2019-2020学年(新版)高中物理 1.7-1.8了解电容器 静电与新技术学案(含解析)粤教版选修3-1

2019-2020学年(新版)高中物理 1.7-1.8了解电容器 静电与新技术

学案(含解析)粤教版选修3-1

[学习目标定位] 1.知道电容器的概念和平行板电容器的主要构造.2.理解电容的概念及其定义式，并能用来进行有关计算.3.掌握平行板电容器电容的决定式，并能用其讨论有关问题．

一、识别电容器

电容器由两个互相靠近、彼此绝缘的导体组成，导体间可以填充绝缘物质(电介质)． 二、电容器的充放电

使电容器的两极板上带上等量异种电荷的过程叫充电，每个极板所带电荷量的绝对值称为电容器所带的电荷量．电容器充电后，两极板间存在电场，从电源获得的能量储存在电场中，称为电场能．使电容器两极板上的电荷中和的过程叫放电． 三、电容器的电容及决定因素

1．电容器所带的电荷量跟它的两极板间的电势差的比值叫做这个电容器的电容，用公式表示为C ＝Q

U

.在国际单位制中，电容的单位是法拉，简称法，符号是F. 1 F ＝106

μF ＝1012

pF.

2．平行板电容器电容与两平行板正对面积S 成正比，与两

极板间的距离d 成反比，并与板间插入的电介质有关．公式表达式为C ＝εr S 4πkd ，式中k 为

静电力常量，εr 是一个常数，称为电介质的相对介电常数，电介质不同，εr 的大小也不同． 四、静电与新技术

1．在静电除尘装置中，高压电源的正、负极分别接到金属圆筒和管心的金属线上，它们之间有很强的电场，使附近的气体分子被电离，电子在向着金属圆筒正极运动的过程中，附在空气中的尘埃上，使尘埃带负电，从而被吸附到金属圆筒上． 2．防止静电危害

防止静电灾害的基本原则是：控制静电的产生，把产生的静电迅速引走以避免静电的积累．通过工艺控制可以减少因摩擦而产生的静电．避免静电积累的常用方法有静电接地、增加湿度、非导电材料的抗静电处理等.

一、电容器的电容 [问题设计]

实验室有甲、乙两只电容器，通过实验测得甲、乙两只电容器在不同电压下所带的电荷量数值如下表：

通过分析数据发现，比值是否不变？两电容器的电荷量与电压的比值是否相同？

答案 电荷量与电压成正比，每只电容器的电荷量与电压的比值不变，不同的电容器，这个比值不同． [延伸思考]

能否根据公式C ＝Q U 得出C 与Q 成正比，与U 成反比？能否把电容的定义式写成C ＝ΔQ ΔU

？

答案 电容是电容器本身的一种属性，大小由电容器自身的构成情况决定，与电容器是否带电、带多少电荷量均无关．能把电容的定义式写成C ＝ΔQ

ΔU .

[要点提炼]

1．定义式：C ＝Q U (或C ＝ΔQ

ΔU

)，定义方法：比值定义法．

2．物理意义：电容是描述电容器储存电荷能力大小的物理量，在数值上等于使电容器两极板间的电势差为1 V 所需要带的电荷量．电容C 由电容器自身的构造决定，与Q 、U 无关(填“有关”或“无关”)，所以不能根据C ＝Q

U

，就认为C 与Q 成正比，与U 成反比． 二、平行板电容器的电容 [问题设计]

平行板电容器由两块平行放置的金属板组成．利用平行板电容器进行如下实验：

(1)如图1所示，保持Q 和d 不变，增大(或减少)两极板的正对面积S ，观察电势差U (静电计指针偏角)的变化，依据C ＝Q U

，分析电容C 的变化．

图1

(2)如图2所示，保持Q 和S 不变，增大(或减小)两极板间的距离d ，观察电势差U (静电计指针偏角)的变化，依据C ＝Q U

，分析电容C 的变化．

图2

(3)如图3所示，保持Q 、S 、d 不变，插入电介质，观察电势差U (静电计指针偏角)的变化，依据C ＝Q U

，分析电容C 的变化．

图3

答案 (1)实验结论：S 增大，电势差U 减小，电容C 增大． (2)实验结论：d 增大，电势差U 增大，电容C 减小． (3)实验结论：插入电介质，电势差U 减小，电容C 增大． [要点提炼]

1．平行板电容器的电容与两平行极板正对面积S 成正比，与电介质的相对介电常数εr 成正比，与极板间距离d 成反比，其表达式为C ＝εr S

4πkd ，两板间为真空时相对介电常数ε

r

＝1，其他任何电介质的相对介电常数εr 都大于1.

2．C ＝Q U 适用于所有电容器；C ＝εr S 4πkd

仅适用于平行板电容器．

三、平行板电容器的动态分析 [问题设计]

1．如图4所示，电容器充电后保持和电源相连，此时电容器两极板间的电压不变．

图4

(1)当两极板的正对面积S 增大时，电容器的C 、Q 、E 如何变化？ (2)当两极板间距d 增大时，电容器的C 、Q 、E 如何变化？

答案 (1)根据C ＝εr S 4πkd ，S 增大时，C 增大．根据C ＝Q

U 得Q ＝CU ，所以Q 增大，电场强度E

＝U d

不变．

(2)根据C ＝εr S 4πkd ，d 增大时，C 减小，由于Q ＝CU ，所以Q 减小，电场强度E ＝U

d 减小．

2．在图4中，电容器充电后和电源断开，此时电容器的带电荷量不变． (1)当两极板的正对面积增大时，电容器的C 、U 、E 将如何变化？ (2)当两极板间距d 增大时，电容器的C 、U 、E 将如何变化？

答案 (1)根据C ＝εr S 4πkd ，S 增大时，C 增大，由于U ＝Q C ，所以U 减小，电场强度E ＝U

d 减小．

(2)根据C ＝εr S 4πkd ，d 增大时，C 减小，由于U ＝Q C ，所以U 增大，电场强度E ＝U d ＝Q Cd ＝

Q

εr S

4πkd ·d ＝4πkQ εr S ，所以E 不变． [要点提炼]

1．分析方法：抓住不变量，分析变化量．其理论依据是： (1)电容器电容的定义式C ＝Q U

；

(2)平行板电容器内部是匀强电场，E ＝U d

； (3)平行板电容器电容的决定式C ＝εr S

4πkd .

2．两种典型题型

(1)电压不变时：若电容器始终与电源相连，这时电容器两极板间的电压是不变的，以此不变量出发可讨论其他量的变化情况．

(2)电荷量不变时：若电容器在充电后与电源断开，这时电容器两极板上的电荷量保持不变，在此基础上讨论其他量的变化．