2024-2025学年新教材高中物理第十章静电场中的能量第四节电容器的电容学案新人教版必修3

PAGE6-第4节电容器的电容学习目标1.知道电容器的概念2.理解电容的定义及定义方法3.知道变更平行板电容器电容大小的方法。重点难点1.相识常见的电容器，通过试验感知电容器的充、放电现象。(重点)2.驾驭电容的定义、公式、单位，并会应用定义式进行简洁的计算。(难点)3.了解影响平行板电容器大小的因素，了解平行板电容器的电容公式。(重点)自主探究一、电容器和电容1．电容器的组成两个彼此绝缘的导体，当靠得很近且之间存有电介质时，就组成一电容器。2．电容器的充放电过程充电过程放电过程定义使电容器带电的过程中和掉电容器所带电荷的过程方法将电容器的两极板与电源两极相连用导线将电容器的两极板接通场强变更极板间的场强增加极板间的场强减小能量转化其他能转化为电能电能转化为其他能3．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的比值，公式为C＝eq\f(Q,U)。(2)物理意义：表示电容器容纳电荷本事的物理量。(3)单位：1F＝106μF＝1012pF。二、平行板电容器及常见电容器1．平行板电容器(1)构成：由两个彼此绝缘的平行金属板。(2)电容的确定因素：两板间距离d，两板的正对面积S，两板间电介质的相对介电常数εr。(3)关系式：C＝eq\f(εrS,4πkd)。2．常见电容器分类eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(按电介质分：聚苯乙烯电容器、陶瓷电容器、,电解电容器等,按电容是否可变分：固定电容器、可变电容器))3．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时的电压。(2)击穿电压：电介质被击穿时在电容器两极板上的极限电压，若电压超过这一限度，则电容器就会损坏。课堂小测(1)其他条件不变时，平行板电容器的电容随极板正对面积的增大而增大。 (√)(2)其他条件不变时，平行板电容器的电容随极板间距离的增大而增大。 (×)(3)任何电介质的相对介电常数都大于1。 (√)(4)某电容器上标有“1.5μF9V”的字样，则该电容器的击穿电压为9V。 (×)(5)电容器被击穿后就没有了容纳电荷的本事。 (√)要点探究要点探究要点一、对电容的理解1.两公式C＝eq\f(Q,U)与C＝eq\f(εrS,4πkd)的比较公式C＝eq\f(Q,U)C＝eq\f(εrS,4πkd)公式特点定义式确定式意义对某电容器Q∝U，但eq\f(Q,U)＝C不变，反映电容器容纳电荷的本事平行板电容器，C∝εr，C∝S，C∝eq\f(1,d)，反映了影响电容大小的因素联系电容器容纳电荷的本事由eq\f(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)来确定2.通过Q­U图象来理解C＝eq\f(Q,U)。如图所示，在Q­U图象中，电容是一条过原点的直线的斜率，其中Q为一个极板上所带电荷量的肯定值，U为两极板间的电势差，可以看出，电容器电容也可以表示为C＝eq\f(ΔQ,ΔU)，即电容器的电容的大小在数值上等于两极板间的电压增加(或减小)1V所需增加(或削减)的电荷量。要点二、平行板电容器的两类动态问题平行板电容器的两类动态问题指的是电容器始终连接在电源两端，或充电后断开电源两种状况下，电容器的d、S或者εr发生变更时，推断C、Q、U、E随之怎样变更。详细分析方法如下。1．公式分析法(①C＝eq\f(εrS,4πkd)②C＝eq\f(Q,U)③E＝eq\f(U,d))C＝eq\f(εrS,4πkd)∝eq\f(εrS,d)始终连接在电源两端充电后断开电源U不变Q不变Q＝UC∝C∝eq\f(εrS,d)U＝eq\f(Q,C)∝eq\f(1,C)∝eq\f(d,εrS)E＝eq\f(U,d)∝eq\f(1,d)E＝eq\f(U,d)∝eq\f(1,εrS)2.形象记忆法两极板间电介质不变时，还可以认为肯定量的电荷对应着肯定数目的电场线，两极板间距离变更时，场强不变；两极板正对面积变更时，如图丙电场线变密，场强增大。规律方法（一）关于静电计(1)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，静电计与电容器的两极板分别连接在一起，则电容器上的电势差就等于静电计上所指示的电势差U，U的大小就从静电计的刻度读出，可见，静电计指针的变更表征了电容器两极板电势差的变更。(2)静电计本身也是一个电容器，但静电计容纳电荷的本事很弱，即电容很小，当带电的电容器与静电计连接时，可认为电容器上的电荷量保持不变。（二）有关电容器综合问题的两点提示(1)若已知电压、电量或电容的变更状况，应先依据E＝eq\f(U,d)或E＝eq\f(4πkQ,εrS)分析两极板间电场强度的变更，然后分析物体的受力状况及运动状况的变更。(2)若已知物体运动状况的变更，应先依据运动状况分析电场力的变更，由此推断电场强度的变更，进而推断电压、电量或电容的变更规律。（三）电容器动态变更的两类问题比较分类始终与电池两极相连充电后与电池断开且不充放电不变量UQd变大C变小，Q变小，E变小C变小，Q变大，E不变S变大C变大，Q变大，E不变C变大，Q变小，E变小变大C变大，Q变大，E不变C变大，Q变小，E变小随堂训练1.一个电容器的规格是“100μF、25V”,对这两个数据的理解正确的是(

)

A.这个电容器加上25V电压时,电容才是100μF

B.这个电容器最大电容是100μF,当带电荷量较小时,电容小于100μF

C.这个电容器所加电压不能高于25V

D.这个电容器电容不变,总是100μF2.由电容器的电容的定义式C=Q/U可知(

)

A.电容器不带电,则电容C为零

B.电容与电容器所带的电荷量成正比,与电势差U成反比

C.电容C与所带电荷量Q的多少无关D.电容在数值上等于使两板间的电压增加1V时所需增加的电荷量3.两块大小、形态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.闭合开关S,电容器充电完成后(

)A.保持S闭合,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闭合,在两极板间插入一块绝缘介质,则极板上的电荷量减小

C.断开S,减小两极板间的距离,则两极板间的场强增大

D.断开S,在两极板间插入一块绝缘介质,则两极板间的电势差减小4.两个较大的平行金属板A、B相距为d,分别接在电压为U的电源正、负极上,这时质量为m、带电荷量为-q的油滴恰好静止在两板之间,在其他条件不变的状况下,假如将两板特别缓慢地水平错开一些,那么在错开的过程中(

)A.油滴将向上加速运动,电流计中的电流从b流向aB.油滴将向下加速运动,电流计中的电流从a流向b

C.油滴静止不动,电流计中的电流从b流向aD.油滴静止不动,电流计中的电流从a流向b5.如图所示,一个带负电荷的小球悬挂在竖直放置的平行板电容器内部,闭合S后,小球静止时,悬线与竖直方向的夹角为θ,则(

)

A.S闭合,减小A、B板间的距离,则夹角θ增大

B.S闭合,减小A、B板间的距离,则夹角θ减小

C.S断开,使B板竖直向上移动,则夹角θ不变

D.S断开,增大A、B板间的距离,则夹角θ不变

答案以及解析1.答案：CD解析：电容器的电容与电容器极板间所加电压无关,加电压或不加电压、带电荷量多或少,电容都是100μF,故A、B错误,D正确.“25V”是电容器的耐压值,这个电容器所加电压不能高于25V,故C正确.2.答案：CD解析：电容的大小由电容器本身因素所确定，与所带的电荷量及两端的电压无关，故B错误，C正确.电容器不带电，电容不会变更，A错误.由,可知电容在数值上等于使两极板间的电压增加1V时所需增加的电荷量，故D正确.3.答案：D解析：保持S闭合，则电容器两极板间的电压保持不变,减小两极板间的距离，两极板间电场的电场强度增大，故A错误;保持S闭合，则电容器两极板间的电压保持不变,在两极板间插入一块绝缘介质，电容器的电容增大，由电容的定义式Q=UC,可知电容器所带电荷量增大，故B错误;断开S,则电容器所带电荷量保持不变，减小两极板间的距离，两极板间的场强,两极板间的场强不变，故C错误;断开S，则电容器所带电荷量保持不变，在两极板间插入一块绝缘介质，电容器的电容增大，电容器的带电荷量不变，所以两极板间的电势差U=Q/C减小，故D正确.4.答案：D解析：两极板缓慢错开过程中，两板正对m面积S变小，由知电容C减小，由于板间电压不变，由Q=CU知Q变小，即电容器放电，由于A板带正电,B板带负电，则存电流由a流向b由于起初油滴所受重力大小等于电场力，板间场强不变，