高中物理:2.4《电容器 电容》课件(沪科版选修3-1)
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欢迎进入物理课堂 1 试探究分析电容器有何作用 电容器两极板所带电荷量及电性有何关系 电容器两极板上电荷分布在哪里 何为电容器的电荷量 提示 1 电容器是储存电荷和电能的容器 2 两极板所带电荷等量异号 3 电容器两极板上的电荷分布在两极板相对的内侧 4 电容器所带电荷量指一个极板所带电荷量的绝对值 2 怎样从能量的角度理解电容器的充电和放电 提示 应用直流电源给电容器充电的过程 就是电源通过电流做功克服静电力把电荷从一个极板搬运到另一个极板上的过程 通过这一过程 能量以电场能的形式储存在电容器中 等到放电时再把这部分电场能释放出来 3 电容的定义式为C 怎样理解这三个量之间的关系 某一电容器的是否变化 为什么电容的定义式又可写作C 提示 电容器两极板间的电势差随电荷量的增加而增加 电荷量和电势差成正比 它们的比值是一个恒量 每一个电容器都有一个属于自己的常数 与所带电荷量的多少无关 这个比值反映了电容器容纳电荷的能力大小 定义式C Q U是正比关系 反映在Q U图像中是一条直线 电容C就是直线的斜率 所以C 典例1 一个平行板电容器 使它每板电荷量从Q1 30 10 6C增加到Q2 36 10 6C时 两板间的电势差从U1 10V增加到U2 12V 这个电容器的电容量是多大 如要使两板电势差从10V降为U2 6V 则每板需减少多少电荷量 思路点拨 1 计算电容器的电容根据C 2 电容器的电容可理解为1F等于每增加 减少 1V电势差所需增加 减少 的电荷量 自主解答 电荷量的增加量和电势差的增加量分别为 Q Q2 Q1 36 10 6C 30 10 6C 6 10 6C U U2 U1 12V 10V 2V 根据电容的定义 C F 3 10 6F 3 F 要求两极板间电势差降为6V 则每板应减少的电荷量为 Q C U 3 10 6 10 6 C 1 2 10 5C 答案 3 F1 2 10 5C 1 试结合下表 对C 与C 进行比较 提示 2 平行板电容器充电后 继续保持电容器的两极板与电池的两极相连接 电容器的C Q U E与d S 间有何关系 提示 这类问题由于电容器始终连接在电池上 因此两板间的电压保持不变 这是讨论的前提 3 平行板电容器充电后 切断与电池的连接 电容器的C Q U E与d S 间有何关系 提示 这类问题由于电容器充电后切断与电池的连接 使电容器的所带电荷量保持不变 这是讨论的前提 典例2 如图所示 先接通S使电容器充电 然后断开S 当增大两极板间距离时 电容器所带电荷量Q 电容C 两板间电势差U 电容器两极板间场强的变化情况是 A Q变小 C不变 U不变 E变小B Q变小 C变小 U不变 E不变C Q不变 C变小 U变大 E不变D Q不变 C变小 U变小 E变小 思路点拨 1 在分析场强E时 从E 来看 d增加 U也增大 不能直接分析出E的变化情况 2 先用平行板电容器电容的决定式判断出电容的变化 再应用定义式判断电压或电荷量的变化 自主解答 选C 电容器充电后再断开S 其所带电荷量Q不变 由C 可知 d增大时 C变小 又因U 所以U变大 对于场强E 由于E 所以E与间距d无关 即间距d增大 E不变化 典例3 平行板电容器的两极板A B接于电池两极 一个带正电小球悬挂在电容器内部 闭合开关S 电容器充电 这时悬线与竖直方向夹角为 如图所示 那么A 保持开关S闭合 带正电的A板向B板靠近 则 增大B 保持开关S闭合 带正电的A板向B板靠近 则 不变C 开关S断开 带正电的A板向B板靠近 则 增大D 开关S断开 带正电的A板向B板靠近 则 不变 思路点拨 1 对带电体进行受力分析 再从力和运动的关系分析带电体的运动情况 本题中带电小球受到电场力的作用 应着重确定电场的变化情况 2 开关S闭合时 电容器极板电压不变 3 开关S断开时 电容器极板所带电量不变 标准解答 选A D 由带电小球的受力分析 可得到 tan 式中带电小球的电荷量q和质量m均不变 故 取决于两板间电场强度E的变化 当开关S保持闭合时 电容器两板间电压不变 A板向B板靠近时 两板间的场强E将变大 故 也变大 选项A正确 当开关S断开时 电容器极板所带的电荷量保持不变 由公式C Q CU及U Ed可推导得到E 可见减小两极板间距时 两极板间的电场强度保持不变 故 也不变 因此正确选项为A D 1 关于电容器的充放电 下列说法中正确的是 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 解析 选A D 电容器充放电过程中 电路中有短暂的电流 且电流是逐渐减小的 选项A正确 B错误 充电过程中电源提供的电能有一部分储存到电容器两板间的电场中 选项C错误 放电过程中 随着电容器两板间所带电荷量的逐渐减小 场强也逐渐减小 电场能也逐渐减少 选项D正确 2 2011 衡阳高二检测 关于电容器和电容的概念 下列说法中正确的是 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 电容器所带的电量增加一倍 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1 3 它的电容也减小到原来的1 3 解析 选A B C 电容器充电后 两极板上带有等量异种电荷 电容器的电容与电容器所带的电量 两板间电势差无关 电容是由电容器的结构决定的 故A B C正确 D错 3 根据电容器的定义式C 可知 A 电容器电容越大 电容器所带电荷量就越多B 电容器的两极板间电势差越大 电容越大C 电容器的电容与其带电荷量成正比 与两极板间的电势差成反比D 电容器的电容不随带电荷量及两极板间的电势差的变化而变化 解析 选D 本题主要考查电容的定义式C 即C与Q U皆无关 Q与U成正比 4 对于水平放置的平行板电容器 下列说法中正确的是 A 将两极板之间的距离加大 电容将增大B 将两极板平行错开 使正对面积减小 电容将减小C 在下极板的内表面上放置一面积和极板相等 厚度小于极板间距的陶瓷板 电容将增大D 在下极板的内表面上放置一面积和极板相等 厚度小于极板间距的铝板 电容将增大 解析 选B C D 由电容的决定式C 可知 影响平行板电容器电容大小的因素有 随正对面积的增大而增大 随两板之间距离的增大而减小 在两极板之间放入电介质 电容增大 根据上面叙述可得出B C选项正确 对于D选项 实际上是减小了平行板之间的距离 所以本题正确选项为B C D 5 如图是一种通过检测电容器电容的变化来检测液面高低的仪器原理图 容器中装有导电液体 是电容器的一个电极 中间的芯柱是电容器的另一个电极 芯柱外面套有绝缘管 塑料或橡皮 作为电介质 电容器的两个电极分别用导线接在指示器上 指示器上显示的是电容的大小 从电容的大小就可知容器中液面位置的高低 为此 以下说法中正确的是 A 如果指示器显示出电容增大了 则两电极正对面积增大 液面必升高B 如果指示器显示出电容减小了 则两电极正对面积增大 液面必升高C 如果指示器显示出电容增大了 则两电极正对面积减小 液面必降低D 如果指示器显示出电容减小了 则两电极正对面积增大 液面必降低 解析 选A 该仪器类似于平行板电容器 且芯柱进入液体深度h越大 相当于两平行板的正对面积越大 电容越大 所以A正确 一 选择题 本题包括5个小题 每小题4分 共20分 1 电容器A的电容比电容器B的电容大 这表明 A A所带的电荷量比B多B A比B能容纳更多的电荷量C A的体积比B大D 两电容器的电压都改变1V时 A的电荷量改变比B的大 解析 选D 电容是电容器的固有属性 由电容器本身的构造决定 电容描述了电容器容纳电荷的本领 电容器两极板间的电势差每改变1V所改变的电荷量 大小 而不表示容纳电荷的多少或带电荷量的多少 A B错 电容大小与电容器的体积无关 C错 电容在数值上等于两极板间电压改变1V时 电容器所带电荷的改变量 故D项正确 2 2011 焦作高二检测 一个电容器 带了电量Q后 两极板电势差为U 若它带的电量减少Q 2 则 A 电容为原来的1 2 两极板电压不变B 电容为原来2倍 两极板电压不变C 电容不变 两极板电压是原来的1 2D 电容不变 两极板电压是原来的2倍 解析 选C 电容器的电容由其结构决定 与两极板电压和带的电荷量无关 电容不变时 电压与电量成正比 故C对 3 如图所示 将平行板电容器接在电池组两极间 两板间的带电尘埃恰好处于静止状态 若将两板缓慢地错开一些 其他条件不变 则 A 电容器带电荷量不变B 电源中将有电流从正极流出C 尘埃仍静止D 电流计中将有电流 电流方向b a 解析 选C 电容器与电池组连接 其电压不变 带电尘埃静止 静电力与重力平衡 qE mg 两极板错开时场强不变 故C正确 因电容减小 由Q CU知电荷量Q减小 电容器放电 电流方向a b A B D错误 4 如图所示 平行板电容器与直流电源连接 下极板接地 一带电油滴位于电容器中的P点且恰好处于平衡状态 现将平行板电容器的上极板竖直向上移动一小段距离 A 带电油滴将沿竖直方向向上运动B P点的电势将降低C 带电油滴的电势能将减少D 若电容器的电容减小 则极板带电量将增大 解析 选B 上极板竖直向上移动一小段距离 电容器电容减小 因电压不变 所以电量减少 内部电场线变得稀疏 场强减小 带电油滴将下落 A D错误 由于场强E减小 P点与接地极板距离d不变 根据U Ed P点的电势将降低 B正确 因为液滴带负电 它的电势能将增加 C错误 5 一个电容器 当所带电荷量为Q时 两极板间的电势差为U 如果所带电荷量增大为2Q 则 A 电容器电容增大为原来的2倍 两极板间电势差保持不变B 电容器电容减少为原来的 两极板间电势差保持不变C 电容器电容保持不变 两极板间电势差增大为原来的2倍D 电容器电容保持不变 两极板间电势差减少为原来的 解析 选C 对某一电容器而言 其电容的大小 取决于它的结构 与其所带的电荷量及两极板间的电势差无关 二 非选择题 本题共2小题 共10分 6 5分 一个电容器的储电荷量是4 10 8C 两极板之间的电压是2V 那么这个电容器的电容是 F 如果将所带电荷量全部放掉 这个电容器的电容是 F 解析 根据电容器的电容定义式C 2 10 8F 若将电荷量全部放掉 电容不变 即2 10 8F 答案 2 10 82 10 8 7 5分 如图所示 开关S闭合的瞬间和平行板电容器充电稳定后 在增大两极板间距离的过程中 对电阻R来说 有无电流通过 如果有 方向如何 解析 S接通的瞬间 尽管电流无法通过电容器 但电容器充电过程即上极板带正电 下极板带负电的过程 故R上有短暂的从A向B的电流 充电稳定后增大两极板距离 C减小 U不变 由Q CU知 Q减小 电容器放电 电流方向为B R A 答案 有闭合瞬间 电流方向为A R B 稳定后 增大板间距 电流方向为B R A 1 4分 有一个电容器原来已带电 如果使它的电荷量增加4 10 8C 两极板间的电势差增加20V 这个电容器的电容为多大 解析 电容器的电容C与带电荷量Q和两极板间的电势差U都无关 由电容器本身的特性决定 而其电荷量与两极板间电势差成正比 根据电容定义式C 2 10 9F 答案 2 10 9F 2 2011 永嘉高二检测 8分 如图所示实验装置可用来探究影响平行板电容器电容的因素 其中电容器左侧极板和静电计外壳接地 电容器右侧极板与静电计金属球相连 1 使电容器带电后与电源断开 上移左极板 可观察到静电计指针偏转角 选填 变大 变小 或 不变 将极板间距离减小时 可观察到静电计指针偏转角 选填 变大 变小 或 不变 两板间插入一块玻璃 可观察到静电计指针偏转角 选填 变大 变小 或 不变 2 下列关于实验中使用静电计的说法中正确的有 A 使用静电计的目的是观察电容器电压的变化情况B 使用静电计的目的是测量电容器电量的变化情况C 静电计可以用电压表替代D 静电计可以用电流表替代 解析 1 电容器带电后与电源断开 电量Q不变 上移左极板 正对面积S减小 由C 知 电容减小 由C 知 电压增大 指针偏转角变大 极板间距离减小时 电容增大 电压减小 指针偏转角度变小 两板间插入玻璃 电容变大 电压减小 指针偏转角度变小 2 静电计指针的偏转情况可以反映电容器两极板间电压的变化情况 但不能用电压表或电流表替代 答案 1 变大 变小 变小 2 A 3 8分 如图所示 在与直流电源相接的平行板电容器内部 有一个小带电体P正好处于受力平衡状态 问 1 在开关S 保持闭合的情况下 当将A板略微向B板靠拢一些时 P如何运动 2 断开开关S 后 重复以上动作 P又如何运动 解析 1 电源没有断开 A B板之间的电势差 电压 保持不变 因为平行板间的电场是匀强电场 故E 现U不变 A靠拢B时d变小 则E增大 P所受的电场力 qE 将大于重力 故会向上运动 2 S 断开后 电容器极板上带的电荷量Q不再变化 这时需寻找场强E与Q间的关系才便于作出判断 Q CU U 整理为U 代入E 得E E与A B板间距离无关 因Q不变 k为常数 由题意知 和S未变 故E不变 故P受力情况没有变化 仍保持平衡 答案 1 向上运动 2 静止不动 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全- 配套讲稿:
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