人教版高中物理选修3-1习题课件:1.8 电容器的电容
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由
U=
������ ������
=
������
������r������ 4����������
=
4���������������� ������r������
判断出������随������、������r、������的变化的情况。
由
E=
������ ������
=
������ ������������
(4)物理意义:表示电容器容纳电荷本领的物理量。
(5)标量:只有大小,没有方向。
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典例透析
你认为电容器的电容与电容器极板间的电压和极板上的电荷量有 关吗?
提示:无关。因为电容是描述电容器容纳电荷本领的物理量,大 小由电容器自身的结构决定。
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列说法正确的是( )
A.带电液滴可能带正电
B.增大两极板距离的过程中,电阻R中有从a到b的电流,电容器中
负电荷从B到A
C.断开S,减小两极板正对面积的过程中,液滴将加速下降
D.断开S,减小两极板距离过程中,液滴静止不动
点拨:平衡条件→带电性质→电场强度变化→受力变化→运动性
质变化
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类型一
类型二
一种检测该物理量的方法或手段,物理量本身与比值中的任何一个
都无关。对于固定的电容器,Q
与
U
成正比,所以公式
C=
������ ������
成立。
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类型一
类型二
类型三
电容器两类典型问题的分析
【例2】 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( )
=
Δ ������ Δ ������
的理解及应用
【例 1】 有一充电的平行板电容器,两极板间电压为 3 V,先使它的
电荷量减少
3×10-4
C,于是电容器两板间的电压降为原来的
1 3
,
此电容器的电容是多大? 若电容器极板上的电荷量全部放掉,
电容器的电容是多大?
点拨:本题考查对电容的理解。
(1)电容器的定义式
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典例透析
1.电容器 (1)构造:彼此绝缘而又相互靠近的两个导体,就构成一个电容器。 (2)充、放电过程:
①充电:把电容器的两个极板与电源的正负极相连,就能使两个
极板上带上等量的异种电荷,这个过程叫作充电。
②放电:用导线把充电后的电容器的两个极板接通,两个极板上
的电荷就会中和,电容器失去了电荷,这个过程叫作放电。 (3)所带电荷量:充电后任意一个极板所带电荷量的绝对值叫作电
也可以表示为������
=
������ ������
,
即电容器的电容的大小在数值上等于两极
板间增加(或减小)单位电压所需增加(或减少)的电荷量。
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典例透析
(3)通过C-Q图像或C-U图像理解。
由图像看出:C与Q、U均无关。 特别提醒电容器所带的电荷量是指单个极板所带电荷量的绝对 值,不能理解为两个极板所带电荷量的绝对值的和。
4π ������������
可知电容C
变大,由
U=
������ ������
可知U
变小,则静电计指针的偏角
θ
减小。
又因为两板间电场强度 E= ������ = ������ = 4π������������ , ������、S 不变,所以 E 不
������ ������������
������r ������
(3)可变电容器:由两组铝片组成,固定的一组叫定片,可以转动的 一组叫作动片,转动动片使两组铝片的正对面积发生变化可以改变 电容。
(4)额定电压:电容器的外壳上标的是工作电压,也称为额定电压。 还有一个电压称为击穿电压,加在电容器两极板上的电压若超过这 个值,电介质会被击穿,电容器会损坏。额定电压小于 (选填“大于” “等于”或“小于”)击穿电压。
������ = 2 V
由
C=
������ ������
得C=
3×10-4 2
F=1.5×10-4
F=1ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ0
μF
电容器的电容是由本身决定的,与是否带电无关,所以电容器放
掉全部电荷后,电容仍是150 μF。
答案:150 μF 150 μF
题后反思公式
C=
������ ������
是定义式,跟其他比值定义物理量一样,是
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典例透析
类型二:如图所示,平行板电容器充电后,切断与电源的连接,当电
容器的d、S、εr发生变化时,将引起C、Q、U、E怎样变化。 关键:电容器充电后与电源断开,极板上所带的电荷保持不变。
方法:由
C=
������r������ 4����������
,
判断出������随������、������r、������的变化的情况。
4π ������������
(3)用定义式
C=
������ ������
及变形式Q=CU,分析电容器带电荷量或两板间
电压变化情况。
(4)因为
U=
������ ������
=
������·4π������������ ������r ������
, 所以匀强电场的电场强度E=
������ ������
判断出������随������、������r、������的变化的情况。
由
Q=CU=
������������r������ 4����������
判断出������随������r、������、������的变化的情况。
由
E=
������ ������
判断出������随������的变化情况。
=
4π ������������ ������r ������
,
可以分析电容器极板间电场强度的变化情况。
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典例透析
类型一
类型二
类型三
电容器中带电粒子的平衡及运动问题
【例3】 一个由电池、电阻R、开关S与平行板电容器组成的串联
电路如图所示。开关S闭合,一带电液滴悬浮在两板间P点不动,下
变。因为E不变,所以点电荷从P点移动到下极板(电势为零),电场力
做功不变,电势能的变化相同,点电荷在P点的电势能Ep不变,故只有 选项D正确。
答案:D
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类型一
类型二
类型三
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题后反思处理电容器动态问题的分析思路
(1)确定不变量:是电压U不变,还是电荷量Q不变。
(2)用决定式 C= ������r������ 分析平行板电容器的电容变化情况。
A.θ增大,E增大 B.θ增大,Ep不变 C.θ减小,Ep增大 D.θ减小,E不变 点拨:本题中电容器的电荷量不变,还是电压不变;静电计指针的 偏角的大小表示什么?
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类型一
类型二
类型三
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典例透析
解析:由题意可知平行板电容器的带电荷量 Q 不变,当下极板不动,
上极板向下移动一段距离时,两极板间距 d 减小,由 C= ������r������
C=
������ ������
中的Q
为电容器带的电荷量,是一个
极板上带电荷量的绝对值。
(2)由定义式可得
C=
������ ������
,
Δ������表示带电荷量的变化,ΔU
是电压的
变化。
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类型一
类型二
类型三
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典例透析
解析:电容器两极板间电势差的变化量为
ΔU=
1-
1 3
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典例透析
1.对电容的定义式
C=
������ ������
的理解
(1)电容由电容器本身的构造决定:
电容器的电容是反映电容器容纳电荷本领的物理量,用比值
C=
������ ������
来定义,
但它却是由电容器自身的构造决定的,
与所带的电荷������ 和所加电压������无关。即使电容器不带电,
其电容仍然存在, 并且是一个确定的值。
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典例透析
(2)通过 Q-U 图像来理解 C= ������ 。如图所示, 在������ − ������图像中,
������
电容是一条过原点的直线的斜率, 其中������为一个极板上所带电
荷量的绝对值, ������为两极板间的电势差, 可以看出, 电容器电容
典例透析
3.平行板电容器的电容
理论分析表明,平行板电容器的电容跟两极板的正对面积 S 成
正比,跟两极板间的距离
d
成反比。公式表达成
C=
������r������ 4����������
,
式中������是静电力常量, ������r是一个常数, 与介质的性质有关,
称为介质的相对介电常数。
使平行板电容器的一个极板带上电荷量+Q后,另一个极板是否带 电?如果带电,电荷量为多少?
和电阻
R
流向
A
板,选项
8 电容器的电容
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典例透析
1.知道电容器的概念,认识常见的电容器,熟悉电容器的充、放电 现象。
2.理解电容的概念及定义方法,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电容大小的因素,了解平行板电容器的 电容公式。
4.知道改变平行板电容器电容大小的方法。
提示:带负电,电荷量为-Q。
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典例透析
4.常用电容器 (1)从构造上看:可分为固定电容器和可变电容器。 (2)固定电容器通常以电介质的种类命名,例如,电介质是聚苯乙
烯的叫作聚苯乙烯电容器,电介质是云母的叫作云母电容器等。还 有一种固定电容器叫电解电容器,是用铝箔作一个电极,用铝箔上 的一层氧化膜作电介质,用浸过电解液的纸作另一个电极,这种电 容器有正负极之分。
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典例透析
(2)平行板电容器的两类问题的分析方法
类型一:平行板电容器连接在电源两端,当电容器的d、S、εr发生 变化时,将引起C、Q、U、E怎样变化。
关键:如图所示,开关S闭合,电容器与电源保持连接,两极板间的
电势差U保持不变。
方法:由决定式
C=
������r������ 4����������
=
������ ������4����r������������������
=
4���������� ������r������
判断出������随������、������r
的变化情况。
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类型一
类型二
类型三
电容公式
C=
������ ������
、������
比值,叫作电容器的电容。
(2)公式表达:C=
������ ������
。
(3)单位:在国际单位制中的单位是法拉。给电容器带上1库仑的
电荷量,如果两极板间的电势差是1伏,则这个电容器的电容就是
1法拉。
符号:F,1 F=1 C/V。更小的单位还有微法和皮法。换算关系:1
F=106 μF=1012 pF。
变,反映容纳电荷的本领
影响电容大小的因素
电容器容纳电荷的本领由
Q U
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
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典例透析
3.电容器的动态变化 (1)电容器的充、放电过程 当改变电容器两极板间的电压时,电容器极板上的电荷量发生变 化,电容器处于充、放电状态。 如果两极板间的电压U增大,极板上的电荷量Q变大,表示电容器 处于充电状态,反之则处于放电状态。无论充电过程还是放电过程, 都没有电荷通过电容器。
容器所带电荷量。
电容器充、放电过程中的能量转化是怎样的? 提示:充电过程中,由电源把其他形式的能转化为电能,将电能储 存在电容器中,对干电池是化学能转化为电能。放电过程中,电场 能转化为其他形式的能。
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2.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
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典例透析
2.两个公式的比较
比较项 公式 特点 意义
联系
C=
Q U
或 C = ������Q
������U
定义式,适用于一切电容器
C= ����� S
4������ kd
决定式,适用于平行板电
容器
对某电容器 Q∝U, 但 Q = ������不
U
C∝εr,C∝S,C∝d1,反映了
类型三
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典例透析
解析:带电液滴在重力和静电力作用下处于平衡状态,其所受静
电力方向向上,电场方向向下,故液滴带负电,选项 A 错误。由 C=
������r������ 4����������
和Q=CU
可知,在两极板间距离增大的过程中,C
变小,所以
Q
变
小,因此电容器放电,放电电流的方向从 a 到 b,负电荷由 B 板经电源