《10.4电容器的电容》教案、导学案、同步练习

1/21《10.4电容器的电容》教案【教学目标】1．了解电容器概念及基本作用。2．了解电容器的结构，了解常用电容器种类。3．知道平行板电容器的电容跟哪些因素有关，有什么关系？【教学重点】电容的概念，影响电容大小的因素。【教学难点】电容的概念，电容器的电量与电压的关系，电容的充、放电。【教学过程】一、新课引入教师：两块相互靠近，平行放置的金属板，如果分别带上等量异种电荷，它们之间有没有电场？两金属板间有没有电势差？教师归纳小结由此可见，相互靠近的两金属板构成的装置具有储存电荷的作用，或者说它可以容纳电荷，而两板所带正、负电荷越多，板间电场就越强，两板间的电势差就越大。那么有什么方法可以使两金属板带上正、负电荷呢？将两金属极分别按到电源的正、负两板上（同时画出电路）将“25V，4700μF”电容器（出示实物）充以16V电压，然后短路放电产生白炽的火花，并发出较大的声响。然后教师明确告诉学生“电容器可以容纳电荷”。如何解释这一现象呢？（学生疑惑）现在我们来学习有关电容器的知识。二、新课教学1．电容器电容器是电气设备中的一种重要元件，在电子技术、电工技术中有很重要的应用。收音机、电视机、充电器、电风扇、日光灯等电器中有广泛的应用。（1）电容器的构成在两个相互靠近的导体中间夹上一层绝缘物质（也叫电介质）就是一个电容器。这两个导体叫做电容器的两个极。教师出示平行板电容器、纸介电容器（展开），介绍它们的内部结构，并指出平行板电容器是最简单的电容器，再介绍一般电容器的符号。2．常用电容器教师介绍常用电容器的种类：（1）固定电容器：电容固定不变。（2）可变电容器：两极由两组铝片组成，固定的一组铝片叫做定片；可以转动的一组铝片叫做动片；空气为电介质。（通过改变两极间的正对面积或距离来改变电容。）3．电容器使用时应注意的问题通过演示电容器上的参数强调电容器使用时应注意的问题：（1）电容器的击穿电压加在电容器两极板上的电压不能超过某一限度，超过这个限度，电介质将被击穿，电容器损坏，这个极限电压称为击穿电压。（2）电容器的额定电压电容器正常工作时两极板上的最大电压。电容器外壳上标的就是额定电压，它比击穿电压要低。（3）电解电容器的极性电解电容器在使用时注意正负极，长引脚为正极。【例题1】某电容器上标有“1.5μF9V”的字样，则（B）A．该电容器所带电荷量不能超过1.5CB．该电容器所加电压不能超过9VC．该电容器击穿电压为9VD．当给该电容器加4.5V的电压时，它的电容值变为0.75μF4．电容器充放电使电容器带电叫做充电，把电容器的一个极板接电池组的正极，另一个极板接电池组的负极，两个极板分别带上了等量的异种电荷，电容器的一个极板上所带电量的绝对值叫做电容器所带的电量，充了电的电容器的两极板之间有电场。两板之间有电势差（电压）使充电后的电容器失去电荷叫做放电，用一根导线把电容器的两极接通，两极上的电荷互相中和，电容器就不带电了，放了电后两极之间不再存在电场，也没有电势差。教师讲解充、放电过程电荷移动，电场、电势差的变化。5．电容电容器充电后的带电量跟两极板间电势差有什么关系？（学生疑惑，思考片刻）我们用实验来分析。分别用8V、12V、16V电源给“25V4700μF”电容器充电，再放电，观察放电的火花与声响（增加学生感性认识）。结果：“25V4700μF”充8V，放电产生桔红色火星，几乎无声音。充12V，放电产生白色炽光，有声音。充16V，放电产生更强的白炽火花，很大声音。由此可知，电容器充电后的带电量Q，是跟它的两极间的电势差（电压）有关的。两极间电势差随所带电量的增加而增加。用不同电容器重做上述实验，又如何？用16V电源分别给“25V4700μF”和“25V1000μF”的电容器充电，再放电。结果：“25V4700μF”放电产生白炽的火花放电“25V1000μF”放电产生桔红色的火星放电由此可知，不同的电容器，电势差增加1V所需要增加的电量是不同的。师生总结实验结果同一电容器，两极间电势差随所带电量的增加而增加，对不同的电容器，电势差增加1V所需要增加的电量是不同的。为了表示这种特征，我们把使电容器的两极间的电势差增加1V所需的电量，叫做电容器的电容。两极板间的电势差增加1伏所需的电量多，电容器的电容大。所需电量少，电容器的电容小。因此，电容是表征电容器容纳电荷的本领大小的物理量。这种情形相当于直筒容器容纳水的情形，以下两个不同的容器，要使水面升高1cm所需的水量不同，乙容器比甲容器所需要的水量多，说明了乙容器容纳水的本领比甲容器大。（类比法）电容器水容器容纳储存电荷容纳储存水电荷量Q水量V电势差U水位差h电容C横截面S电容的符号是C，国际单位制里电容的单位是法拉，简称法，符号是F教师说明法的含义，再介绍较小的单位微法、皮法。1μF=10-6F1pF=10-6μF=10-12电容是表征电容器容纳电荷特性的物理量，它的大小是由电容器的本身结构决定的（如装水容器的装水本领由容器本身结构决定一样）电容器的电容跟两极板的正对面积、两极板的距离以及两极板间的电介质都有关系，增大两极板正对的面积，电容就增大。减少极板间距离，电容也增大。6．平行板电容器电容电容器中具有代表性的一种。（1）构成：两块平行相互绝缘金属板。构成里可强调一下：①两极间距d；②两极正对面积S。描述一对平行板的几何特性。注意说明，两板所带电量应是等量异号的（前面实验已证明）。（2）量度：，Q是某一极板所带电量的绝对值。（3）影响平行板电容器电容的因素：实验：先说明静电计的作用：指针偏角越大，指针与壳间电势差越大。充电完毕后，断开极板A、B与起电机连线，Q不变，改变A、B极板间距离，可见板间距增大时，静电计指针偏角变大，板间距减小时，静电计指针偏角减小。分析：d增大，C＝，Q不变，U增大，C减小。d增大，C＝，U减小，C增大。①理论和实验精确证明：C∝实验：改变AB两板正对面积S，可观察到S增大时，指针偏角变小；S减小时，指针偏角变大。分析：Q不变，U减小，C＝，C增大，S增大。Q不变，U增大，C＝，C减小，S减小。②理论和实验可精确证明：C∝S实验：固定A、B位置不变，把电介质板插入，可观察到电介质板进入过程中，静电计指针偏角变小。分析：Q不变，U变小，C＝，C变大。电介质一般指绝缘物质，无自由电荷，电荷可在平衡位置附近做微小振动。当绝缘物质处于外加电场中时，这些电荷受力，其分布将发生一定的变化，在靠近正极板表面上出现负电荷，在靠近负极板表面上出现正电荷。这些电荷不是自由电荷，而是被束缚在电介质上，不能自由移动。这些束缚电荷使板间电场削弱，两板间电势差U降低，从而使静电计指针偏角减小。③两极板间插入电介质时比不插入电介质时电容大。给出平行板电容器电容公式：C＝，ε为介电常数，k为静电力恒量。这里也可以用能的观点加以分析：电介质板插入过程中，由于束缚电荷与极板上电荷相互吸引力做功，电势能减少，故电势差降低。（4）几种常用电介质的相对介电常数电介质空气煤油石蜡陶瓷玻璃云母水ε1.000522.0~2.164~116~881（5）平行板电容器内电场：实验：（建议）在一块金属板上固定一些细尼龙丝，把两金属板平行正对放置，并用起电机使两板带电，可见尼龙丝几乎垂直于板，且相互平行地立起来。从细尼龙丝的分布情况，可看出板间电场的特点。①板间电场可看作匀强电场：E=U/dU为两板间电势差，d为两板间距。②场源关系E＝而C＝故E＝Q不变，板间电场强度E与板间距无关。U不变，电容器始终与电源两极相连，E与d成反比，Q=CU，Q与d也成反比。【例题2】如图所示，是一个由电池、电阻R与平行板电容器组成的串联电路，在增大电容器两极板间距离的过程中（）A．电阻R中没有电流B．电容器的电容变小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【拓展提高1】用两节相同的电池分别给两个原来不带电的电容器充电，已知C1<C2，当电容器达到稳定时，电容器C1和C2的带电量分别为Q1和Q2，则（）A．Q1<Q2B．Q1>Q2C．Q1=Q2D．无法确定【拓展提高2】平行板电容器充电平衡后仍与电源相连，两极板间的电压是U，电荷量为Q，两极板间场强为E，电容为C，现将两极板间距离减小，则（）A．Q变大 B．C变大C．E不变 D．U变小《10.4电容器的电容》导学案【学习目标】1．了解电容器概念及基本作用。2．了解电容器的结构，了解常用电容器种类。3．知道平行板电容器的电容跟哪些因素有关，有什么关系？【学习重点】电容的概念，影响电容大小的因素。【学习难点】电容的概念，电容器的电量与电压的关系，电容的充、放电。【学习过程】一、新课导学1．相互靠近的两金属板构成的装置具有储存电荷的作用，或者说它可以容纳电荷，而两板所带正、负电荷越多，板间电场就________，两板间的电势差就________。2．电容器可以____________二、新课学习1．电容器（1）电容器的构成___________________________________________2．常用电容器（1）固定电容器：____________________。（2）可变电容器：两极由两组铝片组成，固定的一组铝片叫做定片；可以转动的一组铝片叫做动片；空气为电介质。（通过改变_______________或________来改变电容。）3．电容器使用时应注意的问题（1）加在电容器两极板上的电压不能超过某一限度，超过这个限度，电介质将被击穿，电容器损坏，这个极限电压称为_____________。（2）电容器外壳上标的就是____________，它比击穿电压要_______。（3）电解电容器的极性电解电容器在使用时注意正负极，长引脚为________。【例题1】某电容器上标有“1.5μF9V”的字样，则（）A．该电容器所带电荷量不能超过1.5CB．该电容器所加电压不能超过9VC．该电容器击穿电压为9VD．当给该电容器加4.5V的电压时，它的电容值变为0.75μF4．电容器充放电（1）将电容器两个极板带上____________电荷的过程，叫电容器的________。此时开关S接_________。（填1或2）（2）用导线将充电后的电容器两极接通，两极________电荷的过程，叫电容器的____________。此时开关S接_________。（填1或2）5．电容（1）不同的电容器，电势差增加1V所需要增加的电量是_________。（2）与水容器类比电容器水容器（3）电容的符号是_______，国际单位制里电容的单位是_______，简称_______，符号是_______。1μF=_______F1pF=_______μF=_______F6．平行板电容器电容（1）构成：_________________________________。（2）量度：________________，Q是____________________。（3）影响平行板电容器电容的因素：①与极板间距离的关系板间距增大时，指针偏角变______，板间距减小时，指针偏角减______。说明：板间距增大时，电容C________。②与两板正对面积的关系正对面积S增大时，指针偏角变______；S减小时，指针偏角变______。说明：正对面积S增大时，电容C________。③与电介质的关系电介质板进入过程中，静电计指针偏角变____。说明：两极板间插入电介质时比不插入电介质时电容________。平行板电容器电容公式：C＝________【例题2】如图所示，是一个由电池、电阻R与平行板电容器组成的串联电路，在增大电容器两极板间距离的过程中（）A．电阻R中没有电流B．电容器的电容变小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【拓展提高1】用两节相同的电池分别给两个原来不带电的电容器充电，已知C1<C2，当电容器达到稳定时，电容器C1和C2的带电量分别为Q1和Q2，则（）A．Q1<Q2B．Q1>Q2C．Q1=Q2D．无法确定【拓展提高2】平行板电容器充电平衡后仍与电源相连，两极板间的电压是U，电荷量为Q，两极板间场强为E，电容为C，现将两极板间距离减小，则（）A．Q变大 B．C变大C．E不变 D．U变小三、训练测试1．平行板电容器充电后，保持电容器两板与电源相连，分析C、Q、U和E的变化。（1）当两板间距d增大时，C________；Q________；U________；E________。（2）当两板正对面积减小时，C________；Q________；U________；E________。2．平行板电容器充电后，断开与电源的连接，分析C、Q、U和E的变化。（1）当两板间距d增大时，C________；Q________；U________；E________。（2）当两板正对面积减小时，C________；Q________；U________；E________。2．如图所示，平行板电容器与电压恒定的直流电源连接，下极板接地。一带电油滴位于电容器中的P点恰好处于平衡状态．现将平行板电容器的上极板竖直向上移动一小段距离，则（）A．带电油滴将沿竖直方向向上运动B．P点的电势将降低C．带电油滴的电势能将减小D．电容器的电容减小，极板带电荷量将增大3．一平行板电容器充电后与电源断开，负极板接地．两板间有一个正试探电荷固定在P点，如图所示，以C表示电容器的电容、E表示两极板间的电场强度、φ表示P点的电势，Ep表示正电荷在P点的电势能，若正极板保持不动，将负极板缓慢向右平移一小段距离x0的过程中，各物理量与负极板移动距离x的关系图象正确的是图中的（）4．（多选）如图所示，平行板电容器两极板A、B与电池两极相连，一带正电小球悬挂在电容器内部．闭合开关S，充电完毕后悬线偏离竖直方向夹角为θ，则（）A．保持S闭合，将A板向B板靠近，则θ增大B．保持S闭合，将A板向B板靠近，则θ不变C．断开S，将A板向B板靠近，则θ增大D．断开S，将A板向B板靠近，则θ不变5．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（）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《10.4电容器的电容》同步练习基础巩固1.如图所示实验中,关于平行板电容器的充、放电,下列说法正确的是()A.开关接1时,平行板电容器充电,且上极板带正电B.开关接1时,平行板电容器充电,且上极板带负电C.开关接2时,平行板电容器充电,且上极板带正电D.开关接2时,平行板电容器充电,且上极板带负电解析开关接1时,平行板电容器充电,上极板与电源正极相连而带正电,A对,B错;开关接2时,平行板电容器放电,放电结束后上、下极板均不带电,C、D错。答案A2.有一已充电的电容器,若使它的电荷量减少3×10-4C,则其电压减小为原来的13,由此可知(A.电容器原来带的电荷量为9×10-4CB.电容器原来带的电荷量为4.5×10-4CC.电容器原来的电压为1VD.电容器的电容变为原来的1解析电容器的电荷量减少ΔQ=3×10-4C,电压减小为原来的13,即减少了原来的23,则根据C=ΔQΔU知,电容器原来带的电荷量Q=4.5答案B3.如图所示,一平行板电容器充电后与电源断开,这时电容器的电荷量为Q,P是电容器内一点,电容器的上极板与大地相连,下列说法正确的是()A.若将电容器的上极板左移一点,则两板间电场强度减小B.若将电容器的下极板上移一点,则P点的电势升高C.若将电容器的下极板上移一点,则两板间电势差增大D.若将电容器的下极板上移一点,则两板间电势差减小解析由E=Ud、U=QC、C=εrS4πkd,可知E=4πkQεrS,S减小,E增大,A项错误;由E=4πkQε答案D4.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,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5×10-2FD.该电容器的电荷量变化量为0.2C解析由Q=CU知,U降低,Q减小,故为放电过程,A错,B对;由C=QU=0.2ΔQ=CΔU=5×10-3×4C=0.02C,D错。答案B5.平行板电容器充电后断开电源,现将其中一块金属板沿远离另一极板的方向平移一小段距离。下图表示此过程中电容器两极板间电场强度E随两极板间距离d的变化关系,正确的是()解析由于平行板电容器充电后断开电源,电容器所带电荷量保持不变,两极板间电场强度E=Ud=QCd=答案C6.如图所示,平行板电容器的两个极板A、B分别接在电压为60V的恒压电源上,两极板间距为3cm,电容器带电荷量为6×10-8C,A极板接地。求:(1)平行板电容器的电容。(2)平行板电容器两板之间的电场强度。(3)距B板2cm的M点处的电势。解析(1)平行板电容器的电容C=QU=6×1(2)两板之间为匀强电场,E=Ud=603×10(3)M点距A板间距离为dAM=d-dBM=1cmA与M间电势差UAM=EdAM=20V又UAM=φA-φM,φA=0可得φM=-20V。答案(1)1×10-9F(2)2×103V/m,方向竖直向下(3)-20V能力提升甲1.如图甲所示为一只“极距变化型电容式传感器”的部分构件示意图。当动极板和定极板之间的距离d变化时,电容C便发生变化,通过测量电容C的变化就可知道两极板之间的距离d的变化情况。在图乙中能正确反映C与d之间变化规律的图像是()乙解析根据电容的决定式C=εrS4πkd,电容C与两极板间距离d答案A2.(多选)将平行板电容器两极板之间的距离、电压、电场强度大小和极板所带的电荷量分别用d、U、E和Q表示。下列说法正确的是()A.