1第一节电容器与电容.docx

学习目标第一节 电容器与电容核心素养形成脉络1.知道电容器的概念，生疏常见的电容器，了解电容器的充、放电现象． 2．理解电容的概念，把握电容的定义式、单位， 并能应用定义式进展简洁的计算．3. 了解平行板电容器的电容公式，知道转变平行板电容器电容大小的方法． 4．会对电容器的两类动态问题分析.一、识别电容器1. 两个相互靠近、彼此绝缘的导体，组成一个电容器．2. 电容器用字母“C”及电路符号“┤├”表示．3. 任何两个彼此绝缘又相隔很近的导体都可以看成一个电容器．4. 常见的电容器：陶瓷电容器、薄膜电容器、铝电解电容器、钽电解电容器、微调电容器、调谐电容器等．二、电容器的充放电定义方法电场强度变充电使电容器的两极板带上等量异种电荷的过程将电容器的两极板与电源的两极相连极板间的电场强度变大放电使电容器两极板上的电荷中和的过程用导线将电容器的两极板接通极板间的电场强度变小化能量转化 其他能转化为电场能 电场能转化为其他能说明：每一极板所带电量确实定值称为电容器所带的电量．电场具有能量是电场物质性的重要表现．三、电容器的电容1. 物理意义表示电容器储存电荷的力量．2. 定义电容器所带的电量 Q 与电容器两极板间的电压 U 之比，公式为 C3. 大小Q＝U．电容器的电容在数值上等于使两极板间的电压为 1 V 时电容器所需的电量，电容器的电容越大，所需的电量越多．4. 单位在国际单位制中，电容的单位是法拉(F)．1 F＝1 C/V，1 F＝106 μF＝1012 pF.5. 击穿电压与额定电压(1) 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．这个极限电压叫作击穿电压．(2) 额定电压：电容器外壳上标的是工作电压，或称额定电压，这个数值比击穿电压低．四、打算电容的因素1. 打算电容的因素减小平行板电容器两极板的正对面积、增大两极板之间的距离都能减小平行板电容器的电容；而在两极板之间插入电介质，却能增大平行板电容器的电容．2. 电容的打算式C＝ εrS ，ε 为电介质的相对介电常数，k 为静电力常量．4πkd r1. 推断以下说法是否正确．(1) 电容器的带电荷量为两极板所带电荷量确实定值之和．( )(2) 电容大的电容器带电荷量肯定多．( )(3) 电容器两极板间的电压越高，电容就越大．( ) (4)电容器不带电荷时，电容为零．( )(5)将平行板电容器错开，使正对面积减小，电容将减小．( )提示：(1)× (2)× (3)× (4)× (5)√2．(2023· 自贡市田家炳中学高二开学考)如下图的试验装置中，平行板电容器的极板 A 与一灵敏静电计相连，极板 B 接地．假设极板 B 稍向上移动一点， 由观看到的静电计指针变化作出平行板电容器电容变小的结论的依据是( )A．两极板间的电压不变，极板上的电荷量变大B．两极板间的电压不变，极板上的电荷量变小C．极板上的电荷量几乎不变，两极板间电压变小D．极板上的电荷量几乎不变，两极板间电压变大解析：选 D.由题图分析可知电容器极板上的电荷量几乎不变，将极板 B 稍向上移动一点，极板正对面积减小，依据公式 C＝εrS，电容减小，由公式C＝4πkdQ可推断出电容器极板间电压变大，静电计张角增大，故 D 正确，A、B、C 错U误．1 Q εrS探究一 对电容器电容的理解．C＝ 与 C＝4π 的比较公式内容C＝UQC＝ εS4πkdr公式特点定义式打算式U kdQ 平行板电容器，C∝εr，C∝S，对某电容器 Q∝U，但 ＝CU意义 1不变，反映电容器容纳电荷C∝ ，反映了影响电容大小d的本领 的因素Q电容器容纳电荷的本领由联系来量度，由本身的构造(如平行U板电容器的 εr、S、d 等因素)来打算2. 对 Q－U 图像的理解如下图，对固定的电容器，Q－U 图像是一条过原点的直线，直线的斜率ΔQ表示电容大小，因而电容器的电容也可以表示为 C＝ΔU.(2023· 浙江省效实中学高二期中)心脏除颤器是通过一个充电的电容器对心颤患者皮肤上的两个电极板放电，让一局部电荷通过心脏，使心脏完全停顿跳动，再刺激心颤患者的心脏恢复正常跳动．某次心脏除颤器的模拟治疗如下图，该心脏除颤器的电容器电容为 15 μF，充电至 9.0 kV 电压，假设电容器在2.0 ms 时间内完成放电，放电完毕时电容器两极板间的电势差减为 0.以下说法正确的选项是( )A. 假设充电至 4.5 kV，则该电容器的电容为 7.5 μFB. 充电至 9.0 kV 时，该电容器所带电荷量是 0.27 CC. 这次放电有 0.135 C 的电荷量通过人体组织D. 这次放电过程中通过人体组织的电流恒为 67.5 A[解析] 电容器在充电过程中，电容器的电容 C 不变，仍旧为 15 μF，故 A错误；依据 C＝Q可知，充电至 9.0 kV 时，该电容器所带电荷量 Q＝CU＝15×10 U－6×9 000 C＝0.135 C，故 B 错误；由题意可知，放电完毕后电容器两极板间的电势差减为 0，则这次放电有 0.135 C 的电荷量通过人体组织，故C 正确；I＝Qt＝ 0.135A＝67.5 A，但电容器放电过程中电流不恒定，故 D 错误．2.0×10－3[答案] C[针对训练 1] (多项选择)以下关于电容的说法正确的选项是( ) A．电容是反映电容器容纳电荷本领的物理量B．电容器 A 的电容比 B 的大，说明 A 所带的电荷量比 B 多C．电容在数值上等于使两极板间的电势差为 1 V 时电容器需要带的电荷量D Q．由公式 C＝U知，假设电容器两极板间电压为 10 V，极板所带电荷量为 2×10－5 C，则电容器电容大小为 5×105 F解析：选 AC.电容反映电容器容纳电荷本领的大小，A 正确；电容器A 的电容比 B 的大，只能说明电容器 A 容纳电荷的本领比 B 强，与是否带电无关，B错误；由 C＝Q可知，C 正确；电压为 10 V，电荷量为 2×10－5 C 时，电容 C＝QU U＝2×10－6 F，D 错误．探究二 电容器的充、放电1. 电容器的充电过程如下图，当开关 S 接 1 时，电容器接通电源，在电场力的作用下自由电子从正极板经过电源向负极板移动，正极板因失去电子而带正电，负极板因获得电子而带负电．正、负极板带等量的正、负电荷．电荷在移动的过程中形成电流．在充电开头时电流比较大，以后随着极板上电荷的增多，电流渐渐减小，当电容器两极板间电压等于电源电压时电荷停顿移动，电流 I＝0.2. 电容器的放电过程如下图，当开关 S 接 2 时，将电容器的两极板直接用导线连接起来，电容器正、负极板上电荷发生中和．在电子移动过程中，形成电流，放电开头电流较大，随着两极板上的电荷量渐渐减小，电路中的电流渐渐减小，两极板间的电压也渐渐减小，最终减小到零．(2023·浙江大学附中高一开学考)我国自主研发、全球首创的“超级电 容器”如下图，这种电容器安全性高，可反复充放电 100 万次以上，使用寿命长达十二年，且容量超大(到达 9 500 F)，能够在 10 s 内完成充电．则该“超级电容器”( )A．充电过程中电流是恒定电流 B．充电过程中两极的电压渐渐增大 C．充电时电容器的正极应接电源的负极D．放电过程中电容器的化学能转化为电能[解析] 充电过程中电流渐渐增大，A 错误；充电过程中两极的电荷量渐渐增大，故电压渐渐增大，B 正确；充电时电容器的正极应接电源的正极，放电过程电容器的电场能转化为电能，C、D 错误．[答案] B[针对训练 2] (多项选择)(2023·深圳中学月考)我们在冬天夜间脱外衣时常常会觉察产生火花的现象，将内衣外衣看成电容器的两个极板，则对此过程说法正确的选项是( )A. 电容器在放电C．能释放大量能量B. 电容器电容在减小D．产生很高的电压解析：选 ABD.我们在冬天夜间脱外衣时常常会觉察产生火花的现象，是由于内外衣服上的异种电荷放电产生的，但其能量不是很大，A 正确，C 错误；将内衣外衣看成电容器的两个极板，将外衣脱下的某个过程中两衣间电荷量肯定，依据 C＝ εrS 可知，d 增大，电容减小，依据 U＝Q可知电压增大，即产生很高4πkd C的电压，B、D 正确．探究三 电容器的动态分析1. 分析思路(1) 确定不变量．电容器与电源相连时，电压不变；电容器先充电，后与电源断开时，电容器所带电荷量不变．(2) 用打算式 C＝(3)εrS4πkdQ分析平行板电容器的电容的变化．用定义式 C＝U分析电容器所带电荷量或两极板间电势差的变化．(4) U用 E＝ d 分析电容器间电场强度的变化．2. 重要结论平行板电容器极板上的电荷密度将影响板间电场强度，电荷密度不变、电场强度不变．电荷密度增大，电场强度增大，反之，减小．当只有板的正对面积变化时，将影响电荷的密度，电场强度发生变化．(2023·湖南邵阳检测)工厂在生产纺织品、纸张等绝缘材料时为了实时 监控其厚度，通常要在生产流水线上设置如下图传感器．其中 A、B 为平行板电容器的上、下两个极板，上下位置均固定，且分别接在恒压直流电源的两极上．当流水线上通过的产品厚度增大时，以下说法正确的选项是( )A．A、B 平行板电容器的电容减小B．A、B 两板间的电场强度增大C．A、B 两板上的电荷量变小D．有电流从 b 向 a 流过灵敏电流计[解析] 产品厚度增大时，电容器的电容 C＝εrS增大，A 错误；两板间电4πkd压不变，电场强度 E＝U保持不变，B 错误；依据 Q＝CU，电容器将充电，负电d荷从 a 向 b 流过灵敏电流计，即有电流从b 向 a 流过灵敏电流计，C 错误，D 正确．[答案] D[针对训练 3] (2023·甘肃靖远期末)如下图，已充电的平行板电容器两极 板正对，极板 A 与静电计相连，极板 B 接地．假设将极板 B 稍向上移，则( )A．电容器的电容变大 B．电容器所带的电荷量变大 C．两极板间电场的电场强度不变D．静电计指针偏转的角度变大解析：选 D.假设极板 B 稍向上移，两极板正对面积减小，由电容的打算式 C＝ εrS，得知电容变小，A 错误；没有充、放电的回路，所以电容器所带电荷量4πkd不变，故 B 错误；由 E＝U＝ Q ＝ Q＝4πkQ知两极板间的电场强度增大，C 错d CdεrS4πkεrS误；由 C＝Q分析可以知道，极板间的电势差变。