精品10.4 電容器的電容 (人教版新教材)高中物理必修三第十章【知識點(diǎn)+練習(xí)】

1、1第十章 靜電場中的能量4 電容器的電容知識點(diǎn)一 電容器和電容1電容器：兩個(gè)相互靠近又彼此絕緣的導(dǎo)體組成一個(gè)電容器2 電容器的充電和放電(1)充電：把電容器的一個(gè)極板與電池組的正極相連，另一個(gè)極板與負(fù)極相連，兩個(gè)極板將分別帶上等量的異號電荷， 這個(gè)過程叫作充電， 如圖甲所示充電過程中由電源獲得的電能儲(chǔ)存在電容器中(2)放電：用導(dǎo)線把充電后的電容器的兩極板接通，兩極板上的電荷中和，電容器又不帶電了，這個(gè)過程叫作放電 如圖乙所示 放電過程電場能轉(zhuǎn)化為其他形式的能3(1)定義： 電容器所帶的電荷量 Q 與電容器兩極板間的電勢差 U 的比值， 叫作電容器的電容(2)定義式： C單位是法拉，簡稱法，符號

2、是 F，常用單位還有微法(F)和皮法(pF)，數(shù)量值關(guān)系： 1 F106 F1012pF.*注意：這里說的“電容器所帶的電荷量 Q”，是指一個(gè)極板所帶電荷量的絕對值。 知識點(diǎn)二 平行板電容器和常用電容器1 結(jié)構(gòu)：由兩塊彼此絕緣、互相靠近的平行金屬板組成，是最簡單的，也是最基本的電容器2決定因素： 平行板電容器的電容與兩平行極板正對面積 S 成正比， 與電介質(zhì)的相對介電常數(shù)r 成正比，與極板間距離 d 成反比3表達(dá)式： C4d，式中 k 為靜電力常量4 分類：從構(gòu)造上可分為固定電容器和可變電容器兩類 U5平行板電容器內(nèi)部是勻強(qiáng)電場，E d .6 額定電壓和擊穿電壓(1)額定電壓：電容器正常工作時(shí)

3、所能承受的電壓，它比擊穿電壓要低(2)擊穿電壓：是電容器的極限電壓，超過這個(gè)電壓，電容器內(nèi)的電介質(zhì)將被擊穿，電容器將被損壞拓展 平行板電容器兩類問題1如圖所示，電容器充電后保持和電源相連，此時(shí)電容器兩極板間的電壓不變(1)當(dāng)兩極板的正對面積 S 增大時(shí)，電容器的 C、Q、E 如何變化？(2)當(dāng)兩極板間距 d 增大時(shí)，電容器的 C、Q、E 如何變化？2在上面探究 1 圖中，電容器充電后和電源斷開，此時(shí)電容器的帶電荷量不變(1)當(dāng)兩極板的正對面積增大時(shí)，電容器的 C、U、E 將如何變化？(2)當(dāng)兩極板間距 d 增大時(shí)，電容器的 C、U、E 將如何變化？2【例 1】如圖是描述一給定的電容器充電時(shí)電量

4、 Q、電壓 U、電容 C 之間的相互關(guān)系圖，其中不正確的是圖( )【例 2】(多選)如圖所示，豎直放置的平行板電容器與定值電阻R、電源E 相連，用絕緣細(xì)線將帶電小球 q 懸掛在極板間，閉合開關(guān) S 后懸線與豎直方向夾角為 。則有( )A保持開關(guān) S 閉合，將A 板向右平移， 不變B保持開關(guān) S 閉合，將A 板向左平移， 變小C先閉合開關(guān) S，然后斷開，將 A 板向右平移， 不變D先閉合開關(guān) S，然后斷開，將 A 板向右平移， 變小【例 3】 如圖所示是一個(gè)由電池、電阻R、開關(guān)S 與平行板電容器組成的串聯(lián)電路，開關(guān)S 閉合一帶電液滴懸浮在兩板間P 點(diǎn)不動(dòng)，下列說法正確的是( )A帶電液滴可能帶正

5、電B增大兩極板距離的過程中，電阻R 中有從 a 到b 的電流，電容器中負(fù)電荷從B 到A C斷開 S，減小兩極板正對面積的過程中，液滴將加速下降D斷開 S，減小兩極板距離過程中，液滴靜止不動(dòng)隨堂練習(xí)1 (多選)下列關(guān)于電容器的敘述中正確的是( )A電容器是儲(chǔ)存電荷和電能的容器，只有帶電的容器才稱為電容器B任何兩個(gè)彼此絕緣而又靠得很近的導(dǎo)體， 都能組成電容器， 而且跟這兩個(gè)導(dǎo)體是否帶電無關(guān) C電容器所帶的電荷量是指單個(gè)極板上所帶電荷量的絕對值D電容器充電過程是將其他形式的能轉(zhuǎn)變成電容器的電能并儲(chǔ)存起來； 電容器放電過程是將電容器儲(chǔ)存的電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能2下列關(guān)于電容器和電容的說法中，錯(cuò)誤的是(

6、 )A電容器 A 的體積比 B 大，說明A 的電容一定比B 的大B對于確定的電容器，其帶的電荷量與兩板間的電壓(小于擊穿電壓且不為零)成正比C無論電容器的電壓如何變化(小于擊穿電壓且不為零)，它所帶的電荷量與電壓的比值恒定不 變D電容器的電容是表示電容器容納電荷本領(lǐng)大小的物理量，其大小與加在兩板上的電壓無關(guān)3 (多選)某電容器上標(biāo)有“1.5 F 9 V”字樣，則該電容器( )3A所帶電荷量不能超過 1.5106 CB所帶電荷量不能超過 1.35105 C C所加電壓不應(yīng)超過 9 VD該電容器的擊穿電壓為 9 V4 (多選)傳感器是一種采集信息的重要器件，如圖是由電容器作為傳感器來測定壓力變化的

7、電路，當(dāng)待測壓力F 作用于可動(dòng)膜片電極上時(shí)，以下說法中正確的是( )A若 F 向上壓膜片電極，電路中有從 a 到 b 的電流B若 F 向上壓膜片電極，電路中有從 b 到 a 的電流 C若 F 向上壓膜片電極，電路中不會(huì)出現(xiàn)電流D若電流表有示數(shù)，則說明壓力 F 發(fā)生變化5一個(gè)平行板電容器，使它帶電荷量從 Q13105 C 增加到 Q23.6105 C 時(shí)，兩板間的電 勢差從 U110 V 增加到 U212 V，這個(gè)電容器的電容多大？如果使兩極板電勢差從 U110 V 降為2U 6 V，則每板需減少多少電荷量？6冬天當(dāng)我們脫毛絨衫時(shí)，靜電經(jīng)常會(huì)跟你開個(gè)小玩笑，下列說法正確的是( )A當(dāng)將外衣脫下的

8、過程中，內(nèi)外衣間摩擦起電，內(nèi)衣和外衣所帶的電荷是同種電荷B內(nèi)外兩件衣看作電容器的兩極，且電荷量不變，脫下外衣過程，兩衣間電勢差將變小 C在將外衣脫下的過程中，內(nèi)外兩衣間隔增大，衣物上電荷的電勢能將減小D脫衣時(shí)如果人體帶上了電，當(dāng)手接近金屬門把時(shí)，會(huì)造成對人體輕微的電擊 7.如圖所示，先接通開關(guān) S 使電容器充電，然后斷開開關(guān) S.當(dāng)增大兩極板間距離時(shí)，電容器所帶電荷量 Q、電容 C、兩極板間電勢差 U、電容器兩極板間電場強(qiáng)度 E 的變化情況是( )A Q 變小， C 不變， U 不變， E 變小 B Q 變小， C 變小， U 不變， E 不變C Q 不變， C 變小， U 變大， E 不變

9、D Q 不變， C 變小， U 變小， E 變小 8.(多選)在如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置中，平行板電容器的極板 A 與一靈敏的靜電計(jì)相接，極板 B 接地若極板 B 稍向上移動(dòng)一點(diǎn)，由觀察到的靜電計(jì)指針變化做出平行板電容器電容變小的結(jié)論的依據(jù)是( )A兩極板間的電壓不變，極板上的電荷量變小B兩極板間的電壓不變，極板上的電荷量變大C極板上的電荷量幾乎不變，兩極板間的電壓變大D極板上的電荷量幾乎不變，兩極板間的場強(qiáng)變大49.如圖， 在電鍵 S 閉合時(shí)， 質(zhì)量為 m 的帶電液滴處于靜止?fàn)顟B(tài)， 那么， 下列判斷正確的是( )A電鍵 S 斷開，極板上的電荷量將減少，電壓降低B電鍵 S 斷開，極板間距離減小，則極

10、板上的電荷量減少 C電鍵 S 斷開，極板間距離減小，則極板間電壓降低D電鍵 S 斷開，極板間距離減小，則帶電液滴向下運(yùn)動(dòng)10傳感器是自動(dòng)控制設(shè)備中不可缺少的元件，已經(jīng)滲透到宇宙開發(fā)、環(huán)境保護(hù)、交通運(yùn)輸以 及家庭生活等各種領(lǐng)域中。如圖所示為幾種電容式傳感器，其中通過改變電容器兩板間的距離而引 起電容變化的是( )11(多選)如圖所示， A、B 是兩塊平行金屬極板， 充電后與電源斷開。 A 板帶正電， B 板帶負(fù)電 并與地連接，有一帶電微粒懸浮在兩板間P 點(diǎn)處靜止不動(dòng)?，F(xiàn)將B 板上移到虛線處，則下列說法正確的是( )A帶電微粒的電性為正C極板間 P 點(diǎn)的電勢升高B平行板電容器電容增大D帶電微粒的電

11、勢能增大12 如圖所示，一平行板電容器跟一電源相接，當(dāng)S 閉合時(shí)，平行板電容器極板A、B 間的一 帶電液滴恰好靜止若將兩板間距離增大為原來的兩倍，那么液滴的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)如何變化？若先將 S 斷開，再將兩板間距離增大為原來的兩倍，液滴的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)又將如何變化？13如圖所示的裝置中，平行板電場中有一質(zhì)量為 m，帶電量為 q 的小球，用長 L 的細(xì)線拴住 后在電場中處于平衡位置，此時(shí)線與豎直方向的夾角為 ，兩板間的距離為d，求：(1)小球帶何種電荷？(2)兩板間的電勢差是多少？(3)把線拉成豎直向下的位置，放手后小球到達(dá)平衡位置時(shí)的速度為多大？5第十章 靜電場中的能量 4 電容器的電容【例 1】答案： A

12、【例 2】答案： BC解析： 保持開關(guān) S 閉合，電容器兩端的電勢差不變，將A 板向右移動(dòng)， d 減小，則電場強(qiáng)度增 大，電場力增大，根據(jù)共點(diǎn)力平衡知， 角變大，反之向左移動(dòng)， 角變小， A 錯(cuò)誤， B 正確；斷開開關(guān) S，電荷量不變，根據(jù)C4kd，E= d ，C=U聯(lián)立解得 E=d=Cd= S ，故電場強(qiáng)度大小與兩極 板間的距離無關(guān)，故電場強(qiáng)度不變，所以移動(dòng)A 板， 角不變， C 正確， D 錯(cuò)誤?！纠?3】答案： D解析： 帶電液滴在重力和電場力作用下處于平衡狀態(tài)，電場力方向向上，電場方向向下，故液滴帶負(fù)電， A 選項(xiàng)錯(cuò)誤由 C4d和 QCU 可知，當(dāng)兩極板間距增大的過程中， C 變小，所

13、以 Q變小，因此電容器放電，放電電流的方向從a 到 b，負(fù)電荷由 B 板經(jīng)電源和電阻 R 流向 A 板，選項(xiàng)B 錯(cuò)誤斷開 S，由 C4d，QCU 和 UEd 知 E4 ，Q 不變， S 減小，所以 E 增大，電場4kQS U Q U Q 4kQr力大于重力， 液滴加速上升， C 選項(xiàng)錯(cuò)誤 由 E S 知， Q 不變， d 減小， E 不變， 液滴靜止不動(dòng)，D 選項(xiàng)正確拓展： 如果問液滴在 P 點(diǎn)電勢能的變化呢？隨堂練習(xí)1 、答案： BCD解析： 電容器是任何兩個(gè)彼此絕緣而又靠得很近的導(dǎo)體組成的能夠儲(chǔ)存電荷和電能的裝置，與 導(dǎo)體是否帶電無關(guān)， 則 A 錯(cuò)， B 正確 電容器充電時(shí) 將其他形式的能

14、轉(zhuǎn)化為電能儲(chǔ)存起來； 反之， 放電過程是將它儲(chǔ)存的電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能，故D 正確由電容器的性質(zhì)知C 正確綜上所述 答案為 B 、C 、D.2 、答案： A解析： 電容器的電容與電容器的體積、電容器所帶的電荷量、電容器兩極板間的電壓均無關(guān)， 其大小只由其自身決定3 、答案： BC解析： 電容器上標(biāo)出的電壓為額定電壓， 即電容器正常工作時(shí)的電壓， 擊穿電壓大于額定電壓，Q故 C 對， D 錯(cuò)；由 CU知， QCU，當(dāng)電容器兩極板間電壓為 9 V 時(shí)，電容器所帶的電荷量達(dá)到 最大值，即 Q1.51069 C1.35105 C ，A 錯(cuò)， B 對4 、答案： BD解析： F 向上壓膜片電極， 使得

15、電容器極板間的相對距離變小， 電容變大， 電容器和電源相連電Q壓不變，由 CU知 Q 變大，電源對電容器充電，外電路中產(chǎn)生順時(shí)針方向的瞬時(shí)電流，電流表也 就有示數(shù)了，直到再次充滿， B 對， A 、C 錯(cuò)；只要壓力F 發(fā)生變化，極板間距離就變化，電容也就 變化，電流表就有示數(shù)， D 對5 、解析： 電荷量的增加量和電勢差的增加量分別為QQ2Q13.6105 C3105 C6106 C ，UU2U112 V10 V2 V. 根據(jù)電容的定義知，它等于每增加 1 V 電勢差所需增加的電荷量，即Q 6106CU 2 F3106 F3 F.要使兩極板間電勢差降為 6 V ，則每板應(yīng)減少的電荷量為 QCU

16、3106(106) C1.2105 C.6 、答案： D7 、答案： C68 、答案： CD9 、答案： C10 、答案： C解析： A 改變的是介質(zhì)， B 、D 改變的是正對面積， C 改變的是兩板間的距離，故 C 正確。 11、答案： BD解析： 帶電微粒懸浮在兩板間靜止不動(dòng)，受到的電場力向上，帶電微粒帶負(fù)電， A 錯(cuò)誤；根據(jù)S電容的決定式 C4kd可知， 板間距離減小， 則電容增大， B 正確； 由決定式及電容的定義式 C=Q/U和板間場強(qiáng)公式 E=U/d 結(jié)合得到： E= d=Cd= S ，E 不變。 P 點(diǎn)與下極板間的距離減小，由 U=EdU Q 4kQ可知， P 與下極板間的電勢差

17、減小， 而 P 點(diǎn)的電勢比下極板的電勢高， 所以 P 點(diǎn)電勢變小， C 錯(cuò)誤；根據(jù) Ep =q ，帶電微粒帶負(fù)電，電勢變小，所以帶電微粒的電勢能變大， D 正確。故選： BD。12 、解析： S 閉合時(shí)， U 不變， d 增大， E 減小，d 2d 2U U E即 E .1 1合外力 Fmg2Eq2mgma，所以 a 2 ，方向向下g1液滴將向下做初速度為零，加速度為2g 的勻加速直線運(yùn)動(dòng)S 斷開時(shí)，電容器上帶的電荷量保持不變，當(dāng) d2d 時(shí)，由E S可知， E 不變Qr因此，液滴受力情況不變，仍處于靜止?fàn)顟B(tài)13 、分析： (1)小球在電場中處于平衡狀態(tài)，根據(jù)小球的電場力方向與場強(qiáng)方向的關(guān)系，判斷小 球的電性(2)根據(jù)平衡條件和場強(qiáng)與電勢差間的關(guān)系，求解兩板間的電勢差 (3)線拉