資源簡介

10.4電容器的電容
【教學目標】
(1)觀察常見電容器的構造，建構電容器模型。通過實驗，觀察電容器在充、放電過程中電流與電壓的變化，分析電荷量變化及能量轉化情況。
(2)經歷實驗探究電容器兩極板間電勢差與所帶電荷量關系和用物理量之比定義電容的過程，理解電容概念。知道電容的單位。
(3)了解電容器的類型、特性及作用。
(4)了解影響平行板電容器電容大小的因素。
【自主學習】
水→儲存容器→水桶
電荷→儲存容器→電容器 (裝進→倒出用)
一、電容器：
1、定義：兩個彼此絕緣又相距很近的導體構成電容器。
符號：
電介質:絕緣物質。
平行板電容器:相距很近的彼此絕緣的平行金屬板。
說明： ①平行板電容器是最基本也是最簡單的電容器。
②幾乎所有的電容器都是平行板電容器的變形。
5、極板:金屬板叫電容器的極板。
二、電容器的充放電：
1、充電:把電容器與電源相連，使電容器兩個極極帶上等量異種電荷的過程。
充電實質:電能 → 兩板間的電場能
電容器帶的電荷量:一個極板帶電量的絕對值
說明：①充電時電流由電源的正極流向電容器的正極板。
②電流從電容器的負極板流向電源的負極。
③注意:充電瞬間有電流
④隨著兩極板之間電勢差的增大，充電電流逐漸減小至 0。
電容器的放電:把充電電容器兩極板接通，兩極板上的電荷互相中和，使電容器不再帶電。
放電過程實質:電場能→其形式的能。
說明： ①放電電流由電容器的正極板經過導線 流向電容器的負極板。
②正負電荷中和。
③兩極板所帶電荷量減小，電勢差減小，放電電流減小。
電容器是一種儲存電能的裝置。
電容：
定義:電容器所帶電量與兩板間電勢差的比值。 用C表示
公式： (定義式)
(Q:電器帶電荷量、u：兩板間電勢差)
單位:國際單位:法拉 F 簡稱法。
常用單位:微法（μF）、皮法（pF）。
1μF = 10-6F，1 pF =10-12F。
6、物理意義:表征電容器容納電荷本領的大小。
7、說明:①電容由電容器本身決定與Q，U無關。
②電容大，電容器帶的電荷量不一定多。
③電容器的電容在數值上等于使兩板間的電勢為1V時，電容器所帶的電荷量。
平行板電容器:
平極行板電容器:平行正對靠近的平行金屬板。
靜電計：測電勢差
3、實驗：
①保持極板上的電荷量 Q 不變，兩極板間的距離 d 也不變，改變兩極板的正對面積 S，通過靜電計指針的變化得到兩極板之間電勢差的變化。根據電容的定義式 ，由電勢差的變化判斷電容的變化，從而得到正對面積 S 對電容 C 的影響（圖 10.4-6 甲）。
②保持極板上的電荷量 Q 不變，兩極板的正對面積 S 也不變，改變兩極板間的距離 d，通過靜電計指針的變化得到兩極板之間電勢差的變化。同上所述，由電勢差的變化判斷電容的變化，從而得到兩極板之間的距離 d 對電容 C 的影響（圖 10.4-6 乙）。
③保持 Q、S、d 都不變，在兩極板間插入電介質，例如有機玻璃板。通過靜電計指針的變化得知兩極板間電勢差的變化。同上所述，由電勢差的變化判斷電容的變化，從而得到兩極板之間電介質的存在對電容 C 的影響（圖 10.4-6 丙）。
④結論：通過實驗可以得出如下結論：減小平行板電容器兩極板的正對面積、增大兩極板之間的距離都能減小平行板電容器的電容；而在兩極板之間插入電介質，卻能增大平行板電容器的電容。反之亦然。
4、公式:
5、說明:
①相對介電常數：與電解質性質有關。
②真空介電常數為1，空氣接近1。
③d為兩板間距離，S為正對面積，K為靜電力常量。
④公式適用于平行板電容器。
常用電容器:固定電容器 電解容器 可變電容器
1、可變電容器說明：①可變電容器由兩組鋁片組成。
②電容是可以改變的。
③固定的一組鋁片叫作定片，可以轉動的一組鋁片叫作動片。
④轉動動片，使兩組鋁片的正對面積發生變化，電容就隨著改變。
電容器的兩個物理量：
1、出穿電壓：加在電容器兩極上的極限電壓。
2、額定電壓:電容器外殼標的是工作電壓， 也叫額定電壓。
注意：額定電壓低于擊穿電壓
平行板電容器的動態分析:
1、平行板電容器兩個公式： ①任意電容器電容的定義式。
②平行板電容器電容的決定式。
2、兩類問題：①平行板電容器充電后，切斷與電源的連接，電容器的帶電量Q保持不變。
②平行板電容器充電后，繼續保持電容器兩極板與電池兩極相連接，兩板間 的電壓U保持不變。
注意：①動態分析平行板電容器中因為兩板距離d或正對面積s或介電質常數導致電容C、電量Q、電壓U、電場強度E的變化。
②各物理量間的推理關系如下：
用如圖所示的實驗裝置,可探究平行板電容器電容C的影響因素。現使靜電計的金屬外殼、極板B接地,若保持極板上的電荷量Q不變,下列現象可能出現的是 (　C　)
A.僅讓B極板上移,觀察到靜電計張角變小
B.僅讓B極板左移,觀察到靜電計張角變小
C.僅在兩極板間插入有機玻璃,觀察到靜電計張角變小
D.僅在兩極板間插入有機玻璃,觀察到靜電計張角變大
如圖所示是一個由電池、電阻R、開關S與平行板電容器組成的串聯電路,在增大電容器兩極板間距離的過程中 (　C　)
A.電阻R中沒有電流
B.電容器的電容變大
C.電阻R中有從a流向b的電流
D.電阻R中有從b流向a的電流
【習題】
題組一　對電容器、電容的理解
1.關于已充電的某個平行板電容器,下列說法不正確的是 (　　)　　　　　　 　　　　　　 　　　　　　
A.兩極板上一定帶異號電荷
B.兩極板所帶的電荷量一定相等
C.充上的電荷量越多,其電容就越大
D.充上的電荷量越多,兩極板間的電勢差就越大
2.(多選)下列關于電容器和電容的說法中,正確的是 (　　)
A.根據C=可知,電容器的電容與其所帶電荷量成正比,跟兩極板間的電壓成反比
B.對于確定的電容器,其所帶電荷量與兩板間的電壓成正比
C.對于確定的電容器,無論其兩板間的電壓如何變化(小于擊穿電壓且不為零),它所帶的電荷量與電壓的比值都恒定不變
D.電容器的電容是表示電容器容納電荷本領大小的物理量,其大小與加在兩板間的電壓無關
3.有一已充電的電容器,兩極板間的電壓為3 V,所帶電荷量為4.5×10-4 C,此電容器的電容是 (　　)
A.7.5×10-5 F　　　B.1.5×10-4 F
C.1.35×10-3 F　　　D.2.7×10-3 F
答案：
C 2、 BCD 3、 B
題組二　電容器充、放電的特點
4.(2021山東學業水平合格性考試模擬)如圖所示為某一電容器所帶電荷量和兩端電壓之間的關系圖線,若將該電容器兩端的電壓從40 V降低到36 V,下列說法正確的是 (　　)
A.該過程是充電過程
B.該過程是放電過程
C.電容器的電容為5.0×10-2 F
D.該過程中電容器所帶電荷量的變化量為0.005 C
5.某電容器充電后的電壓為8 V,然后利用傳感器得到放電時電路中電流隨時間變化的I-t曲線(如圖)。則放電過程中 (　　)
A.電容器儲存的電能不變
B.電路中的電流不變
C.電容器兩極板間的電壓不變
D.電容器的電容不變
答案：
4.B 5. D
題組三　電容器的動態分析
6.如圖所示,平行板電容器通過一滑動變阻器R與直流電源連接,G為一零刻度在表盤中央的靈敏電流計,閉合開關S后,下列說法正確的是 (　　)
A.若只在兩板間插入電介質,電容器的兩板間電壓將增大
B.若只在兩板間插入電介質,電容器的電容將保持不變
C.若只將滑動變阻器的滑片P向上移動,電容器儲存的電荷量將增加
D.若只將電容器下極板向下移動一小段距離,此過程電流計中有從a到b方向的電流
7.平行板電容器與電源始終保持相連,在右極板由虛線位置平移到如圖所示的實線位置的過程中,設兩極板間的電壓為U、電場強度為E,電容器的電容為C、所帶電荷量為Q,以下說法正確的是 (　　)
A.電路是斷路,不可能有電荷定向移動
B.有正電荷從b到a定向移動,電流方向為順時針
C.U不變,E變大,C變小,Q變小
D.U不變,E變小,C變大,Q變大
8.利用如圖所示的實驗裝置,可探究平行板電容器電容C的影響因素。現使靜電計的金屬外殼、極板B接地,若保持極板上的電荷量Q不變,下列現象可能出現的是 (　　)
A.僅讓B極板上移,觀察到靜電計張角變小
B.僅讓B極板左移,觀察到靜電計張角變小
C.僅在兩極板間插入有機玻璃,觀察到靜電計張角變小
D.僅在兩極板間插入有機玻璃,觀察到靜電計張角變大
6.C 7.B 8.C
題組三 電容器動態分析
9.(多選)如圖,平行板電容器與電源連接,下極板接地。一帶電油滴位于電容器兩極板間的P點且恰好處于平衡狀態。現將上極板豎直向上移動一小段距離,則 ( )
　　　　　　 　　　　　　 　　　　　　
A.P點的電勢將升高
B.極板帶電荷量將增加
C.帶電油滴的電勢能將減小
D.帶電油滴將豎直向下運動
10.(多選)如圖所示,A、B為兩塊平行帶電金屬板,A帶負電,B帶正電且與大地相接,兩板間P點處固定一負電荷,設此時兩板間的電勢差為U,P點場強大小為E,電勢為φP,負電荷的電勢能為EP,現將A、B兩板水平錯開一段距離(兩板間距不變),下列說法正確的是 ( )
A.U變大,E變大　　　B.U變小,φP變小
C.φP變小,EP變大　　　D.φP變大,EP變小
11.如圖所示,平行板電容器帶有等量異種電荷,與靜電計相連,靜電計金屬外殼和電容器下極板都接地。以E表示兩板間的電場強度,θ表示靜電計指針的偏角。若保持上極板不動,將下極板向下移動一小段距離至圖中虛線位置,在這一過程中,下列說法正確的是 (　　)
A.E不變　　　B.電流計中有電流流過
C.θ減小　　　D.電容器的電容變大
12.(2020黑龍江鐵人中學高二上期中,)如圖所示,平行板電容器與一恒壓直流電源相連,下極板通過A點接地,一帶正電小球被固定于P點,現將平行板電容器的下極板豎直向下移動一小段距離,則 (　　)
A.平行板電容器的電容將變大
B.靜電計指針偏角變小
C.帶電小球的電勢能將減小
D.若先將下極板與A點之間的導線斷開,再將下極板向下移動一小段距離,則帶電小球所受靜電力不變
13.如圖所示,平行板電容器已經充電,靜電計的金屬球與電容器的一個極板連接,外殼與另一個極板連接,靜電計指針的偏轉反映電容器兩極板間的電勢差。實驗中保持極板上的電荷量Q不變。設電容器兩極板正對面積為S,極板間的距離為d,靜電計指針偏角為θ。下列關于實驗現象的描述正確的是 (　　)
A.保持S不變,增大d,則θ變大
B.保持S不變,減小d,則θ不變
C.保持d不變,減小S,則θ變小
D.保持S、d不變,在兩極板間插入電介質,則θ變大
14.如圖所示,A、B為平行板電容器的金屬板,G為靜電計,開始時開關S閉合,靜電計指針張開一定角度。下列操作可使指針張開角度增大一些的是 (　　)
A.斷開開關S后,將A、B兩極板的正對面積減小一些
B.斷開開關S后,將A、B兩極板靠近一些
C.保持開關S閉合,將R上的滑片向右移動
D.保持開關S閉合,將A、B兩極板分開一些
答案：
AD 10、AC 11、A 12、D 13、 A 14、 A
【注意問題】
本節電容器可以與盛水的容器比較。
動態分析要注意始終與電源相接，也可能電荷量不變，特例就是有二極管的情況，后面學了二極管再補充。

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