高中物理人教版必修章册学案4电容器的电容-含解析.doc

4．电容器的电容[核心素养·明目标]核心素养学习目标物理观念(1)理解电容的概念，知道电容的单位2)了解电容器的类型、特性及作用科学思维(1)通过实验，观察电容器在充、放电过程中电流与电压变化，分析电荷量变化及能量变化情况2)了解影响平行板电容器电容大小的因素科学探究通过实验探究电容器两极板间电势差与所带电荷量关系和用物理量之比定义电容的过程科学态度与责任养成观察、比较、归纳、分析的良好习惯知识点一　电容器1．平行板电容器：在两个相距很近的平行金属板中间夹上一层绝缘物质——电介质(空气也是一种电介质)，就组成一个最简单的电容器，叫作平行板电容器对于一个孤立的导体(例如一个金属球)，它也有容纳电荷的本领，它的另一个电极可认为是在无限远处(或是大地)2．电容器的充、放电现象把直流电源、电阻、电容器、电流表、电压表以及单刀双掷开关组装成实验电路如图所示电容器的充、放电(1)充电：把开关S接1，电源给电容器充电，电容器两极所带电荷量逐渐增大，电流表示数减小，电压表示数增大，当电流表示数为0，电压表示数不变时，电容器充电结束2)放电：把开关S接2，电容器对电阻R放电，电流表示数减小，电压表示数减小，当电流表示数为0，电压表示数为0时，放电结束。

3)电容器充、放电过程中能量的变化①充电过程：电源的能量不断储存在电容器中②放电过程：电容器把储存的能量通过电流做功转化为电路中其他形式的能量1：思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)任何两个彼此绝缘而又相互靠近的导体，就组成了电容器 (√)(2)电容器所带的电荷量是指两个极板所带电荷量的绝对值之和 (×)(3)电容器的充电过程是将其他形式的能转化成电容器的电能并储存起来 (√)知识点二　电容1．定义：电容器所带的电荷量Q与电容器两极板之间的电势差U之比2．定义式：C＝3．物理意义：表征电容器储存电荷本领的特性4．单位：在国际单位制中，电容的单位是法拉(F)，另外还有微法(μF)和皮法(pF)，1 μF＝10－6 F,1 pF＝10－12 F电容器的电容是反映其容纳电荷本领的物理量，由电容器本身的性质决定，与电容器是否带电、所带电荷量Q和两极板间的电势差U均无关5．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6．平行板电容器(1)电容的决定因素：电容C与两极板间的相对介电常数εr成正比，跟极板的正对面积S成正比，跟极板间的距离d成反比。

2)电容的决定式：C＝，εr为电介质的相对介电常数当两极板间是真空时，C＝，式中k为静电力常量2：思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)电容器所带的电荷量Q越多，它的电容C就越大，C与Q成正比 (×)(2)电容器不带电时，其电容为零 (×)(3)电容器的电容大小与电容器的带电情况无关 (√)知识点三　常用电容器1．固定电容器(1)定义：电容固定不变的电容器2)分类：聚苯乙烯电容器和电解电容器2．可变电容器：由两组铝片组成，固定的一组铝片叫作定片，可以转动的一组铝片叫作动片转动动片，使两组铝片的正对面积发生变化，电容就随着改变 考点1　电容器充、放电过程的理解二极管是一种半导体元件，具有单向导电性，用D表示，其电路符号为“”(该符号左端为正极，右端为负极)发光二极管是二极管的一种当发光二极管接正向电压(发光二极管的正、负极分别与电源正、负极相接)时，二极管导通并发光；接反向电压时，二极管的电阻很大，不会发光按图所示连接电路，将开关分别拨到位置“1”和“2”时，哪个二极管会发光？实验电路图提示：开关拨到位置“1”时，电源给电容器充电，此时二极管D2导通并发光；开关拨到位置“2”时，电容器放电，此时二极管D1导通并发光。

1．充电过程电路如图所示特点：(1)有电流，电流方向为流入电容器正极板，电流由大到小2)电容器所带电荷量增加3)电容器两极板间电压升高4)电容器两极板间电场强度增加当电容器充电结束后，电容器所在电路中无电流，电容器两极板间电压与电源电压相等2．放电过程电路如图所示特点：(1)有电流，电流方向是从电容器正极板流出，电流由大变小2)电容器所带电荷量减少3)电容器两极板间电压降低4)电容器两极板间电场强度减弱当电容器放电结束后，电路中无电流电容器的放电过程实际上是正、负电荷中和的过程典例1】　把电容器、电流传感器、电阻、电源、单刀双掷开关按图甲所示连接先使开关S与1端相连，电源向电容器充电；然后把开关S掷向2端，电容器通过电阻R放电与电流传感器相连接的计算机(图中未画出)可记录电流随时间变化的I­t图像，规定逆时针的电流流向为正甲　　　　　乙图乙是某次实验中与电流传感器相连接的计算机所记录的I­t图像，可判断出该图像记录的是电容器的________过程(选填“充电”或“放电”)请你用语言描述在此过程中电流随时间如何变化：________________[解析]　由题图乙所示I­t图像可知，电流为正值，则电流流向沿逆时针方向，与电源提供的电流方向一致，即该图像记录的是电容器的充电过程，电容器所带电荷量逐渐增加。

由图像可知，在此过程中，电流随时间的增加逐渐减小到零，且电流减小得越来越慢[答案]　充电　电流随时间的增加逐渐减小到零充放电I­t图像“面积”问题的处理方法如下：I­t图像“面积”的物理意义可借鉴v­t图像中获得的经验面积”的计算可用数格子的方法确定x＝vt，v­t图像的“面积”表示位移x；Q＝It，I­t图像的“面积”表示电荷量Q面积”的计算：计算格子数，不足半格的舍去，多于半格的算一格[跟进训练]1．(多选)电子眼系统通过路面下埋设的感应线来感知汽车的压力感应线是一个压电薄膜传感器，压电薄膜在受压时两端产生电压，压力越大电压越大，压电薄膜与电容器C和电阻R组成图甲所示的回路，红灯亮时，如果汽车的前、后轮先后经过感应线，回路中产生两脉冲电流，如图乙所示，即视为“闯红灯”，电子眼拍照则红灯亮时(　　)甲　　　　　乙A．车轮停在感应线上时，电阻R上有恒定电流B．车轮经过感应线的过程中，电容器先充电后放电C．车轮经过感应线的过程中，电阻R上的电流先增大后减小D．汽车前轮刚越过感应线，又倒回到线内，仍会被电子眼拍照BD　[车轮停在感应线上时，压力不变，则电压不变，电容器不充电，也不放电，电阻R上没有电流，故A错误；由题图乙可知，当车轮经过感应线时，电流先增大后减小，然后再反向增大后减小，因电压是在受压时产生的，故说明电容器先充电后放电，故B正确，C错误；若汽车前轮刚越过感应线，又倒回到线内，则前轮两次压线，仍形成两个脉冲电流，符合拍照条件，电子眼仍会拍照，故D正确。

] 考点2　对电容器电容的理解如图所示是一个标有容积刻度的水杯，其容积由水杯的构造决定同样，作为储存电荷的容器——电容器，其容纳电荷的本领的大小由其自身构造决定，还是由外界因素决定？提示：与水杯容纳水的多少由自身构造决定相同，电容器容纳电荷本领的大小与外界因素无关，由电容器本身构造决定1．两公式C＝与C＝的比较公式C＝C＝公式特点定义式决定式意义对某电容器Q∝U，但＝C不变，反映电容器容纳电荷的本领平行板电容器，C∝εr，C∝S，C∝，反映了影响电容大小的因素联系电容器容纳电荷的本领由来量度，由本身的结构(如平行板电容器的εr、S、d等因素)来决定2．通过Q­U图像来理解C＝如图所示，在Q­U图像中，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绝对值，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＝，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)1 V所需增加(或减少)的电荷量典例2】　若使一已充电的电容器所带的电荷量减少q，其两极板间电压减少为原来的，则(　　)A．电容器原来所带电荷量为1.5qB．电容器的电容变为原来的C．电容器原来的电压为1 VD．电容器完全放电后，电容变为零A　[电容器的电容由电容器本身决定，与其两极板间电压和所带电荷量无关。

电容器两极板间电压减少为原来的时，电容不变，由C＝知电荷量减少为原来的，减少了，则Q＝q，可知电容器原来所带电荷量为Q＝1.5q，A正确，B错误；由于题中无电压和电容的具体数据，因此无法求出原来的电压，C错误；电容反映电容器本身的特性，电容器放电，电容器的电容不变，D错误]用比值法定义的物理量还有E＝、ρ＝、φ＝等，式中的E、ρ、φ并不随等号右边的物理量的变化而变化[跟进训练]2．下列关于电容器的说法正确的是(　　)A．电容越大的电容器，所带电荷量也一定越多B．电容器不带电时，其电容为零C．两个电容器所带电荷量相等时，两板间电势差较大的电容器的电容较大D．电容器的电容跟它是否带电无关D　[根据C＝可知Q＝CU，则电容越大的电容器，两板间电势差可能较小，故所带电荷量不一定越多，A错误；电容器的电容是电容器本身的属性，与电容器是否带电无关，B错误，D正确；根据C＝可知，两个电容器所带电荷量相等时，两板间电势差较大的电容器的电容较小，C错误] 考点3　平行板电容器的动态分析如图所示：是一种可以改变电容大小的电容器，它是收音机组成电路结构的一种重要电学元件它是怎样完成收音机选台的？提示：这种电容器由两组铝片组成，其中一组固定不动的叫定片，另一组可以转动的叫作动片，转动动片，两组铝片的正对面积发生变化，电容就随之改变，从而使电容与电感的震荡频率发生变化。

以达到选台的目的1．平行板电容器动态变化问题的分析方法抓住不变量，分析变化量，分析时依据三个公式：电容定义式C＝；匀强电场中场强公式E＝；平行板电容器电容决定式C＝2．平行板电容器动态变化的两类典型问题(1)平行板电容器始终连接在电源两端：电势差U不变2)平行板电容器充电后，切断与电源的连接：电荷量Q保持不变3．形象记忆法针对两极板所带的电荷量保持不变的情况，还可以认为一定量的电荷对应着一定数目的电场线，如图甲、乙所示两极板间距离变化时，电场强度不变；两极板正对面积变化时，如图丙所示，电场线变密，电场强度增大甲　　　　　乙　　　　　丙【典例3】　研究与平行板电容器电容有关因素的实验装置如图所示，下列说法正确的是(　　)A．实验前，只用带电玻璃棒与电容器a板接触，能使电容器带电B．实验中，只将电容器b板向上平移，静电计指针的张角变小C．实验中，只在极板间插入有机玻璃板，静电计指针的张角变大D．实验中，只增加极板带电荷量，静电计指针的张角变大，表明电容增大[思路点拨]　通过题图，可以获得以下信息：(1)平行板电容器电荷量保持不变2)静电计小球与外壳间电压和电容器两极间电压相同3)静电计指针偏角与静电计小球和外壳间电压成正比。

A　[当用带电玻璃棒与电容器a板接触，由于静电感应，从而在b板感应出等量的异种电荷，从而使电容器带电，故选项A正确；根据电容器的决定式C＝，将电容器b板向上平移，即正对面积S减小，则电容C减小，根据C＝可知，电荷量Q不变，则电压U增大，则静电计指针的张角变大，故选项B错误；根据电容器的决定式C＝，只在。