学年人教版选修31第1章8 电容器的电容学案Word文档下载推荐.docx
- 文档编号:17976318
- 上传时间:2022-12-12
- 格式:DOCX
- 页数:9
- 大小:60.05KB
学年人教版选修31第1章8 电容器的电容学案Word文档下载推荐.docx
《学年人教版选修31第1章8 电容器的电容学案Word文档下载推荐.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《学年人教版选修31第1章8 电容器的电容学案Word文档下载推荐.docx(9页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
甲 乙
图181
放电过程是储存在电场中的电能转化为其他形式的能的过程.
(3)电容器的带电荷量是指其中一个极板所带电荷量的绝对值.
3.电容
(1)定义:
电容器所带的电荷量Q与电容器两极板间的电势差U的比值,公式为C=.
(2)物理意义:
表示电容器容纳电荷的本领的大小.
(3)单位:
在国际单位制中是法拉(F),1F=1C/V,1F=106μF=1012pF.
二、平行板电容器
1.平行板电容器
(1)结构:
由两个相互平行且彼此绝缘的金属板构成.
(2)电容的决定因素:
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.
(3)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.
2.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.
[基础自测]
1.思考判断
(1)其他条件不变时,平行板电容器的电容随极板正对面积的增大而增大.(√)
(2)其他条件不变时,平行板电容器的电容随极板间距离的增大而增大.(×
)
(3)任何电介质的相对介电常数都大于1.(√)
(4)某电容器上标有“1.5μF 9V”的字样,则该电容器的击穿电压为9V.(×
(5)电容器被击穿后就没有了容纳电荷的本领.(√)
2.(多选)如图所示的各图描述的是对给定的电容器充电时其电荷量Q、电势差U、电容C之间相互关系的图象,其中正确的是( )
【导学号:
55282076】
A B C D
CD [电容器的电容是由电容器本身属性决定的,与电容器所带电荷量Q的大小和两极板间的电势差U的大小无关,不能认为C与Q成正比,与U成反比,故选项D正确,A、B错误.而C图表示电容器所带电荷量与极板间的电势差成正比,其比值即电容器的电容,故选项C正确.]
(多选)有一个空气平行板电容器,极板间相距d,正对面积为S,充以电荷量Q后,两极板间电压为U,为使电容器的电容加倍,可采用的办法是( )
A.将电压变为
B.将带电荷量变为2Q
C.将极板间的距离变为
D.两板间充满介电常数为2的电介质
CD [电容器的电容与电容器极板上的电荷量、电压无关,所以选项A、B不正确;
根据公式C=,可以知道选项C、D正确.]
[合作探究·
攻重难]
对电容的理解
1.两公式C=与C=的比较
公式
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QU图象来理解C=,如图182所示,在QU图象中,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)1V所需增加(或减少)的电荷量.
图182
有一充电的平行板电容器,两板间电势差为3V,现使它的电荷量减少3×
10-4C,于是电容器两板间的电势差降为原来的,则此电容器的电容是多大?
电容器原来带的电荷量是多少?
若将电容器极板上的电荷量全部放掉,电容器的电容是多大?
【解析】 电容器两极板间电势差的变化量为ΔU=U=×
3V=2V
由C=,得C=F=1.5×
10-4F=150μF
设电容器原来带的电荷量为Q,则
Q=CU=1.5×
10-4×
3C=4.5×
10-4C
电容器的电容是由其本身决定的,与是否带电无关,所以电容器极板上的电荷量全部放掉后,电容仍然是150μF.
【答案】 150μF 4.5×
10-4C 150μF
[针对训练]
1.板间距为d的平行板电容器所带电荷量为Q时,两极板间电势差为U1,板间场强为E1,现将电容器所带电荷量变为2Q,板间距变为d,其他条件不变,这时两极板间电势差为U2,板间场强为E2,下列说法正确的是( )
55282077】
A.U2=U1,E2=E1
B.U2=2U1,E2=4E1
C.U2=U1,E2=2E1
D.U2=2U1,E2=2E1
C [当平行板电容器的其他条件不变,板间距离变为d时,电容器的电容为C′==2C,又知电容器的带电量变为2Q,则得知U2=,即U2=U1.根据匀强电场中电势差与场强之间的关系式E=得E2==2E1,因此选项C正确.]
电容器的动态分析问题
1.板间电场强度的两个公式
(1)板间电压与电场强度的关系公式:
E=.
(2)板间电场强度的决定公式:
E=(或E∝),即板间电场强度正比于电荷的面密度.(公式的推导:
E===,所以E∝)
2.平行板电容器的两类典型问题
两类问题
始终与电源连接
充电后与电源断开
不变量
U不变
Q不变
自变量
d
S
因变量
E=,d变大,E变小;
d变小,E变大
E=,S变大,E变小;
S变小,E变大
Q=U,d变大,Q变小;
d变小,Q变大
U=Q,S变大,U变小;
S变小,U变大
(多选)如图183所示,电路中A、B为两块竖直放置的金属板,C是一只静电计,开关S闭合后,静电计指针张开一个角度,下述做法可使静电计指针张角增大的是( )
图183
A.使A、B两板靠近一些
B.使A、B两板正对面积减小一些
C.断开S后,使B板向右平移一些
D.断开S后,使A、B正对面积减小一些
【解析】 静电计显示的是A、B两极板间的电压,指针张角越大,表示两板间的电压越高.当合上S后,A、B两板与电源两极相连,板间电压等于电源电压不变,静电计指针张角不变;
当断开S后,板间距离增大,正对面积减小,都将使A、B两板间的电容变小,而电容器所带的电荷量不变,由C=可知,板间电压U增大,从而使静电计指针张角增大.所以本题的正确答案是C、D.
【答案】 CD
分析电容器动态变化问题的步骤
(1)明确电容器与电源连接情况,从而确定是电压不变还是电荷量不变.
(2)由C=,根据εr、S、d的变化确定C的变化.
(3)由C=确定Q或U的变化.
(4)根据E==判断E的变化.
2.(2016·
全国卷Ⅰ)一平行板电容器两极板之间充满云母介质,接在恒压直流电源上.若将云母介质移出,则电容器( )
55282078】
A.极板上的电荷量变大,极板间电场强度变大
B.极板上的电荷量变小,极板间电场强度变大
C.极板上的电荷量变大,极板间电场强度不变
D.极板上的电荷量变小,极板间电场强度不变
D [平行板电容器电容的表达式为C=,将极板间的云母介质移出后,导致电容器的电容C变小.由于极板间电压不变,据Q=CU知,极板上的电荷量变小.再考虑到极板间电场强度E=,由于U、d不变,所以极板间电场强度不变,选项D正确.]
电容器中带电粒子的平衡与运动问题
如图184所示,充电后的平行板电容器水平放置,电容为C,极板间距离为d,上极板正中有一小孔.质量为m、电荷量为+q的小球从小孔正上方高h处由静止开始下落,穿过小孔到达下极板处速度恰为零(空气阻力忽略不计,极板间电场可视为匀强电场,重力加速度为g).求:
图184
(1)小球到达小孔处的速度;
(2)极板间电场强度大小和电容器所带电荷量;
(3)小球从开始下落运动到下极板处所需的时间.
思路点拨:
(1)小球在小孔上方做自由落体运动.
(2)小球在板间做匀减速直线运动.
(3)电容器所带电荷量与板间电场强度的关系为Q=CEd.
【解析】
(1)小球从开始下落到上极板间做自由落体运动,由v2=2gh得v=.
(2)在极板间带电小球受重力和电场力作用,由牛顿第二定律得:
mg-qE=ma
由运动学公式知:
0-v2=2ad
整理得电场强度E=.
由U=Ed,Q=CU,
得电容器所带电荷量Q=.
(3)由h=gt,0=v+at2,t=t1+t2
整理得t=.
【答案】
(1)
(2)
(3)
有关电容器综合问题的两点提醒
(1)若已知电压、电荷量或电容的变化情况,应先根据E=或E=分析两极板间电场强度的变化,然后分析物体的受力情况及运动情况的变化.
(2)若已知物体运动情况的变化,应先根据运动情况分析电场力的变化,由此判断电场强度的变化,进而判断电压、电荷量或电容的变化规律.
3.(多选)如图185所示,两块较大的金属板A、B相距为d,平行放置并与一电源相连,S闭合后,两板间恰好有一质量为m、带电荷量为q的油滴处于静止状态,以下说法正确的是( )
55282079】
图185
A.若将S断开,则油滴将做自由落体运动,G表中无电流
B.若将A向左平移一小段位移,则油滴仍然静止,G表中有b→a的电流
C.若将A向上平移一小段位移,则油滴向下加速运动,G表中有b→a的电流
D.若将A向下平移一小段位移,则油滴向上加速运动,G表中有b→a的电流
BC [将S断开,电容器电量不变,板间场强不变,故油滴仍处于静止状态,A错误;
若S闭合,将A板左移,由E=可知,E不变,油滴仍静止,而电容C变小,电容器极板电量Q=CU变小,电容器放电,则有由b→a的电流,故B正确;
将A板上移,则E=可知,E变小,油滴应向下加速运动,电容C变小,电容器要放电,则有由b→a的电流流过G,故C正确;
当A板下移时,板间电场强度增大,油滴受的电场力增加,油滴向上加速运动,C增大,电容器要充电,则有由a→b的电流流过G,故D错误.]
[当堂达标·
固双基]
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.电容器所带的电荷量是指每个极板所带电荷量的代数和
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
D [电容器是储存电荷的容器,与其是否带电无关,A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错误;
电容器的充、放电伴随能量转化,D正确.]
(多选)由电容器电容的定义式C=可知( )
A.若电容器不带电,则电容C为零
B.电容C与电容器所带电荷量Q成正比,与电压U成反比
C.电容C与其所带电荷量Q的多少无关
D.电容在数值上等于使两板间的电压增加1V时所需增加的电荷量
CD [电容器电容的大小由电容器自身决定,与是否带电及所带电荷量Q的多少均无关;
根据C=可知,当电容器两端电压发生变化时,其所带电荷量也发生变化,但两者比值保持不变.综上所述,本题正确选项为C、D.]
2.(多选)传感器是把非电学量(如速度、温度、压力等)的变化转换成电学量的变化的一种元件,在自动控制中有着相当广泛的应用.如图186所示是测定液面高度h的电容式传感器,在金属芯柱的外面涂上一层绝缘物质,放入导电液体中,金属芯柱和导电液体构成电容器的两个极板,金属芯柱外面的绝缘物质就是电介质.测出电容器电容C的变化,就可以知道h的变化情况,两者的关系是( )
55282080】
图186
A.C增大表示h增大 B.C增大表示h减小
C.C减小表示h减小D.C减小表示h增大
AC [根据h的变化可以判断两极板正对面积的变化,从而判断电容C的变化.由C∝知,εr、d一定时,电容器的电容C增大,表明电容器两极板的正对面积增大了,即液面高度h增大,所以A正确;
同理,C减小时,表明电容器两极板的正对面积减小了,即液面高度h减小,所以C正确.]
3.(多选)如图187所示是一个由电池、电阻R与平行板电容器组成的电路,在减小电容器两极板间距离的过程中( )
图187
A.电阻R中没有电流
B.电容器的电容变大
C.电阻R中有从a流向b的电流
D.电阻R中有从b流向a的电流
BD [在减小电容器两极板间距离的过程中,电容器始终与电源相连,则两极板间电压U不变,由C=知d减小,电容C增大,由Q=UC知电容器所带电荷量Q增加,电容器充电,电路中有充电电流,电流方向由b流向a,故B、D正确.]
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 学年人教版选修31第1章8 电容器的电容学案 学年 人教版 选修 31 电容器 电容