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1、8电容器电容学习目标：1物理观念 知道电容器的概念，掌握电容的定义、公式和单位，了解影响平行板电容器电容大小的因素。认识常见的电容器。2科学思维 理解电容的定义式CQU和决定平行板电容器电容大小的因素，能够分析解决有关电容的问题。3科学探究 通过实验探究电容器的充、放电现象，感知电流的变化。4科学态度与责任 了解电容器在生产、生活中的应用，养成观察、分析比拟、归纳的良好学习习惯。一、电容器1电容器：任何两个彼此绝缘又互相靠近的导体都可以看成一个电容器。2平行板电容器：两块彼此隔开平行放置的金属板构成一个最简单的电容器。3电容器所带的电荷量：一般把任意一块极板所带电荷量的绝对值，叫作电容器所带的
2、电荷量，用Q 表示。4电容器的充、放电(1)充电：使电容器的两极板带上等量异种电荷，这个过程叫作电容器充电。(2)放电：使电容器两极板异种电荷中和，这个过程叫作电容器放电。(3)电容器充、放电过程中能量的变化充电过程：电源的能量储存在电容器中。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。注意：其他的电容器都可以看作平行板电容器的变形。二、电容器的电容1电容：描述电容器储存电荷能力的物理量叫作电容器的电容量，通常也简称电容。用 C 表示。2定义式：CQU。3物理意义：电容器的电容在数值上等于两极板间的电势差为1 V 时电容器所带的电荷量。4单位：在国际单位制中，是法拉，简
3、称法，符号F,1 F1C/V，1 pF106 F1012F。注意：CQU是定义式，C 的大小与 Q、U 均无关。三、实验：观察电容器的充放电现象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，电流表示数逐渐减小，当电流表示数为0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，电流表示数逐渐减小，且与充电时电流方向相反，当电流表示数为0 时放电结束。四、常见电容器1平行板电容器：它的电容的大小与两极板正对面积成正比、与两板间距离成反比，还与两板间的电介质有关。2可变电容器：由两组金属片组成，固定不动的一组金属片叫作定片，可以转动的一组金属片叫作动片
4、。转动动片，两组金属片的正对面积发生变化，电容就会随着改变。3电容器上一般都标明了电容量和额定电压的数值，它比击穿电压要低许多。注意：平行板电容器的电容决定式：CrS4 kd，与 r(相对介电常数)、S(正对面积)、d(两极板间的距离有关)。1思考判断(正确的打“，错误的打“)(1)任意两个彼此绝缘且又相互靠近的导体都可组成电容器。()(2)使电容器带电的过程叫作充电。()(3)平行板电容器充电后，两极板间的电场为匀强电场。()(4)其他条件不变，只增大电容器极板的正对面积，那么电容增大。()2电容器是一种常用的电子元件，以下对电容器认识正确的选项是()A电容器的电容表示其储存电荷的能力B电容
5、器的电容与它所带的电荷量成正比C电容器的电容与它两极板间的电压成正比D电容的常用单位有 F 和 pF,1 F103 pFA电容表示电容器储存电荷的能力，A 正确；电容 CQU是电容的定义式，不是决定式，故C 与 Q、U 无关，B、C 错误；1 F106 pF，D 错误。3(多项选择)有一个空气平行板电容器，极板间相距d，正对面积为 S，充以电荷量 Q 后，两极板间电压为U，为使电容器的电容加倍，可采用的方法是()A将电压变为U2B将带电荷量变为2QC将极板间的距离变为d2D两板间充满介电常数为2 的电介质CD电容器的电容与电容器极板上的电荷量、电压无关，所以选项A、B 不正确；根据公式CrS4
6、 kd，选项 C、D 正确。电容器充、放电问题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充电过程电路如下图。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。(
7、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强。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充电电压相等。2放电过程电路如下图。特点：(1)有电流，电流方向是从正极板流出，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。【例 1】(多项选择)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
8、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。那么红灯亮时()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，仍会被电子眼拍照思路点拨：(1)车轮经过感应线时电容器的电容变化，有充电、放电脉冲。(2)只要有两个脉冲就会被拍照。BD车轮停在感应线上时，压力不变，那么电压不变，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
9、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；假设汽车前轮刚越过感应线，又倒回到线内，那么前轮两次压线，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。充电电流与放电电流(1)电容器两极板间的电介质使两极板之间绝缘，所以充电结束后的电容器相当于断路。(2)而充电过程中电荷由电源定向移动，在两极板上聚集，故电路中有充电电流，而且电流流向正极板。(3)放电时，电容器极板上的电荷减少，有放电电流，且电流从正极板流出。跟进训练 1如下图实验中，关于平行板电容器的充、放电，以下说法正确的选项是()A开关接 1时，平行板电容器充电，且上极板带正电
10、B开关接 1 时，平行板电容器充电，且上极板带负电C开关接 2时，平行板电容器充电，且上极板带正电D开关接 2时，平行板电容器充电，且上极板带负电A开关接1 时，平行板电容器充电，上极板与电源正极相连而带正电，A对，B 错；开关接 2 时，平行板电容器放电，放电结束后上下极板均不带电，C、D 错。对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1两公式 CQU与 CrS4 kd的比拟公式CQUCrS4 kd公式特点定义式决定式意义对某电容器 QU，但QUC 不平行板电容器，Cr，CS，变，反映电容器容纳电荷的本领
11、C1d，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QU来量度，由本身的结构(如平行板电容器的 r、S、d 等因素)来决定2通过 Q-U 图像来理解 CQU。如下图，在 Q-U 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 Q U，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。【例 2】有一充电的平行板电容器，两板间电势差为3 V，现使它的电荷量减少 3104C，于是电容器两板间的电势差降为原来的13，那么此电容器的电容是多大？电容器原来带的电荷
12、量是多少？假设将电容器极板上的电荷量全部放掉，电容器的电容是多大？思路点拨：(1)电容公式 CQU或 C Q U。(2)电容 C 与电容器是否带电或带电量多少无关。解析电容器两极板间电势差的变化量为 U 113U233 V2 V由 C Q U，得 C31042104 F150 F设电容器原来带的电荷量为Q，那么QCU1043 C104 C电容器的电容是由其本身决定的，与是否带电无关，所以电容器极板上的电荷量全部放掉后，电容仍然是150 F。答案150 104 C150 FC Q U的推导当电容器两端电压为U1时，电荷量为 Q1，那么有 Q1CU1，当电容器两端电压为U2时，电荷量为 Q2，那么
13、有 Q2CU2，Q2Q1CU2CU1C(U2U1)，即 QC U，所以 C Q U。跟进训练 2(多项选择)关于电容器和电容的概念，以下说法正确的选项是()A任何两个彼此绝缘又互相靠近的导体都可以看成是一个电容器B用电源对平行板电容器充电后，两极板一定带有等量异种电荷C某一电容器带电荷量越多，它的电容就越大D某一电容器两板间的电压越高，它的电容就越大AB电容器是容纳电荷的容器，电容是描述电容器容纳电荷本领大小的物理量。电容的大小与电容器带电多少及两极间电压大小都无关，故A、B 正确。平行板电容器的两类动态问题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
14、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(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)S 增大，C 增大，U 减小。(2)d 增大，C 减小，U 增大。(3)插入电介质，C 增大，U 减小。1两类情况：(1)平行板电容器两极板始终与电源两极相连(此时板间电压 U 保持不变)
15、；(2)电容器充电后与电源断开(此时电荷量 Q 保持不变)。2分析思路：(1)(2)【例 3】研究与平行板电容器电容有关因素的实验装置如下图，以下说法正确的选项是()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，说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
16、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，应选项A 正确；根据电容器的决定式：CrS4 kd，将电容器 b 板向上平移，即正对面积S 减小，那么电容C 减小，根据CQU可知，电荷量 Q 不变，那么电压 U 增大，那么静电计指针的张角变大，应选项 B 错误；根据电容器的决定式：CrS4 kd，只在极板间插入有机玻璃板，那么介电系数 r增大，那么电容C 增大，根据 CQU可知，电荷量Q 不变，那么电压 U 减小，那么静电计指针的张角减小，应选项C 错误；根据 CQU可知，电荷量 Q 增大，那么电压 U 也会增大，但电容C 不变，应选项 D 错误。1 静电计是在验电器的根底上改造而成的，静电计由相互绝缘的两局部组成，静电计与电容器的两极板分别连接在一起，那么电容器上的电势差就等于静电计上所指示的电势差U，U 的大小就从静电计的刻度读出，可见，静电计指针的变化表征了电容器两极板电势差的变化。2 静电计本身也是一个电容器，但静电计容纳电荷的本领很弱，即电容很小，当带电的电容器与静电计连接时，可认为电容器上的电荷量保持不变。跟进训练 3如下图，平行板电容器与电源
