高中物理 第1章 第7节了解电容器课件 粤教版选修31
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第十八页，共33页。
解析：①电容器两极板间电势差的变化量为 ΔU＝1－13U ＝23×3 V＝2 V，由 C＝ΔΔQU可得 C＝3×210－4 F＝1.5×10－4 F＝ 150 μF.
②电容器原来的电荷量为 Q，则 Q＝CU＝1.5×10－4×3 C ＝4.5×10－4 C.
③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，电容仍然是 150 μF.
第十六页，共33页。
3．影响电容的因素 电容器的电容由电容器本身的因素决定，与是否带电无 关．对于平行板电容器，其电容的大小跟两极板间的电介质的 介电常数 εr、正对面积 S、两极板间的距离 d 有关．其公式为 C＝4επrkSd，所以本式为电容大小的决定式．
第十七页，共33页。
【例 1】 有一充电的平行板电容器，两板间电压为 3 V， 现设法使它的电荷量减少 3×10－4 C，导致电容器两极板间的 电压降到原来的13，此电容器的电容等于________μF，电容器 原来所带的电荷量是________C，若电容器极板上的电荷量全 部放掉，电容器的电容是________μF.
第十二页，共33页。
电 容 (diànróng) 器 及 电 容 (diànróng) 器 的 电 容 (diànróng) 1．电容器的充放电过程(guòchéng) (1)充电过程(guòchéng) ①充电电流由大到小； ②电容器所带电荷量增加； ③电容器两极板间电压升高； ④电容器中电场强度增加；
第十五页，共33页。
2．对电容的理解 电容器电容的定义式为 C＝QU，也可把此式进行变形，得 C ＝ΔΔQU.可理解为： (1)电容器的电容的大小：在数值上等于两极间电压为 1 V 时，电容器所带的电荷量； (2) 电 容 器 的 电 容 在 数 值 上 等 于 两 极 间 的 电 压 增 加 ( 或 减 少)1 V 时所需要增加(或减少)的电荷量； (3)所谓电容器的电荷量是指一个极板上所带电荷量的绝 对值．
场中
是使两个极板上电荷 __中__和__的过程：__电__场__(d_i_àn chǎ 转化为其他形式的能
联系
两个过程互逆，电容器的电荷量、场强、能量变化 趋势相反
第八页，共33页。
三、电容器的电容 1．定义：Q 与 U 的比值，公式为 C＝QU. 2．物理意义：表示电容器容纳_电__荷_(_d_i本àn领hè)的物理量． 3．单位：1 F＝__1_0_6__ μF＝1012 pF.
第一页，共33页。
第七节 了解(liǎojiě)电容器
第二页，共33页。
精彩回眸
1．关于带电粒子(不计重力)在匀强电场中的运动情况，下 列说法正确的是( )
A．一定(yīdìng)是匀变速运动 B．不可能做匀减速运动 C．一定(yīdìng)做曲线运动 D．可能做匀变速直线运动，不可能做匀变速曲线运动 【答案】A
C
＝
S
___4_π_k_d____.
第十一页，共33页。
五、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(gōngzuò)时的电 压． 2．击穿电压：加在电容器两极板上的电压不能超过某一 限极度限，(jí超xià过n)电这压个 限 度 ， 电 介 质 将 被 击 穿 ， 电 容 器 损 坏 ， 这 个 __________称为击穿电压．
第二十八页，共33页。
关于已充上电的某个平行板电容 器，下列说法不正确的是( )
A．两极板上一定带异号电荷 B．两极板所带的电荷量一定相等 C．充上的电量(diànliàng)越多，其电容就越大 D．充上的电量(diànliàng)越多，两极板间的电势差就 越大
第二十九页，共33页。
【答案】C [给电容器充电，电容器两极分别带上等量异 号电荷，A、B 正确；电容器的电容大小取决于它的结构，与 所带电荷量的多少无关，C 错误；根据 U＝QC，电容器的电荷 量越大，两极板间的电势差越大，D 正确．]
B．保持S接通，在两极(liǎngjí)板间插入一块介质，则极 板上的电荷量增大
C．断开S，减小两极(liǎngjí)板间的距离，则两极(liǎngjí) 板间的电势差减小
D ． 断 开 S ， 在 两 极 (liǎngjí) 板 间 插 入 一 块 介 质 ， 则 两 极 (liǎngjí)板间的电势差增大
第三页，共33页。
2．如图1－7－2所示，图中虚线表示匀强电场的等势面 1、2、3、4.一带正电(zhèngdiàn)的粒子只在电场力的作用下从 电场中的a点运动到b点，轨迹如图中实线所示．由此可判断 ()
A．1等势面电势最高 B．粒子从a运动到b，动能减小 C．粒子从a运动到b，电势能增大 D．在运动中粒子的电势能与动 能之和变大
量为Q时，两极板间的电势差为U，若使其带电荷量增加
4×10－7 C，电势差则增加20 V，则它的电容(diànróng)
是( )
A．1×10－8 F
B．2×10－8 F
C．4×10－8 F
D．8×10－8 F
【答案】B
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平行(píngxíng)板电容器的动态分析
1．讨论与电容器相关的各物理量的变化依据主要是三个： (1)平行板电容器的电容与极板距离 d，正对面积 S，电介 质的介电常数 εr 间的关系 C＝4επrkSd. (2)平行板电容器内部是匀强电场，E＝Ud . (3)电容器所带电荷量 Q＝CU.
第三十一页，共33页。
图1－7－4
第三十二页，共33页。
解析：F向上压膜片电极，使得电容器两板间的距离减 少，电容器的电容增加，又因电容器两极板间的电压不变，所 以电容器的电荷(diànhè)量增加，电容器继续充电．
答案：BD
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四、探究实验：探究影响平行板电容器电容的因素(yīn sù) 1．实验仪器 静电计：测量已充电的平行板电容器两极板间的_电__势_差____ 的仪器． 2．探究步骤 (1)保持Q和d不变，改变极板正对面积S. (2)保持Q和S不变，改变极板距离d. (3)保持Q、S、d都不变，极板间插入电介质．
答案(dáàn)：150 4.5×10－4 150
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►题后反思 要熟练掌握电容的计算公式，并能利用数学上的等比定理 以及(yǐjí)合比定理来解决物理问题．掌握电容大小的决定因 素是电容器本身，而与电容器带不带电、带多少电无关．
第二十页，共33页。
一 个 电 容 (diànróng) 器 带 电 荷
第三十页，共33页。
综 合·拓 展·提 高
【例3】 (双选)传感器是一种采集信息的重要器件，如图1 －7－4所示的是一种测定压力的电容式传感器，当待测压力F 作用于可动膜片电极上时，以下说法中正确的是( )
A．若F向上压膜片电极，电路中有从a到b的电流 B．若F向上压膜片电极，电路中有从b到a的电流 C．若F向上压膜片电极，电路中不会出现(chūxiàn)电流 D．若电流表有示数，则说明压力F发生变化 E．若电流表有示数，则说明压力F不发生变化
第十三页，共33页。
【特别提醒】 当电容器充电结束后，电容器所在电路中无 电流，电容器两极板间电压与充电电压相等；
⑤充电后，电容器从电源中获取(huòqǔ)的能量存储于电容 器两极板间的电场中，因而又称为电场能．
第十四页，共33页。
(2)放电过程 ①放电电流：电流方向是从正极板流出，电流是由大变 小； ②电容器上电荷量减小； ③电容器两极板间电压降低； ④电容器中电场(diàn chǎng)强度减弱； ⑤电容器的电场(diàn chǎng)能转化成其他形式的能．
第二十六页，共33页。
解析(jiě xī)：
答案：BC
第二十七页，共33页。
►题后反思 ①在判断电容器相关物理量的变化时，首先要弄清哪些量 是不变的，然后根据不变量和相关公式推断其他待分析量的变 化情况．②若电容器充电后与电源断开，则带电荷量 Q 不变； 若电容器始终与电源相连，则电压 U 不变．③分析电容器物理 量变化常用的公式有：C＝4επrkSd、C＝QU和 E＝Ud .④静电计是测 量电势差的仪器，不能用于测直流电路中两点的电压．静电计 张角大，说明极板间电势差大．
第二十四页，共33页。
【例2】 (双选)两块大小、形状完全相同的金属平板平行 (píngxíng)放置，构成一平行(píngxíng)板电容器，与它相连接 的电路如图1－7－3所示．接通开关S，电源即给电容器充电， 则( )
图1－7－3
第二十五页，共33页。
A．保持S接通，减小两极 (liǎngjí)板间的距离，则两极 (liǎngjí)板间电场的电场强度减小
图1－7－2
第四页，共33页。
【答案(dá àn)】A [根据等势面特点和正电粒子的运动轨 迹，易知电场为水平向右的匀强电场．在运动中电势能与机械 能之和保持不变，只有A正确．]
第五页，共33页。
知识梳理
一、电容器 由两个互相__靠__近__(k、ào彼jìn此) _绝__缘__(_ju的éy导uá体n)(dǎotǐ)组成，其间 可以绝填缘充______物质；能够储存电荷和电场能．
第十页，共33页。
3． 结 论 ： 平行 (píngxíng)板电容器的电容 C跟介电常数
εr__成__正__比__ ， 跟 极 板 正 对 面 积 S_成__正__比___ ， 跟 极 板 间 的 距 离
d__成_正__比___.
公
式
为
C
＝
εrS ___4_π_k_d____
，
当
极
板
间
为
真
空
时
，
第六页，共33页。
二、电容器的充、放电(fàng diàn)
内容
充电过程
放电过程
过程示意
内容
充电过程
放电过程
电荷运动
正电荷向A板移动，负电 荷向B板移动
正电荷由A板移向B板(或 负电荷由B板移向A板)
第七页，共33页。
电流方向
__顺____时针
__逆____时针
是使两个极板带上 定义及能 __异__种__(y电ì z荷hǒ的nɡ过) 程；从 量的转化 电源获得能量储存在态变化的两种基本情况(qíngkuàng)： (1)电容器两板电势差U保持不变(与电源连接)． (2)电容器的带电荷量Q保持不变(与电源断开)． (3)结论：在电荷量不变的条件下，改变板间距离，场强不 变．在U不变条件下，改变正对面积，场强不变．
第二十三页，共33页。
3．平行板电容器两极板之间电场强度的两个公式： (1)已知平行板电容器两极板间的距离 d 和两极板之间的电 压 U，可用下式计算两极板间的电场强度 E＝Ud ∝1d，即电压不 变时 E 与 d 成反比． (2)由 C＝QU和 C＝4επrkSd求出 U，再代入 E＝Ud ，可得平行板 电容器两极板间的电场强度为 E＝4πεrkSQ∝S1，即 Q 不变时，E 与 S 成反比．
解析：①电容器两极板间电势差的变化量为 ΔU＝1－13U ＝23×3 V＝2 V，由 C＝ΔΔQU可得 C＝3×210－4 F＝1.5×10－4 F＝ 150 μF.
②电容器原来的电荷量为 Q，则 Q＝CU＝1.5×10－4×3 C ＝4.5×10－4 C.
③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，电容仍然是 150 μF.
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3．影响电容的因素 电容器的电容由电容器本身的因素决定，与是否带电无 关．对于平行板电容器，其电容的大小跟两极板间的电介质的 介电常数 εr、正对面积 S、两极板间的距离 d 有关．其公式为 C＝4επrkSd，所以本式为电容大小的决定式．
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【例 1】 有一充电的平行板电容器，两板间电压为 3 V， 现设法使它的电荷量减少 3×10－4 C，导致电容器两极板间的 电压降到原来的13，此电容器的电容等于________μF，电容器 原来所带的电荷量是________C，若电容器极板上的电荷量全 部放掉，电容器的电容是________μF.
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电 容 (diànróng) 器 及 电 容 (diànróng) 器 的 电 容 (diànróng) 1．电容器的充放电过程(guòchéng) (1)充电过程(guòchéng) ①充电电流由大到小； ②电容器所带电荷量增加； ③电容器两极板间电压升高； ④电容器中电场强度增加；
第十五页，共33页。
2．对电容的理解 电容器电容的定义式为 C＝QU，也可把此式进行变形，得 C ＝ΔΔQU.可理解为： (1)电容器的电容的大小：在数值上等于两极间电压为 1 V 时，电容器所带的电荷量； (2) 电 容 器 的 电 容 在 数 值 上 等 于 两 极 间 的 电 压 增 加 ( 或 减 少)1 V 时所需要增加(或减少)的电荷量； (3)所谓电容器的电荷量是指一个极板上所带电荷量的绝 对值．
场中
是使两个极板上电荷 __中__和__的过程：__电__场__(d_i_àn chǎ 转化为其他形式的能
联系
两个过程互逆，电容器的电荷量、场强、能量变化 趋势相反
第八页，共33页。
三、电容器的电容 1．定义：Q 与 U 的比值，公式为 C＝QU. 2．物理意义：表示电容器容纳_电__荷_(_d_i本àn领hè)的物理量． 3．单位：1 F＝__1_0_6__ μF＝1012 pF.
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第七节 了解(liǎojiě)电容器
第二页，共33页。
精彩回眸
1．关于带电粒子(不计重力)在匀强电场中的运动情况，下 列说法正确的是( )
A．一定(yīdìng)是匀变速运动 B．不可能做匀减速运动 C．一定(yīdìng)做曲线运动 D．可能做匀变速直线运动，不可能做匀变速曲线运动 【答案】A
C
＝
S
___4_π_k_d____.
第十一页，共33页。
五、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(gōngzuò)时的电 压． 2．击穿电压：加在电容器两极板上的电压不能超过某一 限极度限，(jí超xià过n)电这压个 限 度 ， 电 介 质 将 被 击 穿 ， 电 容 器 损 坏 ， 这 个 __________称为击穿电压．
第二十八页，共33页。
关于已充上电的某个平行板电容 器，下列说法不正确的是( )
A．两极板上一定带异号电荷 B．两极板所带的电荷量一定相等 C．充上的电量(diànliàng)越多，其电容就越大 D．充上的电量(diànliàng)越多，两极板间的电势差就 越大
第二十九页，共33页。
【答案】C [给电容器充电，电容器两极分别带上等量异 号电荷，A、B 正确；电容器的电容大小取决于它的结构，与 所带电荷量的多少无关，C 错误；根据 U＝QC，电容器的电荷 量越大，两极板间的电势差越大，D 正确．]
B．保持S接通，在两极(liǎngjí)板间插入一块介质，则极 板上的电荷量增大
C．断开S，减小两极(liǎngjí)板间的距离，则两极(liǎngjí) 板间的电势差减小
D ． 断 开 S ， 在 两 极 (liǎngjí) 板 间 插 入 一 块 介 质 ， 则 两 极 (liǎngjí)板间的电势差增大
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2．如图1－7－2所示，图中虚线表示匀强电场的等势面 1、2、3、4.一带正电(zhèngdiàn)的粒子只在电场力的作用下从 电场中的a点运动到b点，轨迹如图中实线所示．由此可判断 ()
A．1等势面电势最高 B．粒子从a运动到b，动能减小 C．粒子从a运动到b，电势能增大 D．在运动中粒子的电势能与动 能之和变大
量为Q时，两极板间的电势差为U，若使其带电荷量增加
4×10－7 C，电势差则增加20 V，则它的电容(diànróng)
是( )
A．1×10－8 F
B．2×10－8 F
C．4×10－8 F
D．8×10－8 F
【答案】B
第二十一页，共33页。
平行(píngxíng)板电容器的动态分析
1．讨论与电容器相关的各物理量的变化依据主要是三个： (1)平行板电容器的电容与极板距离 d，正对面积 S，电介 质的介电常数 εr 间的关系 C＝4επrkSd. (2)平行板电容器内部是匀强电场，E＝Ud . (3)电容器所带电荷量 Q＝CU.
第三十一页，共33页。
图1－7－4
第三十二页，共33页。
解析：F向上压膜片电极，使得电容器两板间的距离减 少，电容器的电容增加，又因电容器两极板间的电压不变，所 以电容器的电荷(diànhè)量增加，电容器继续充电．
答案：BD
第三十三页，共33页。
第九页，共33页。
四、探究实验：探究影响平行板电容器电容的因素(yīn sù) 1．实验仪器 静电计：测量已充电的平行板电容器两极板间的_电__势_差____ 的仪器． 2．探究步骤 (1)保持Q和d不变，改变极板正对面积S. (2)保持Q和S不变，改变极板距离d. (3)保持Q、S、d都不变，极板间插入电介质．
答案(dáàn)：150 4.5×10－4 150
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►题后反思 要熟练掌握电容的计算公式，并能利用数学上的等比定理 以及(yǐjí)合比定理来解决物理问题．掌握电容大小的决定因 素是电容器本身，而与电容器带不带电、带多少电无关．
第二十页，共33页。
一 个 电 容 (diànróng) 器 带 电 荷
第三十页，共33页。
综 合·拓 展·提 高
【例3】 (双选)传感器是一种采集信息的重要器件，如图1 －7－4所示的是一种测定压力的电容式传感器，当待测压力F 作用于可动膜片电极上时，以下说法中正确的是( )
A．若F向上压膜片电极，电路中有从a到b的电流 B．若F向上压膜片电极，电路中有从b到a的电流 C．若F向上压膜片电极，电路中不会出现(chūxiàn)电流 D．若电流表有示数，则说明压力F发生变化 E．若电流表有示数，则说明压力F不发生变化
第十三页，共33页。
【特别提醒】 当电容器充电结束后，电容器所在电路中无 电流，电容器两极板间电压与充电电压相等；
⑤充电后，电容器从电源中获取(huòqǔ)的能量存储于电容 器两极板间的电场中，因而又称为电场能．
第十四页，共33页。
(2)放电过程 ①放电电流：电流方向是从正极板流出，电流是由大变 小； ②电容器上电荷量减小； ③电容器两极板间电压降低； ④电容器中电场(diàn chǎng)强度减弱； ⑤电容器的电场(diàn chǎng)能转化成其他形式的能．
第二十六页，共33页。
解析(jiě xī)：
答案：BC
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►题后反思 ①在判断电容器相关物理量的变化时，首先要弄清哪些量 是不变的，然后根据不变量和相关公式推断其他待分析量的变 化情况．②若电容器充电后与电源断开，则带电荷量 Q 不变； 若电容器始终与电源相连，则电压 U 不变．③分析电容器物理 量变化常用的公式有：C＝4επrkSd、C＝QU和 E＝Ud .④静电计是测 量电势差的仪器，不能用于测直流电路中两点的电压．静电计 张角大，说明极板间电势差大．
第二十四页，共33页。
【例2】 (双选)两块大小、形状完全相同的金属平板平行 (píngxíng)放置，构成一平行(píngxíng)板电容器，与它相连接 的电路如图1－7－3所示．接通开关S，电源即给电容器充电， 则( )
图1－7－3
第二十五页，共33页。
A．保持S接通，减小两极 (liǎngjí)板间的距离，则两极 (liǎngjí)板间电场的电场强度减小
图1－7－2
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【答案(dá àn)】A [根据等势面特点和正电粒子的运动轨 迹，易知电场为水平向右的匀强电场．在运动中电势能与机械 能之和保持不变，只有A正确．]
第五页，共33页。
知识梳理
一、电容器 由两个互相__靠__近__(k、ào彼jìn此) _绝__缘__(_ju的éy导uá体n)(dǎotǐ)组成，其间 可以绝填缘充______物质；能够储存电荷和电场能．
第十页，共33页。
3． 结 论 ： 平行 (píngxíng)板电容器的电容 C跟介电常数
εr__成__正__比__ ， 跟 极 板 正 对 面 积 S_成__正__比___ ， 跟 极 板 间 的 距 离
d__成_正__比___.
公
式
为
C
＝
εrS ___4_π_k_d____
，
当
极
板
间
为
真
空
时
，
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二、电容器的充、放电(fàng diàn)
内容
充电过程
放电过程
过程示意
内容
充电过程
放电过程
电荷运动
正电荷向A板移动，负电 荷向B板移动
正电荷由A板移向B板(或 负电荷由B板移向A板)
第七页，共33页。
电流方向
__顺____时针
__逆____时针
是使两个极板带上 定义及能 __异__种__(y电ì z荷hǒ的nɡ过) 程；从 量的转化 电源获得能量储存在态变化的两种基本情况(qíngkuàng)： (1)电容器两板电势差U保持不变(与电源连接)． (2)电容器的带电荷量Q保持不变(与电源断开)． (3)结论：在电荷量不变的条件下，改变板间距离，场强不 变．在U不变条件下，改变正对面积，场强不变．
第二十三页，共33页。
3．平行板电容器两极板之间电场强度的两个公式： (1)已知平行板电容器两极板间的距离 d 和两极板之间的电 压 U，可用下式计算两极板间的电场强度 E＝Ud ∝1d，即电压不 变时 E 与 d 成反比． (2)由 C＝QU和 C＝4επrkSd求出 U，再代入 E＝Ud ，可得平行板 电容器两极板间的电场强度为 E＝4πεrkSQ∝S1，即 Q 不变时，E 与 S 成反比．