湖南省邵陽(yáng)市隆回縣萬(wàn)和實(shí)驗(yàn)學(xué)校高中物理 1.8電容器的電容課件 新人教版選修31.ppt

8 電容器的電容 一 電容器1 電容器 兩個(gè)相互又彼此的導(dǎo)體組成一個(gè)電容器 2 電容器的充電和放電 1 充電 定義 使電容器兩極板帶上電荷的過(guò)程叫做充電 如下圖甲所示 特征 兩極板所帶等量異種電荷均勻分布在兩極板相對(duì)的 充電的過(guò)程是將電場(chǎng)能儲(chǔ)存在電容器中 靠近 絕緣 等量異種 內(nèi)側(cè) 2 放電 定義 使充電后的電容器電荷的過(guò)程叫做放電 如下圖乙所示 特征 放電過(guò)程是儲(chǔ)存在電場(chǎng)中的轉(zhuǎn)化為其他形式的能 3 電容器的帶電荷量 是指其中一個(gè)所帶電荷量的絕對(duì)值 失去 電場(chǎng)能 極板 二 電容1 定義 電容器所帶的電荷量q與電容器兩極板間的電勢(shì)差u的 叫做電容器的電容 2 定義式 3 單位是法拉 簡(jiǎn)稱(chēng)法 符號(hào)是f 常用單位還有微法 f 和皮法 pf 量值關(guān)系 1f 106 f 1012pf 比值 三 平行板電容器1 基本結(jié)構(gòu) 由兩塊彼此絕緣 互相靠近的金屬板組成 是最簡(jiǎn)單的 也是最基本的電容器 2 帶電特點(diǎn) 兩極板電荷異號(hào) 分布在相對(duì)兩板的內(nèi)側(cè) 3 板間電場(chǎng) 板間形成 場(chǎng)強(qiáng)大小為e u d 方向垂直板面 平行 等量 勻強(qiáng)電場(chǎng) 四 平行板電容器的電容1 實(shí)驗(yàn) 探究影響電容的幾個(gè)因素 1 實(shí)驗(yàn)方法 法 2 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?探究影響平行板電容器電容的因素 3 實(shí)驗(yàn)導(dǎo)析 如下圖甲 乙 丙 控制變量 五 常見(jiàn)的電容器1 分類(lèi) 1 按電介質(zhì)分 空氣電容器 電容器 電容器 陶瓷電容器 電容器 電容器等 2 按是否可變分 電容器 電容器等 云母 紙質(zhì) 滌綸 電解 可變 固定 對(duì)于水平放置的平行板電容器 下列說(shuō)法正確的是 a 將兩極板的間距加大 電容將增大b 將兩極板平行錯(cuò)開(kāi)一些 使正對(duì)面積減小 電容將減小c 在下板的內(nèi)表面上放置一面積和極板相等 厚度小于極板間距的陶瓷板 電容將增大d 在下板的內(nèi)表面上放置一面積和極板相等 厚度小于極板間距的鋁板 電容將增大 解析 答案 bcd 2 電容器的擊穿電壓和額定電壓 1 擊穿電壓 電容器兩極板間電壓超過(guò)某一數(shù)值 電介質(zhì)被擊穿 電容器損壞 這個(gè)極限電壓為電容器的擊穿電壓 電容器正常工作時(shí)的電壓應(yīng)低于擊穿電壓 2 額定電壓 電容器長(zhǎng)期工作時(shí)所能承受的電壓 額定電壓低于擊穿電壓 關(guān)于電容器 下列說(shuō)法中正確的是 a 按電介質(zhì)的不同 電容器分為紙介電容器 陶瓷電容器 固定電容器 電解電容器b 電容器的額定電壓是指加在電容器上的最大電壓 超過(guò)這一電壓 電容器會(huì)被擊穿c 可變電容器一般通過(guò)改變兩極板間距離實(shí)現(xiàn)d 電解電容器 兩極板間距離很小 正對(duì)面積較大 電容較大 解析 3 對(duì)電容器充電 放電的理解 1 充電過(guò)程的特點(diǎn) 充電電流 電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針?lè)较?電流強(qiáng)度由大到小 電容器所帶電荷量增加 電容器兩極板間電壓升高 電容器中電場(chǎng)強(qiáng)度增強(qiáng) 充電后 電容器從電源中獲取的能量稱(chēng)為電場(chǎng)能 2 放電過(guò)程特點(diǎn) 放電電流 電流方向是從正極板流出 電流是由大變小 電容器上電荷量減少 電容器兩極板間電壓降低 電容器中電場(chǎng)強(qiáng)度減弱 電容器的電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化成其他形式的能 如下圖所示 電容器的兩極板與電源的正 負(fù)極相連 當(dāng)電容器兩極板間的距離由d迅速增大為2d的過(guò)程中 下列說(shuō)法正確的是 a 電容器兩板電壓始終不變b 電容器兩板電壓瞬時(shí)升高后又恢復(fù)原值c 根據(jù)q cu可知 電容器帶電荷量先增大后減小d 電路中電流由a板經(jīng)電源流向b板 答案 b 4 關(guān)于平行板電容器的兩類(lèi)典型問(wèn)題的求解方法 1 平行板電容器充電后 繼續(xù)保持電容器兩極板與電池兩極相連接 電容器的電壓u不變 而d s r變化將引起電容器的c q e變化 2 平行板電容器充電后 切斷與電池的連接 電容器的帶電量q不變 而d s r中某一量的變化將引起電容器的c u e變化 結(jié)論 從e的表達(dá)式可以看出 當(dāng)平行板電容器的帶電荷量q不變 而僅改變間距d時(shí) 內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)e不變 如下圖所示 平行金屬板a b組成的電容器 充電后與靜電計(jì)相連 要使靜電計(jì)指針張角變大 下列措施中可行的是 a 將a板向上移動(dòng)b 將b板向右移動(dòng)c 將a b之間充滿(mǎn)電介質(zhì)d 將a板放走部分電荷 解析 首先要搞清楚電路的結(jié)構(gòu) 明確靜電計(jì)測(cè)量的是電容器兩極間的電壓 再者是要明確各個(gè)選項(xiàng)中是電容器的電壓不變還是電荷量不變 然后根據(jù)題設(shè)條件運(yùn)用相應(yīng)的公式分別進(jìn)行討論 確定選項(xiàng) 當(dāng)b板右移時(shí) 極板間距d增大 可知c減小 u增大 靜電計(jì)的張角變大 選項(xiàng)b正確 極板間插入電介質(zhì) 介電常數(shù) 增大 從而電容c增大 u減小 選項(xiàng)c錯(cuò)誤 當(dāng)a板放走部分電荷 極板的帶電荷量q減小 而c不變 故u減小 選項(xiàng)d錯(cuò)誤 故正確答案為ab答案 ab no 4難點(diǎn)釋疑 1 電容器和電容是一回事嗎 提示 電容器是盛放電荷的一種容器 電容是描述這種容器盛放電荷本領(lǐng)大小的一個(gè)物理量 如果把電容器比作水缸 則電容就是這個(gè)水缸的橫截面積 水缸的橫截面積越大 水缸容納水的本領(lǐng)就越大 2 電容式傳感器的構(gòu)造及工作原理 提示 1 圖甲所示是測(cè)定液面高度h的電容式傳感器 在金屬芯線(xiàn)的外面涂上一層絕緣物質(zhì) 放入導(dǎo)電液體中 金屬芯線(xiàn)和導(dǎo)電液體構(gòu)成電容器的兩個(gè)極 金屬芯線(xiàn)外面的絕緣物質(zhì)就是電介質(zhì) 液面高度h發(fā)生變化時(shí) 正對(duì)面積發(fā)生變化 從而使電容c發(fā)生變化 知道c的變化 就可以知道h的變化情況 2 圖乙是測(cè)定壓力f的電容式傳感器 待測(cè)壓力f作用于可動(dòng)膜片電極上的時(shí)候 膜片發(fā)生形變 使極板間距離d發(fā)生變化 引起電容c的變化 知道c的變化 就可以知道f的變化情況 3 驗(yàn)電器和靜電計(jì)是靜電學(xué)中常用的實(shí)驗(yàn)儀器 兩者的構(gòu)造和用途是怎樣的 提示 1 驗(yàn)電器是用來(lái)檢驗(yàn)物體是否帶電和帶哪一種電荷的儀器 通常所用的一種驗(yàn)電器叫金箔驗(yàn)電器 金箔驗(yàn)電器是利用同種電荷相斥 異種電荷相吸的原理制成的 其構(gòu)造如圖甲所示 在一個(gè)金屬棒的上端裝一個(gè)金屬球 在其下端貼兩條很薄的金屬箔片 金屬棒插在用絕緣體制成的瓶塞中 瓶塞塞在玻璃瓶或有玻璃窗的金屬盒子上 2 靜電計(jì)是用來(lái)測(cè)量導(dǎo)體的電勢(shì)和導(dǎo)體間電勢(shì)差的儀器 把金箔驗(yàn)電器的玻璃瓶改為有玻璃窗的金屬盒 箔片改為帶有刻度的金屬指針 圖乙 就成為一個(gè)靜電計(jì) 它有三個(gè)用途 一是做一般驗(yàn)電器使用 可以檢驗(yàn)物體是否帶電和帶哪一種電荷 因而靜電計(jì)也叫指針式驗(yàn)電器 二是測(cè)量導(dǎo)體間的電勢(shì)差 將兩導(dǎo)體分別與靜電計(jì)的金屬棒及盒相連 棒與盒間便產(chǎn)生電場(chǎng) 指針表面的電荷受到電場(chǎng)力的作用 即受到棒上同種電荷的斥力及金屬內(nèi)壁異種電荷的引力 指針便產(chǎn)生偏轉(zhuǎn) 被測(cè)電勢(shì)差越大時(shí)盒內(nèi)場(chǎng)強(qiáng)越大 指針偏轉(zhuǎn)角度越大 三是測(cè)量導(dǎo)體的電勢(shì) 只要把被測(cè)導(dǎo)體與靜電計(jì)的棒相連 將金屬盒接地 便可測(cè)出導(dǎo)體與大地間的電勢(shì)差 即導(dǎo)體的電勢(shì) 通常規(guī)定大地電勢(shì)為零 教材資料分析 做一做 電流傳感器可以像電流表一樣測(cè)量電流 點(diǎn)撥 1 狹長(zhǎng)的矩形面積表示電流與時(shí)間的乘積 即在一段時(shí)間內(nèi)所放電荷量 2 全部放電過(guò)程中所釋放的電荷量 等于曲線(xiàn)與坐標(biāo)軸所圍成的面積 所以只需要查一下小方格的個(gè)數(shù) 用每個(gè)方格的面積乘以方格的格數(shù)即可得放電電量 查格數(shù)時(shí) 多于半個(gè)格的按一個(gè)計(jì)算 不到半個(gè)格的舍去 3 根據(jù)以上數(shù)據(jù) 估算出電容器的電容約為400 f 一個(gè)平行板電容器 使它每板電荷量從q1 3 10 5c增加到q2 3 6 10 5c時(shí) 兩板間的電勢(shì)差從u1 10v增加到u2 u2是多大 這個(gè)電容器的電容多大 如果使兩極板電勢(shì)差從u1 10v降為u2 6v 則每板需減少多少電荷量 答案 12v3 f1 2 10 5c 2 設(shè)電容器原來(lái)所帶的電荷量為q 則q cu 1 5 10 4 3c 4 5 10 4c 3 電容器的電容是由本身決定的 與是否帶電無(wú)關(guān) 所以電容器放掉全部電荷后 電容仍然是150 f 答案 1504 5 10 4150 兩塊大小 形狀完全相同的金屬平板平行放置 構(gòu)成一平行板電容器 與它相連接的電路如圖所示 接通開(kāi)關(guān)s 電源即給電容器充電 則 a 保持s接通 減小兩極板間的距離 則兩極板間電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度減小b 保持s接通 在兩極板間插入一塊介質(zhì) 則極板上的電荷量增大c 斷開(kāi)s 減小兩極板間的距離 則兩極板間的電勢(shì)差減小d 斷開(kāi)s 在兩極板間插入一塊介質(zhì) 則兩極板間的電勢(shì)差增大 解析 答案 bc 跟蹤發(fā)散 2 1 一平行板電容器充電后與電源斷開(kāi) 負(fù)極板接地 在兩極板間有一正電荷 電荷量很少 固定在p點(diǎn) 以e表示極板間的場(chǎng)強(qiáng) u表示兩極板間的電壓 wp表示正電荷在p點(diǎn)的電勢(shì)能 若保持負(fù)極板不動(dòng) 將正極板移到如右圖中虛線(xiàn)表示的位置 則 a u變小 wp不變b u變小 e不變c u變大 wp變大d u不變 e不變 答案 ab 如右圖所示 平行板電容器兩極板間電壓恒定 帶電的油滴在極板間靜止 斷開(kāi)開(kāi)關(guān)后 再將極板間距離增大些 則油滴將 a 向上運(yùn)動(dòng)b 仍然靜止c 向下運(yùn)動(dòng)d 向左或向右運(yùn)動(dòng) 答案 b 跟蹤發(fā)散 3 1 如下圖所示 平行板電容器豎直放置 a板上用絕緣線(xiàn)懸掛一帶電小球 靜止時(shí) 絕緣線(xiàn)與固定的a板成 角 平移b板 下列說(shuō)法正確的是 a s閉合 b板向上平移一小段距離 角變大b s閉合 b板向左平移一小段距離 角變大c s斷開(kāi) b板向上平移一小段距離 角變大d s斷開(kāi) b板向左平移一小段距離 角不變 答案 bcd 答案 b 2 如下圖所示的電容式鍵盤(pán) 是通過(guò)改變電容器的哪個(gè)因素來(lái)改變電容的 a 兩板間的距離b 兩板間的電壓c 兩板間的電介質(zhì)d 兩板的正對(duì)面積 答案 a 3 有一只電容器的規(guī)格是 1 5 f 9v 那么 a 這只電容器上的電荷量不能超過(guò)1 5 10 5cb 這只電容器上的電荷量不能超過(guò)1 35 10 5cc 這只電容器的額定電壓為9vd 這只電容器的擊穿電壓為9v解析 9v為電容器的額定電壓 或工作電壓 故c正確 正常工作時(shí)的帶電荷量q cu 1 5 10 6 9c 1 35 10 5c 選項(xiàng)b亦正確 答案 bc 4 有兩個(gè)平行板電容器 它們的電容量之比為5 4 它