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1、第一节电容器与电容核心素养 明目标 核心素养学习目标物理观念知道并理解电容器、电容的概念，认识常见的电容器，了解影响平行板电容器电容大小的因素。科学思维应用电容的定义式及平行板电容器电容的决定式进行简单的计算，体会比值定义的方法，提高分析解决问题的能力。科学探究观察电容器的充、放电现象，探究影响平行板电容器电容大小的因素。科学态度与责任体会电容器在实际生活中的广泛应用，培养探究新事物的兴趣。知识点一识别电容器1构造：两个相互靠近又彼此绝缘的导体就可以组成一个电容器，电容器的导体间可以填充绝缘物质(电介质)。2电容器的带电荷量：是指每一极板所带电荷量的绝对值。知识点二电容器的充放电1充电：使电容
2、器两个极板带上等量异种电荷的过程叫作充电。2放电：使电容器两极板上的电荷中和的过程叫作放电。电容器外壳上标的电压是标称电压也称额定电压，低于击穿电压。1：思考辨析(正确的打“，错误的打“)(1)电容器是储存电荷和电能的容器，只有带电的容器才称为电容器。()(2)电容器放电后，电场能转换成其他形式的能。()知识点三电容器的电容1定义：电容器所带的电荷量Q 与电容器两极板间的电压U 之比。2公式：CQU。3单位：在国际单位制中的单位是法拉，符号为F,1 F1 C/V。常用的单位还有微法和皮法，换算关系：1 F106 F1012 pF。4物理意义：表示电容器容纳电荷本领的物理量。知识点四决定电容的因
3、素1平行板电容器的结构：由两块彼此绝缘、互相靠近的平行金属板组成的电容器，是最简单的，也是最根本的电容器。2决定因素：平行板电容器的电容C 与两平行极板正对面积S 成正比，与电介质的相对介电常数r成正比，与极板间距离d 成反比。3表达式：CrS4 kd，式中 k 为静电力常量。定义式 CQU中，C 与 Q 无关，C 与 U 无关，与其本身构造有关。2：思考辨析(正确的打“，错误的打“)(1)平行板电容器的S、d 变大时，其电容变大。()(2)CrS4 kd中 r是相对介电常数，空气的相对介电常数约为1。()(3)某电容器上标有“25 F450 V105 C。()考点 1观察电容器的充、放电现象
4、电容器充电时，两极板上的电荷量如何变化？电容器放电时，能量如何转化？提示：充电时，两板电荷量增加；放电时，电场能转化为其他形式的能量。1实验原理(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。在充电开始时电流比拟大，以后随着极板上电荷的增多，电流逐渐减小，当电容器两极板间电压等于电源电压时，电荷停止移动，电流I0。(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
5、极板上电荷发生中和。在电子移动过程中，形成电流，放电开始电流较大，随着两极板上的电荷量逐渐减小，电路中的电流逐渐减小，两极板间的电压也逐渐减小，最后减小到零。2实验器材6 V 的直流电源、单刀双掷开关、平行板电容器、电流表、电压表、小灯泡。3实验步骤(1)按图连接好电路。(2)把单刀双掷开关S接 1，观察电容器的充电现象，并将结果记录在表格中。(3)将单刀双掷开关S接 2，观察电容器的放电现象，并将结果记录在表格中。(4)记录好实验结果，关闭电源。实验记录和分析：实验工程实验现象电容器充电灯泡灯泡的亮度由明到暗最后熄灭电流表 1电流表 1 的读数由大到小最后为零电压表电压表的读数由小到大最后为
6、6 V电容器放电灯泡灯泡的亮度由明到暗最后熄灭电流表 2电流表 2 的读数由大到小最后为零电压表电压表的读数由大到小最后为零4考前须知(1)电流表要选用小量程的灵敏电流计。(2)要选择大容量的电容器。(3)实验要在枯燥的环境中进行。(4)在做放电实验时，在电路中串联一个电阻，以免烧坏电流表。【典例 1】电流传感器可以像电流表一样测量电流，不同的是反响比拟灵敏，且可以和计算机相连，能画出电流与时间的变化图像。图甲是用电流传感器观察充、放电过程的实验电路图，图中电源电压为6 V。甲乙先使开关 S 与 1 接通，待充电完成后，把开关S 再与 2 接通，电容器通过电阻放电，电流传感器将电流信息传入计算
7、机，显示出电流随时间变化的I-t 图像如图乙所示。根据图像估算出电容器全部放电过程中释放的电荷量为_C，该电容器电容为 _ F。(均保存三位有效数字)思路点拨：(1)乙图中纵坐标为I，横坐标为 t，乘积为 Q。(2)由 CQU可得 C。解析 根据题图乙的含义，因QIt，可知图形与时间轴围成的面积表示通过 R 的电荷量；根据横轴与纵轴的数据可知，一个格子的电荷量为8105 C，由大于半格算一个，小于半格舍去，因此图像所包含的格子个数为38，所以释放的电荷量为 q8105 C103 C。根据电容器的电容CQU可知，C错误!F 104 F507 F。答案 103507电容器在充、放电过程中的能量转化
8、(1)电容器在充电过程中：贮存电荷，贮存电能、将电源的能量转化为电场能。(2)电容器在放电过程中：释放电荷、释放的电场能转化为其他形式的能。跟进训练 1(多项选择)关于电容器的充、放电，以下说法正确的选项是()A充、放电过程中外电路有瞬间电流B充、放电过程中外电路有恒定电流C充电过程中电源提供的电能全部转化为内能D放电过程中电容器中的电场能逐渐减少AD电容器充、放电过程中会有电荷发生定向移动，电路产生变化的瞬间电流，电容器充、放电结束，电流消失，A 正确，B 错误；充电过程中电源提供的电能局部转化为电容器的电场能，C 错误；放电过程中电容器中的电场能转化为其他形式的能，D 正确。考点 2对电容
9、器的电容的理解当电容器的电荷量增加时，电容器两极板间的电势差如何变化？电荷量Q和板间电势差 U 的比值是否发生变化？提示：增大；不变。1电容器的充、放电过程充电过程放电过程电流流向电流变化减小减小极板电荷量增加减小板间电场增强减弱结果(1)板间电压与电源电压相同(2)两极板带等量异种电荷(1)板间电压为零(2)极板电荷中和2对电容的定义式 CQU的理解(1)电容由电容器本身的构造决定电容器的电容是反映电容器容纳电荷本领的物理量，用比值CQU来定义，但电容的大小与Q、U 无关，是由电容器本身的构造决定的。(2)通过 Q-U 图像的理解，如下图，Q-U 图像是一条过原点的倾斜直线，其中 Q 为一个
10、极板上所带电荷量的绝对值，U 为两板间的电势差，直线的斜率表示电容的大小。因而电容器的电容也可以表示为C Q U，即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 所增加(或减小)的电荷量。【典例 2】一个平行板电容器，使它每个极板的电荷量从Q130106 C增加到 Q236106 C 时，两板间的电势差从U110 V 增加到 U2，求：(1)这个电容器的电容；(2)U2的大小；(3)如要使两极板电势差从10 V 降为 U2 6 V，那么每个极板需减少多少电荷量？思路点拨：根据电容的定义式CQU Q U计算。解析(1)电容器的电容CQ1U13010610F3106 F3 F。(2)因
11、为电容器的电容不变所以 U2Q2C361063106V12 V。(3)根据电容的定义，它等于每增加(或减少)1 V 电势差所需增加(或减少)的电荷量，即 C Q U，要求两极板间电势差降为6 V，那么每个极板应减少的电荷量为 Q C U 3106105 C。答案(1)3 105 C电容问题的解题技巧(1)电容由电容器本身的构造决定，与所带电荷量及两极板间电压无关。(2)电容器充、放电时的工作电压不能超过其额定电压。跟进训练 2一个已充电的电容器，假设使它的电荷量减少3104C，那么其电压减少为原来的13，那么()A电容器原来的带电荷量为9104 CB104 CC电容器原来的电压为1 VD电容器
12、的电容变为原来的13B由 C Q U得 QC U13U 23CU23Q，那么Q32 Q104 C，故 B 正确，A 错误；因不知电容器的电容，所以无法得出电容器原来的电压，C 错误；电容是由电容器本身构造决定的，跟电压和电荷量的变化无关，所以电容器的电容不变，D 错误。考点 3电容器的动态分析平行板电容器由两块平行放置的金属板组成。利用平行板电容器进行如下实验：(1)如下图，保持 Q 和 d 不变，增大(或减小)两极板的正对面积S，观察电势差 U(静电计指针偏角)的变化，依据 CQU，分析电容 C 的变化。(2)如下图，保持 Q 和 S 不变，增大(或减小)两极板间的距离 d，观察电势差 U(
13、静电计指针偏角)的变化，依据 CQU，分析电容 C 的变化。(3)如下图，保持 Q、S、d 不变，插入电介质，观察电势差U(静电计指针偏角)的变化，依据 CQU，分析电容 C 的变化。提示：(1)实验结论：S 增大，电势差 U 减小，电容 C 增大。(2)实验结论：d 增大，电势差 U 增大，电容 C 减小。(3)实验结论：插入电介质，电势差U 减小，电容 C 增大。1板间电场强度的两个公式(1)板间电压与电场强度的关系公式：EUd。(2)板间电场强度的决定公式：E4 kQrS(或 EQS)。(公式的推导：EUdQCd4 kQrS，所以 EQS)2平行板电容器的两类典型问题两类问题始终与电源连
14、接充电后与电源断开不变量U 不变Q 不变自变量d S因变量EUd，d 变大，E 变小；d 变小，E 变大E4 kQrS，S 变大，E 变小；S变小，E 变大QrS4 kdU，d 变大，Q 变小；d 变小，Q 变大U4 kdrSQ，S变大，U 变小；S变小，U 变大【典例 3】(多项选择)两块大小、形状完全相同的金属平板平行放置，构成一个平行板电容器，与它相连接的电路如下图。接通开关S，电源给电容器充电()A保持 S接通，减小两极板间的距离，那么两极板间电场的电场强度减小B保持 S 接通，在两极板间插入一块电介质，那么极板上的电荷量增大C断开 S，减小两极板间的距离，那么两极板间的电势差减小D断
15、开 S，在两极板间插入一块电介质，那么两极板间的电势差增大思路点拨：决定因素电容变化电容变化类型Q、U变化相应答案BCS 接通时，电容器上电压U 不变，板间距离d 减小，场强 EUd增大，A 错误；插入电介质后，由CrS4 kd可知，电容 C 增大，由 CQU，U 不变，那么电荷量 Q 增大，B 正确；断开 S 后，电容器所带电荷量Q 不变，减小 d，电容 C 增大，由 CQU可知，电势差U 减小，C 正确；插入电介质，那么电容C增大，板间电势差U 减小，D 错误。对平行板电容器定性分析的解题步骤(1)确定不变量。电容器与电源相连时，电压U 不变；电容器充电后与电源断开时，所带电荷量Q 不变。
16、(2)根据决定式 CrS4 kd和 S、r、d 的变化分析平行板电容器电容的变化。(3)根据定义式 CQU分析电容器所带电荷量Q 或两极板间电压U 的变化。(4)用 EUd或 EQS分析电容器两极板间场强的变化，或根据电容器带电荷量 Q 的变化分析回路中的电流方向。跟进训练 3(多项选择)如下图，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 板带正电，那么以下判断正确的选项是()A增大两极板之间的距离，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假设将玻璃板插入两板之间，那么静电计指针张角变大D假设将 A 板拿走，那么静电计指针张角变为零AB静电计的指针夹角表示两极间电压的大小，电压大，指针的夹角大。电容器上所带电荷量一定，由公式 CrS4 kd知，当 d 变大时，C 变小，再由 CQU得U 变大；当 A 板上移时，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，应选项A、B 正确。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
