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2015-2016学年高中物理 第3章 第4节 通电导线在磁场中受到的力课件 (10)


第8节

电容器的电容

学 习
目 标

1.知道电容器的概念,认识常见的电容器,通过实验感知电容 器的充、放电现象. 2.理解电容的概念及定义方法,掌握电容的定义公式、单位, 并会应用定义式进行简单的计算. 3.通过实验了解影响平行板电容器电容大小的因素,了解平行 板电容器的电容公式,知道改变平行板电容器

的电容大小的方法.
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知识点一 电容器

知识点一 电容器 1.平行板电容器. (1)基本结构:两块彼此绝缘、互相靠近的平行金属板组成. (2)带电特点:两板电荷等量异号,分布在相对两板的内侧. U (3)板间电场:板间形成匀强电场,场强大小为 E= ,方向垂直 d 板面.
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2.电容器的充放电过程.
充电过程 放电过程

电路 图

特点

①充电电流:电流方向为逆时 针方向,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电容器中电场强度增加; 当电容器充电结束后,电容器 所在电路中无电流,电容器两 极板间电压与充电电压相等; ⑤充电后,电容器从电源中获 取的能量称为电场能.

①放电电流:电流方向是从正 极板流出,电流是由大变小; ②电容器上电荷量减少; ③电容器两极板间电压降低; ④电容器中电场强度减弱; ⑤电容器的电场能转化成其他 形式的能. 注意:放电的过程实际上就是 电容器极板正、负电荷中和的 过程,当放电结束时,电路中 无电流.

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3.电容器的额定电压和击穿电压. 加在电容器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,这个极限电压称为击穿电压,电容器工作的 电压低于击穿电压. 额定电压是指电容器长期工作时所能承受的电压, 比击穿电压要 低,电容器上一般都标明电容器的电容和额定电压的数值.
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?尝试应用 1.下列关于电容器的叙述中错误的是(A) A.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 B.任何两个彼此绝缘而又相互靠近的导体,都能组成电容器, 而且跟这两个导体是否带电无关 C.电容器所带的电荷量是指每个极板所带电荷量的绝对值 D.电容器充电过程是将其他形式的能转变成电容器的电能并储 存起来; 电容器放电过程是将电容器储存的电能转化为其他形式的能
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解析:并不是只有带电时的电容器才称为电容器,A 错误,B 正 确. 每个极板所带电荷量的绝对值称为电容器的带电荷量, C 正确. 电 容器充电的过程中其他形式的能转化为电能, 放电过程中电能转化为 其他形式的能,D 正确.故选 A.

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知识点二 电容
两个彼此绝缘,相互靠近的导体就构成了一个电容器,电容 器是个电学元件. 电容是个物理量,它是用来描述电容器储存电荷本领大小的 物理量. 电容器所带电荷量与电容器两极板上的电势差的比值叫做电 容器的电容. 电容的单位:F 1F=1 C/V 1F=106μF=1012pF ①定义式:C ,适用于任何电容器,其中Q是一个 极板上所带电荷量的绝对值. ②电容的决定因素:电容器的电容C与电容器是否带电无关 ,与带电荷量Q多少、电压高低均无关,是由电容器本身决 定的,对于给定的电容器,其电容是个确定的值. ③平行板电容器电容公式C= ,此公式进一步表明电容 器的电容与Q、U无关.

电容器

电容

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电容 公式

?尝试应用 2.关于平行板电容器的说法正确的是(C) Q A.有 C= 可知,C 与 Q 成正比,与 U 成反比 U B.给置于空气中的平行板电容器中插入云母片时,电容变小 C.将两平行板靠近,平行板电容器的电容变大 D.当减小平行板的正对面积时,电容将增大
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εrS 解析:电容的大小由本身因素决定,根据 C= 判断影响电 4πkd 容的因素.A.电容的大小与电容所带的电量和电势差无关,由电容 本身因素决定.故 A 错误.B.给置于空气中的平行板电容器中插入 εrS 云母片时,电介质的介电常数增大,根据 C= 知电容增大.故 4πkd εrS B 错误.C.将两平行板靠近,知 d 减小,根据 C= 知电容增 4πkd 大.故 C 正确.D.当减小平行板的正对面积时,S 减小,根据 C= εrS 知电容减小.故 D 错误. 4πkd
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题型一

对电容器电容的理解

例1 当一个电容器的带电量是4×10-8 C,测得两极板之间的 电压是2V.如果将所带的电量全部放掉后,此电容器的电容是 ( ) A.0 B.2×10-8 F D.8×10-8 F
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C.5×107 F

Q 【审题指导】由电容定义式C= 可计算电容,而电容是电容器 U 的固有属性,不会因为电压,或带电量的改变而改变. 4×10-8 Q 解析:由电容定义式C= 可得:C= F=2×10-8 U 2 F.电容是电容器的固有属性,不会因为电压,或带电量的改变而 改变.故将所带的电量全部放掉后,此电容器的电容还是2×10-8 F. 答案:B
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?变式训练 1.关于电容器和电容,以下说法中正确的是(C) A.电容器所带的电荷量越多,它的电容就越大 B.电容器两极扳间的电势差越大,它的电容就越大 C.某一固定电容器充电后,电容器所带的电荷量与两极间的 电势差成正比 D.减小平行板电容器的正对面积,其电容将增大
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解析:电容的大小与电容器两端的电压及电容器所带的电量无 εrS 关,根据C= ,知电容与两极板的距离、正对面积有关. 4πkd A.电容的大小与电容器两端的电压及电容器所带的电量无 关.故A、B错误.C.固定电容器充电后,电容器所带的电荷量与两 εrS 极间的电势差成正比,故C正确;D.根据C= ,减小平行板电 4πkd 器的正对面积,其电容将减小.故D错误.
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题型二 电容器的两类问题

例2 把一个3 pF的平行板电容器接在9 V的电池上. (1)保持与电池的连接,两极板的距离减半,极板上的电荷增加 还是减少?电荷变化了多少? (2)移去电池后两极板的距离减半,极板间的电势差增大还是减小? 电势差变化了多少?
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【审题指导】解题关键在于掌握电容器的两类问题的特点: (1)当电源与电容器一直连接时,电容器两极间电压U保持不 变,但其上的电荷量及板间场强可以变化. (2)当断开电源后,电容器所带电荷量Q不变化,但其间电压可 以发生变化. 解析:(1)电容器原来带电荷量 Q=UC=9×3×10-12 C=2.7×10-11 C, 当两极板的距离减半时,C′=2C=6×10-12 F, 电容器后来带电荷量Q′=UC′=5.4×10-11 C, 极板上电荷增加了ΔQ=Q′-Q=2.7×10-11 C.
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Q (2)移去电池,电容器上电荷量Q不变,由C′= 得电势差U′ U′ 2.7×10-11 Q = = V=4.5 V, C′ 2×3×10-12 由此可知距离减半时,极板间电势差减小. 故电势差改变量为ΔU=U-U′=4.5 V. 答案:见解析

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2.极板间距为d的平行板电容器,充电后与电源断开,此时两 极板间的电势差为U1,板间电场强度大小为E1;现将电容器极板间 d 距变为 ,其他条件不变,这时两极板间电势差为U2,板间电场强 2 度大小为E2,下列说法正确的是(D) A.U2=U1,E2=E1 B.U2=2U1,E2=2E1 C.U2=2U1,E2=E1 U1 D.U2= ,E2=E1 2
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εrS Q 解析:根据电容的定义式C= 、电容定义式C= 和匀强 U 4πkd 4πkQ U 电场公式E= ,得:E= 电容器充电后与电源断开,电量Q 栏 d εrS 不变,据题知S和εr不变,则E不变.由U=Ed可知,将电容器极板 d U1 间距变为 ,则得:U2= ,故D正确. 2 2
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题型三

电容器的充电放电问题

如图所示是一个由电池、电阻R、电键S与平行板电容器组成 的串联电路,电键闭合.在增大电容器两极板间距离的过程中 ( )
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A.电容器的电容变小 B.电阻R中没有电流 C.电阻R中有从b流向a的电流 D.电容器两极板间的电场强度增大

εrS 【审题指导】先根据电容的决定式C= 分析电容如何变 4πkd Q 化,再根据电容的定义式C= 分析电容器的电量如何变化,确定电 U 容器处于充电还是放电状态,判断电路中电流的方向. 解析:增大电容器两极板间距离过程中,根据电容的决定式C εrS = 分析得知,电容C减小,而电压U不变,则电容器所带电量 4πkd Q=CU减小,电容器放电,由于电容器上板带正电,下板带负电, U 则电阻R中有从a流向b的电流.而电场强度E= ,可知,随着间距 d 变大,则电场强度变小,故A正确,BCD错误. 答案:A
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?变式训练 3.如图所示,电容器的两极板与电源的正负极相连,当电容 器两板间的距离由d迅速增为2d的过程中(B)

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A.电容器两板电压始终不变 B.电容器两板电压瞬时升高后又恢复原值 C.根据Q=CU知,电容器带电荷量先增大后减小 D.电路中电流由A板经电源流向B板

解析:当电容器两板间的距离变大时,电容器的电容C减小, 由于板间距离是迅速增大,所以板间距离增大过程电容器电荷量来 不及变化,电容器两板电压瞬时升高;由于电容器的两极板与电源 正负极相连,电容器开始放电,电路中形成由B板流经电源流向A板 的瞬时电流,电容器两板间电压又恢复到原值.本题中应注意电容 器板间的距离是迅速增大,所以,板间距离增大过程时间极短,可 以认为电容器电荷量瞬时不变.电容器有两方面特性,一是相当于 “容器”,可以容纳电荷;二是当其两板间电压变化时,电容器处 于充电或放电状态,形成充、放电电流.
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