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1、第十章 静电场中的能量10.4电容器的电容课程标准课标解读1.知道电容器的概念，认识常见的电容器，了解电容器的充、放电现象。2理解电容的概念，掌握电容的定义式、单位，并能应用定义式进行简单的计算。3了解平行板电容器的电容公式，知道改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。1观察常见电容器的构造，建构电容器模型。通过实验，观察电容器在充、放电过程中电流与电压的变化，分析电荷量变化及能量转化情况。2经历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，理解电容概念。知道电容的单位。3了解电容器的类型、特性及作用。4了解影响平行板电容器电容大小的因素。知
2、识精讲知识点01 电容器1电容器两个彼此绝缘又相距很近的导体，组成一个电容器。2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的两极相连用导线将电容器的两极板接通电场强度变化极板间的电场强度变大极板间的电场强度变小能量转化其他能转化为电场能电场能转化为其他能【即学即练1】我国自主研发、全球首创的“超级电容器”如图所示，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(达到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逐渐增大C.充电时电容器
3、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【答案】B【解析】充电过程中电流逐渐增大，A错误；充电过程中两极的电荷量逐渐增大，故电压逐渐增大，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。知识点02 电容1物理意义表示电容器储存电荷本领的大小。2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。3大小电容器的电容在数值上等于使两极板间的电势差为 1V时电容器需要带的电荷量，电荷量越多， 表示电容器的电容越大。4单位在国际单位制中是法拉(F)。1 F1 C/V，1 F106 F1012 pF。5击穿电压与额定电压(1)击穿
4、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。【即学即练2】如图所示为某一电容器中所带电荷量和两端电压之间的关系图线，若将该电容器两端的电压从40 V降低到36 V，对电容器来说正确的是()A.是充电过程B.是放电过程C.该电容器的电容为5102 FD.该电容器的电荷量变化量为0.2 C【答案】B【解析】由QCU知，U降低，则Q减小，故为放电过程，A错，B对；C F5103 F，C错；QCU51034 C0.02 C，D错.知识点03 常用电容器
5、1平行板电容器(1)电容的决定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)电容的决定式C，r为电介质的相对介电常数，k为静电力常量。2常用电容器分类(1)按电介质分：空气电容器、聚苯乙烯电容器、陶瓷电容器、电解电容器等。(2)按电容是否可变分：可变电容器、固定电容器。【即学即练3】(多选)如图所示，用静电计可以测量已充电的平行板电容器两极板之间的电势差U，现使B板带电，则下列判断正确的是()A.增大两极板间的距离，静电计指针张角变大B.将A板稍微上移，静电计指针张角变大C.若将玻璃板插入两板之
6、间，则静电计指针张角变大D.若将A板拿走，则静电计指针张角变为零【答案】AB【解析】电势差U变大(小)，静电计指针张角变大(小).电容器所带电荷量一定，由公式C知，当d变大时，C变小，再由C得U变大；当A板稍微上移时，两极板正对面积S变小，C也变小，U变大；当插入玻璃板时，C变大，U变小；当将A板拿走时，相当于使d变得更大，C更小，故U应更大，正确选项为A、B.能力拓展考法01 电容器电容1.电容器的充电过程，电源提供的能量转化为电容器的电场能；电容器的放电过程，电容器的电场能转化为其他形式的能量.2.电容器的充、放电过程中，电路中有充电、放电电流，电路稳定时，电路中没有电流.3.C是电容的定
7、义式，由此也可得出：C.4.电容器的电容决定于电容器本身，与电容器的电荷量Q以及电势差U均无关.5.对QU图像的理解如图所示，对固定的电容器，QU图像是一条过原点的直线，直线的斜率表示电容大小，因而电容器的电容也可以表示为C。【典例1】对于某一电容器，下列说法正确的是()A.电容器所带的电荷量越多，电容越大B.电容器两极板间的电势差越大，电容越大C.电容器所带的电荷量增加一倍，两极板间的电势差也增加一倍D.电容器两极板间的电势差减小到原来的，它的电容也减小到原来的【答案】C【解析】电容器的电容由电容器本身决定，与所带电荷量和两极板间的电势差无关，A、B、D错；根据C，对于某一电容器，它所带的电
8、荷量与两极板间的电势差成正比，所以电容器所带的电荷量增加一倍，两极板间的电势差也增加一倍，C对.考法02 平行板电容器1.C与C的比较(1)C是电容的定义式，对某一电容器来说，QU 但C不变，反映电容器容纳电荷本领的大小；(2)C是平行板电容器电容的决定式，Cr，CS，C，反映了影响电容大小的因素.2.平行板电容器的两类典型问题(1)开关S保持闭合，两极板间的电势差U恒定，QCU，E.(2)充电后断开S，电荷量Q恒定，U，E.【典例2】平行板电容器和电源、电阻、开关串联，组成如图所示的电路.接通开关K，给电容器充电，则()A.保持K接通，减小两极板间的距离，则两极板间的电场强度减小B.保持K接
9、通，在两极板间插入一块铝板，则两极板间的电场强度增大C.充电结束后断开K，减小两极板间的距离，则两极板间的电压增大D.充电结束后断开K，在两极板间插入一块电介质，则两极板间的电压增大【答案】B【解析】保持K接通，电容器两极板间的电压不变，减小两极板间的距离，由E可知，两极板间的电场强度增大，A错误；保持K接通，在两极板间插入一块铝板，相当于减小两极板间距离，而电容器两极板间电压不变，由E可知，两极板间的电场强度增大，B正确；充电结束后断开K，电容器所带电荷量不变，减小两极板间的距离，由平行板电容器电容的决定式C知电容C增大，根据U可知，两极板间的电压减小，C错误；充电结束后断开K，在两极板间插
10、入一块电介质，根据C知电容C增大，由U可知，两极板间的电压减小，D错误.考法03 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，所带电荷量不变。(2)用决定式C分析平行板电容器的电容的变化。(3)用定义式C分析电容器所带电荷量或两极板间电势差的变化。(4)用E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。【典例3】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，
11、通常要在生产流水线上设置如图所示传感器。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，下列说法正确的是()AA、B平行板电容器的电容减小BA、B两板间的电场强度增大CA、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【答案】D【解析】产品厚度增大时，电容器的电容C增大，A错误；两板间电压不变，电场强度E保持不变，B错误；根据QCU，电容器将充电，负电荷从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。分层提分题组A 基础过关练1. “探究电容器充、放电”的实验装置示意图如图所示，已知灵敏电流计
12、0刻度在表盘中央位置，经判断：当电流从左接线柱流入时指针左偏；电流从右接线柱流入时指针右偏。请根据所学知识回答下列问题：(1)电容器充电结束后，将开关S扳到b放电的过程中，灵敏电流计指针会_(选填“左”或“右”)偏。(2)将开关S扳到a，让电源给电容器充电结束后，保持开关位置不变，若将电容器中间插入一层有机玻璃板，则在插入过程中灵敏电流计指针会_(选填“左”或“右”)偏。【答案】(1)左(2)右【解析】 (1)当电流从左接线柱流入时指针左偏；电流从右接线柱流入时指针右偏。电容器充电结束后，将开关S扳到b放电的过程中，电流自左向右通过电流计，灵敏电流计指针会左偏。(2)将开关S扳到a，让电源给电
13、容器充电结束后，保持开关位置不变，电容器极板间电压恒定， 若将电容器中间插入一层有机玻璃板，电容增大，电荷量增大，电流自右向左通过电流计，灵敏电流计指针会右偏。2. 根据电容器的电容的定义式C，下列说法正确的是()A电容器所带电荷量Q越多，它的电容C就越大，C与Q成正比B电容器不带电时，其电容为零C电容器两极之间的电压U越高，它的电容C就越小，C与U成反比D电容器的电容大小与电容器的带电情况无关【答案】D【解析】电容器所带电荷量Q越多，两极之间的电压U越高，但电容不变，故A错误；电容反映本身的特性，电容器不带电时，电容并不为零，故B错误；电容表征电容器容纳电荷的本领大小，与电压U无关，故C错误
14、；电容表征电容器容纳电荷的本领大小，电容大小与电容器的带电情况无关，故D正确。3. 特斯拉线圈是一种制造人工闪电的装置，该装置的简化结构如图所示。金属顶端和大地构成一个特殊的电容器。顶端放电后，“电荷补充线圈”给顶端补充电荷，因而能持续地放电。设顶端与大地间电压为U，顶端所带电荷量为Q，下列说法正确的是()A放电过程中，该电容器的电容增大B充电过程中，该电容器的电容增大C若Q不变，顶端离地面越近U越小D若Q不变，顶端正对面积越大U越大【答案】C【解析】电容器的电容由电容器本身的特性决定，与电容器的电压和所带电荷量无关，不论电荷量Q多还是少，其与大地构成的电容器的电容C不变，因此电容器的充放电对电容大小无影响，故A、B错误；由公式C可知，顶端离地越低，电容越大，电荷量Q一定时，由C分析知其与大地间的电势差越小，故C正确；由公式C可知，顶端面积越大，电容越大，电荷量Q一定时，由C分析知其与大地间的电势差越小，故D错误。4. 两块互相靠近的、很大的平行金属板，分别带有等量异种电荷，为了使两板间的匀强电场电场强度加倍，可采取的措施是()A只使两板的距离减半B只使两板的电荷量都加倍C只使两板的正对面积加倍D使两板的电荷量、距离、正对面积都加倍【答案】B【解析】只使两板的距离减半，由C和C得E，可知电场强度不变，故A错误；只使两板的电荷量都加倍，由QCU知电压U加倍，而由E
