻R，放电时I－t图像与横轴围成的面积将不变。由于电阻对电流有阻碍作用，所以增大电阻，放电时间将变长。 不变 变长 课堂 深度探究 返回导航 知识点三　电容器的动态分析 1．两类情况 (1)平行板电容器两极板始终与电源两极相连(此时板间电压U保持不变)。 (2)电容器充电后与电源断开(此时电荷量Q保持不变)。 课堂 深度探究 返回导航 2．分析思路 课堂 深度探究 返回导航 3．静电计 静电计本身是一个电容器，它的指针所带电荷量跟指针与外壳 间的电势差成正比，指针所带电荷量越多，张角就越大，表明 指针与外壳间的电势差越大。将静电计的金属球和外壳分别与 平行板电容器的两极板连接，当电荷停止运动后，静电计的金属球与外壳间的电势差和平行板电容器两极间的电势差相等。从静电计指针偏转角度的大小可推知电容器两极板间电势差的大小。 课堂 深度探究 返回导航 角度1　板间电压U保持不变 　　　计算机键盘每个键下面都连有一块小金属片，与该金属片隔有一定空气间隙的另一块固定的小金属片组成一个可变电容器，如图所示。当连接电源不断电，按下某个键时，与之相连的电子线路就给出该键相应的信号。当按下该键时，下列说法正确的是(　　) A．电容减小 B．极板间的电压增大 C．极板间的电场强度变大 D．极板带的电荷量不变 √ 课堂 深度探究 返回导航 由于电容器保持与电源相连，极板间的电压不变，故B错误； 由Q＝CU，U不变，C变大，所以极板带的电荷量变大，故D错误。 课堂 深度探究 返回导航 　　　(多选)(2024·四川宜宾一中期中)如图所示，平行板电容器A、B间有一带电油滴正好静止在极板正中间P点，现将B极板匀速向下移动到虚线位置，其他条件不变，则在B极板移动的过程中(　　) A．带电油滴将仍静止在P点 B．电流计中电流由a流向b C．带电油滴运动的加速度逐渐增大 D．带电油滴的电势能减小 √ √ 课堂 深度探究 返回导航 由以上分析知电场力对油滴做负功，带电油滴的电势能增大，D错误。 课堂 深度探究 返回导航 角度2　电荷量Q保持不变 　　　(多选)(2024·安徽安庆二中期中)如图所示，平行板电容器带有等量异种电荷，与静电计相连，静电计金属外壳和电容器下极板都接地。在两极板间有一固定在P点的点电荷，以E表示两板间的电场强度，Ep表示点电荷在P点的电势能，θ表示静电计指针的偏角。若保持下极板不动，将上极板向下移动一小段距离至图中虚线位置，则(　　) A．θ增大，E增大　 B．θ减小，Ep变小 C．θ减小，Ep不变 D．θ减小，E不变 √ √ 课堂 深度探究 返回导航 课堂 深度探究 返回导航 随堂 巩固落实 PART 03 第三部分 42 √ 1．(对电容器电容的理解)某平行板电容器标有“10 V，2.5 μF”，这表示(　　) A．该电容器的击穿电压是10 V B．要使两板间电压降低1 V，它所带的电荷量必减少2.5×10－6 C C．电容器只有在带电时电容才为2.5×10－6 F D．如在板间插入电介质，电容将减小 随堂 巩固落实 返回导航 解析：铭牌上标的是额定电压和电容，所以10 V 是所加电压的最大值，并非击穿电压，A错误； 不管电容器是否带电，其电容均为2.5×10－6 F，C错误； 随堂 巩固落实 返回导航 √ 2．(电容器的充、放电)研究电容器的充、放电的实验电路图如图所示，实验前，开关S是断开的，电容器不带电。下列说法正确的是(　　)   A．开关S接1，电容器上极板带负电 B．开关S接1稳定后，再断开S，电容器两极板间有电场存在 C．开关S接1稳定后，再将S掷向2，通过电流传感器的电流方向向上 D．开关S接1稳定后，再将S掷向2，通过电阻R的电流方向向右 随堂 巩固落实 返回导航 解析：开关S接1，相当于给电容器充电，充电时电容器上极板与电源正极相连接，带正电，A错误； 开关S接1稳定后，充电完毕，电容器两极板间电压等于电源两端电压，再断开S，电容器两极板间有电场存在，B正确； 开关S接1稳定后，再将S掷向2，此时电容器处于放电过程，放电过程上极板相当于电源的正极，流过电流传感器的电流方向向下，流过电阻R的电流方向向左，C、D错误。 随堂 巩固落实 返回导航 3.(电容器的动态分析)(多选)工厂在生产纺织品、纸张等绝缘材料时，利用如图所示装置监控产品的厚度，两个完全一样的金属板A、B，平行正对水平固定放置，A在上、B在下，通过导线与静电计(已充电)的金属球和外壳相连，当流水线上通过的产品厚度增大时(　　) A.两板间电压不变　 B．两板间电场强度减小 C．两板所带电荷量减小 D．静电计指针偏角减小 √ √ 随堂 巩固落实 返回导航 随堂 巩固落实 返回导航 √ 4．(电容器的动态分析)(多选)如图所示，A、B是水平放置的平行板电容器的两块极板，下极板B接地，直流电源电动势E恒定，内阻不计，将开关S闭合，电路稳定后，一带电油滴位于两板中央的M点且恰好处于静止状态，现将A板向上平移一小段距离，则(　　) A．电容器的电容将减小 B．在A板上移过程中，电阻R中有向左的电流 C．带电油滴将沿竖直方向向上运动 D．M点电势将降低 √ 随堂 巩固落实 返回导航 初始时刻油滴静止，则重力等于电场力，结合U＝Ed可知电场强度减小，则电场力减小，油滴向下运动，故C错误； 下极板B接地，根据UMB＝φM－φB＝EdMB，可知M点电势将降低，故D正确。 随堂 巩固落实 返回导航 二、电容器的电容 1．电容器的电容反映了电容器储存电荷的能力。 2．定义式：电容器所带____________与电容器两极板间的电势差U的比是与电荷量、电势差无关的量，因此将它定义为电容器的电容C，公式为__________。 公式 内容　　 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 $