新教材鲁科版必修第三册 第2章 第5节　科学探究电容器 课件（37张）

第5节科学探究:电容器学习目标课标解读1.知道电容器的构造,认识常见的电容器,通过实验感知电容器的充、放电现象。2.了解电容的概念,掌握电容的定义、公式和单位,并会应用定义式进行简单的计算。3.知道影响平行板电容器电容大小的因素,并能用其讨论有关问题。1.通过观察电容器的充、放电,初步了解电容器两极间电压随电荷量变化而变化的规律,知道电容器是储存电能的装置。2.通过观察电容器电荷量改变与电压改变的数量关系,明确电容的物理意义。知道电容是与自身有关的物理量。基础探究合作探究实践应用基础探究形成概念·掌握新知知识梳理一、电容器及其充、放电现象1.电容器:能

的电学元件称为电容器。它是由任何两个彼此绝缘又相距很近的导体构成。2.观察电容器的充、放电(1)充电①充电过程中,看到电压表示数

增大,随后

在某一数值;通过观察电流表,随着两极板之间电势差的

,充电电流逐渐

至0。储存电荷迅速稳定增大减小②充电结束,电容器两极板带有一定量的

电荷,电源的能量储存在电容器中。(2)放电①放电过程中,观察电流表,放电电流由电容器的正极板经过电阻流向负极板,两极板所带的电荷量

,电势差

,放电电流也减小,最后电势差以及放电电流都等于0。②电容器把储存的能量转化为电路中

的能量。二、电容器的电容1.定义:电容器所带的

与电容器两极板间的

之比。等量异种减小减小其他形式电荷量Q电压U3.单位:国际单位制中为

,符号是F,常用的还有

(μF)、皮法(pF),1F=1C/V,1F=

μF=

pF。4.物理意义:表示电容器

本领的物理量,表现了电容器储存电荷的特性。5.平行板电容器及其电容(1)构成:由在两个相距很近的

中间夹上一层绝缘物质组成。(2)电容:减小两板间的

,增大两极板之间的

都能减小其电容;两极板之间插入电介质,能

其电容。法拉微法1061012容纳电荷平行金属板正对面积S距离d增大(3)表达式①两极板间为真空时,C=

。②两极板间充满同一种电介质时,对应的电容是真空时的εr倍,即C=

。εr为这种电解质的相对介电常数。三、常见电容器及其应用1.电容器的分类(1)按电介质种类分:空气电容器、云母电容器、纸质电容器、陶瓷电容器、涤纶电容器、电解电容器等。(2)按电容器的电容是否可变分:固定电容器、可变电容器等。2.额定电压:电容器安全工作电压的上限。3.应用:照相机的电子闪光灯、监测水位变化等。思考与自测1.思考判断(1)电容大的电容器所带电荷量一定多。(

)(2)电容为C的电容器所带电荷量为Q,若电荷量增大为2Q,则电容变为2C。(

)(3)电容器所带的电荷量Q与极板间电势差成正比。(

)(4)平行板电容器间插入电介质时电容变大。(

)(5)可变电容器的动片旋出变大时,其电容变大。(

)××√√×2.思维探究(1)某电容器上标有“47μF

25V”,则47μF、25V分别表示什么?答案:“47μF”为该电容器的电容,“25V”为电容器的标称电压,也称额定电压。(2)电容器所带电荷量指的是两个极板所带电荷量的绝对值之和,这种说法正确吗?答案:不正确。电容器所带的电荷量,是指一个极板所带电荷量的绝对值。答案:电容是用物理量之比定义的物理量,可由Q、U的大小求出C,但C由电容器自身决定,与Q、U大小无关,因此不能说C与Q成正比,与U成反比。合作探究突破要点·提升关键问题情境要点一对电容器和电容的理解(1)把电容器的两个极板分别与电源两极相连,对电容器进行充电,该过程中能量是如何转化的?当把电容器两极相接,使电容器放电,该过程中能量是如何转化的?答案:(1)充电过程中电源内的化学能转化为电容器内的电场能;放电过程中电容器的电场能转化为电路的其他形式的能。(2)当电容器的带电荷量增加时,电容器两极板间的电势差如何变化?带电荷量Q和板间电势差U的比值是否发生变化?答案:(2)增大;不变。归纳拓展2.Q-U图像(1)如图所示,Q-U图像是一条过原点的直线,其中Q为一个极板上所带电荷量的绝对值,U为两板间的电势差,直线的斜率表示电容大小。[例1](2021·浙江丽水期末)(多选)如图所示,单刀双掷开关S原来跟2相接,从t=0开始,开关改接1,得到流过电路中P点的电流随时间变化的I-t图像如图(甲)所示,电容器两极板的电势差UAB随时间变化的图像如图(乙)所示。t=2s时,把开关改接2,则在I-t图像和UAB-t图像中画出的之后2s时间内图像的大致形状正确的是(

)BC解析:开关S接1时,电容器充电,充电完毕,电流为零,再将开关S拨向2位置,开始反向放电,放电完毕后,电流为零,故I-t图像为B,即A错误,B正确;开关S接1时,电容器与电源直接相连,充电结束后,极板两端电压为电源电动势,放电过程中,电压逐渐减小,但极板的电性不变,故C正确,D错误。名师点拨(1)电容器的充、放电是电容器的基本工作方式。(2)电容器的充、放电过程非常短暂,即充、放电电流是极短暂的。(3)电容器的充电电流与放电电流的方向相反。[针对训练1]如图所示为某一电容器中所带电荷量和两端电压之间的关系图线,若将该电容器两端的电压从40V降低到36V,下列说法对电容器来说正确的是(

)A.是充电过程B.是放电过程C.该电容器的电容为5.0×10-2FD.该电容器的电荷量变化量为0.20CB要点二平行板电容器的动态分析问题情境电容式触摸屏广泛应用于电子设备中,其结构如图所示。电容式触摸屏是将屏幕分块,在每一个区域设置一组电容模块,各自独立工作。手指触及某一区域时改变其电容,从而发出电信号,通过控制器精确得出位置。(1)若电容器两极板间的电压不变,用手按外屏时,两极间的距离减小,电容怎么变化?电容器带电荷量怎么变化?答案:(1)电容器两极间的电压不变,两极间的距离减小时,电容增大,电容器带电荷量增大。(2)若电容器带电量不变,用手按外屏,两极间的距离减小时,电容器两极板间的电压怎么变化?答案:(2)若电容器带电荷量不变,两极间的距离减小时,电容器的电容增大,电压减小。归纳拓展[例2](2021·湖北咸宁期末)

两块大小、形状完全相同的金属平板平行放置,构成一平行板电容器,与它相连接的电路如图所示,接通开关S,电源给电容器充电。则(

)A.保持S接通,减小两极板间的距离,则两极板间电场的电场强度减小B.保持S接通,在两极板间插入一块介质板,则极板上的电荷量减小C.充电结束后断开S,减小两极板间的距离,则两极板间的电势差增大D.充电结束后断开S,在两极板间插入一块介质板,则两极板间的电势差减小D名师点拨分析平行板电容器动态变化问题的思路(1)确定不变量,分析是电压不变还是所带电荷量不变。[针对训练2]如图所示,平行板电容器的两极板A、B间有一个陶瓷板,现将陶瓷板向左拉出,在拉出陶瓷板的过程中电容器的电容

(选填“增大”“减小”或“不变”),流过电流计的电流方向是

(选填“由a到b”或“由b到a”)。

答案:减小由a到b要点三平行板电容器中的力学问题问题情境归纳拓展1.带电粒子在平行板电容器中的力学问题是静电场与力学知识的综合,分析方法与力学的分析方法基本相同。2.涉及的问题一般是带电粒子在极板间处于某一运动状态,由于电容器的改变而导致带电粒子运动状态的改变。解决问题的思路一般先分析受力情况,再分析运动状况和运动过程(平衡、加速或减速,是直线还是曲线运动),然后选用恰当的规律(如牛顿运动定律、动能定理及能量守恒定律等)解题。[例3](多选)如图所示,将平行板电容器接在恒定电源两极间,电容器两极板间的带电尘埃恰好处于静止状态。若将两极板缓慢地错开一些,其他条件不变,则(

)A.电容器上的电荷量不变B.带电尘埃仍保持静止状态C.电流计G中有a到b方向的短暂电流D.电流计G中有b到a方向的短暂电流BC名师点拨(1)带电物质在充电的平行板之间,除非有特别说明外受到重力作用。(2)电容器改变时,带电物体受力改变,其运动情况决定于合力方向和初始状态。[针对训练3]如图所示,两平行的带电金属板水平放置。若在两板中间a点由静止释放一带电微粒,微粒恰好保持静止状态。现将两板绕过a点的轴(垂直于纸面)逆时针旋转45°,再从a点由静止释放同一微粒,该微粒将(

)A.保持静止状态B.向左上方做匀加速运动C.向正下方做匀加速运动D.向左下方做匀加速运动D解析:最初带电微粒处于静止状态,受力如图(甲),qE=mg;当两板绕过a点的轴逆时针转过45°时,带电微粒的受力如图(乙),其合力指向左下方,故微粒从静止开始向左下方做匀加速运动,选项D正确。实践应用拓展延伸·凝练素养模型·方法·结论·拓展静电计的使用静电计是在验电器的基础上改造而成的,静电计由相互绝缘的两部分组成,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、指针所带电荷越多,张角就越大,表明指针与外壳间的电势差越大。在探究影响平行板电容器的因素的实验中,静电计与电容器的两极板分别连接在一起,则电容器两极板间的电势差就等于静电计上所指示的电势差U,可见,静电计指针偏角的变化表征了电容器两极板间电势差的变化。[示例]如图所示的实验装置中,平行板电容器的极板A与一灵敏静电计相接,极板B接地。电容器的电荷量始终保持不变,下列说法中正确的是(

)A.若静电计指针偏角减小,说明电容器A板电势升高B.若B板稍向上移动一点,则静电计指针偏角将减小C.若B板稍向左移动一点,则静电计指针偏角将减小D.若在两极板间插入有机玻璃板,则静电计指针偏角将减小D科学·技术·社会·环境电容器的应用电容器是广泛应用的电学元件,从看得见的线路板到集成了上亿元件的芯片,从玩具汽车、电动车到复兴号等,许多与电相关的产品都需要用到电容器,可以说电容器在