人教版高中物理选修3-1电容器的电容(教案)

电容器教案【教学目标】1、了解电容器的构造和常用电容器。

2、知道电容器充电和放电过程是能量转化的过程。

3、了解电容器的电容。

4、经历影响平行板电容器电容因素的实验探究过程，知道决定平行板电容器电容大小的因素。

重点：电容器的概念、定义式及影响平行板电容器电容因素。

难点：电容的定义和引入；对平行板电容器的动态分析。

【自主预习】1．两块相互靠近又 的导体组成电容器，电容器能储存电荷。

使电容器带电的过程叫 。

充电后电容器的两极带等量异种电荷， 叫电容器的带电量。

使带电后的电容器失去电荷的过程叫 。

2．电容是用比值的方法定义的： 跟 的比值叫电容，即C= 。

此式与电阻的定义式R=U/I 有对称美。

电容的单位是法拉，符号是F ，且1F=1C/V 、1F=106μF=1012pF 。

值得注意的是：电容是描述电容器 本领大小的物理量，它由电容器本身的构造因数决定，对于平行板电容器：C=dS k πε4。

3．从构造上看，常用的电容器分两类： 和 ，前者的电容是固定不变的，后者一般是通过改变两极的正对面积来改变其电容的，当然也可以通过改变两极间的距离或改变电容器所充的来改变其电容。

4．加在电容器两极间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，这个极限电压叫。

电容器上一般都标明电容器的和额定电压的数值，额定电压是指电容器长期工作时所能承受的电压，额定电压比击穿电压要。

【典型例题】一、电容器的基本知识【例1】电容器是一种常用的电子元件．对电容器认识正确的是( )A．电容器的电容表示其储存电荷的能力B．电容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μF和pF,1 μF＝103 pF二、影响电容大小的因素及动态分析问题【例2】连接在电池两极上的平行板电容器在两板间的距离减小时（）A.电容器的电容C变大B. 电容器的带电量Q变大C. 电容器两板间的电势差U变大D．电容器两板间的电场强度E变大【例3】.绝缘金属平行板电容器充电后，静电计的指针偏转一定角度，若减小两极板a、b间的距离，同时在两极板间插入电介质，如图1－8－3所示，则( )A．电容器的电势差会减小B．电容器的电势差会增大C．静电计指针的偏转角度会减小D．静电计指针的偏转角度会增大【例4】．两块大小、形状完全相同的金属平板平行放置，如图所示构成一平行板电容器，与它相连接的电路如图7所示，接通开关S，电源即给电容器充电．则( )A．保持S接通，减小两极板间的距离，则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介质，则极板上的电荷量增大．C．断开S，减小两极板间的距离，则两极板间的电势差减小D．断开S，在两极板间插入一块介质，则两极板间的电势差增大三、电容器的充放电的问题【例5】两个较大的平行金属板A、B相距为d，分别接在电压为U的电源正、负极上，这时质量为m，带电荷量为－q的油滴恰好静止在两板之间，如图3所示，在其他条件不变的情况下，如果将两板非常缓慢地水平错开一些，那么在错开的过程中( )A．油滴将向上加速运动，电流计中的电流从b流向aB．油滴将向下加速运动，电流计中的电流从a流向bC．油滴静止不动，电流计中的电流从b流向aD．油滴静止不动，电流计中的电流从a流向b 【课后练习】1.有一只电容器的规格是“1.5 μF,9 V”，那么( )A．这只电容器上的电荷量不能超过1.5×10－5 CB．这只电容器上的电荷量不能超过1.35×10－5 CC．这只电容器的额定电压为9 VD．这只电容器的击穿电压为9 V2．由电容器电容的定义式C＝QU，可知( )A．若电容器不带电，则电容C为零B．电容C与所带的电荷量Q成正比，与电压U成反比C．电容C与所带的电荷量Q多少无关D．电容在数值上等于使两极板间的电压增加1 V时所需增加的电荷量3．如图4所示，要使静电计的指针偏角变小，可采用的方法是( )A．使两极板靠近B．减小正对面积C．插入电介质D．用手碰一下负极板4．连接在电池两极上的平行板电容器，当两板间的距离减小时( ) A．电容器的电容C变大B．电容器极板的带电荷量Q变大C．电容器两极板间的电势差U变大D．电容器两极板间的电场强度E变大5．关于水平放置的平行板电容器，下列说法正确的是( )A．将两极板的间距加大，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6．一个电容器带电荷量为Q时，两极板间的电势差为U，若使其带电荷量增加4×10－7 C，电势差则增加20 V，则它的电容是( )A．1×10－8 F B．2×10－8 FC．4×10－8 F D．8×10－8 F7.平行板电容器的两极板A、B接于电池两极，一带正电小球悬挂在电容器内部，闭合开关S，电容器充电，这时悬线偏离竖直方向的夹角为θ，如图5所示，则( ) A．保持开关S闭合，带正电的A板向B板靠近，则θ增大B．保持开关S闭合，带正电的A板向B板靠近，则θ不变C．开关S断开，带正电的A板向B板靠近，则θ增大D．开关S断开，带正电的A板向B板靠近，则θ不变8．如图6所示，两块较大的金属板A、B相距为d，平行放置并与一电源相连，S 闭合后，两板间恰好有一质量为m 、带电荷量为q 的油滴处于静止状态．以下说法正确的是( )A 若将上板A 向左平移一小段位移,则油滴向下加速运动, G 中有a →b 的电流B 若将上板A 向上平移一小段位移,则油滴向下加速运动, G 中有b →a 的电流C 若将下板B 向下平移一小段位移,则油滴向上加速运动, G 中有b →a 的电流D ．若将S 断开，则油滴将做自由落体运动，G 中无电流通过9.有一已充电的平行板电容器，若使它带的电荷量减少3×10-4C ，其电压降为原来的三分之一，求电容器原来带的电荷量。

10.电容器的放电的I-t 曲线如图1-7-3所示，试根据此图估算电容器释放的电荷量。

例1．答案 A解析 电容是表示电容器储存电荷本领大小的物理量．电容的大小是由电容器本身结构决定的，与两板间电压及电容器所带电荷量无关．单位μF 与pF 的换算关系为1 μF ＝106 pF.例2. ABD解析 平行板电容器的电容C=εS/4πkd 。

当两板间距离d 减小时，电容C 变I/mA t/10 2 1 3 4 5 1 2 3 4 5 图1-7-3大；因为电容器连接在电池的两极上，所以电容器两板间的电压为定值。

根据电容的定义C=Q/U知：U不变C变大时，Q将变大；平行板电容器两板间的电场是匀强电场，由E=U/d知：U不变d变小时，E将变大。

综上所述，本题的正确答案是ABD。

例3.答案AC解析绝缘金属平行板电容器充电后电荷量Q不变，若减小两极板a、b间的距离，同时在两极板间插入电介质，电容变大，由C＝QU知U变小；静电计指针的偏转角度会减小．例4. 答案BC解析保持S接通则两极板间电势差U不变，减小两极板间的距离d时，根据电场强度公式E＝U/d，两极板间电场的电场强度将要变大，A错误；根据平行板电容器电容的定义式和决定式，可得C＝QU＝εr S4πkd，当在两极板间插入一块介质时，介电常数εr变大，导致电容C变大，而U不变，所以极板上的电荷量增大，B正确；同理，断开S时极板上的电荷量Q不变，减小两极板间的距离d时电容C变大，则电势差U一定变小，C正确；如果在两极板间插入一块介质，则C变大，Q不变则电势差U一定减小，D错误．本题正确选项是B、C.例5. 答案 D解析根据平行板之间的正对面积减小，但是两个极板分别和电源的正负极相连，电压保持不变，电场强度不变，油滴受到的静电力和重力仍然平衡，保持静止．面积减小，电容减小，电压不变，所以带电荷量减小，电流计中的电流从a流向b.课后练习1.答案CD解析公式C＝QU是用比值来定义电容的表达式；而电容只取决于电容器本身，与电容器储存多少电荷，有无电荷都无关，故A、B错，C对；又由C＝QU＝ΔQΔU知，D对．电容表征的是电容器容纳电荷本领的大小，是电容器本身的一种属性，即欲改变电容需改变电容器本身．2.答案BC解析9 V为电容器的额定电压(或工作电压)，故C正确；正常工作时的带电荷量Q＝CU＝1.5×10－6×9 C＝1.35×10－5 C，选项B亦正确．3. 答案AC4.答案ABD解析平行板电容器的电容C＝εr S/4πkd.当两极板间距离d减小时，电容C变大，选项A正确．平行板电容器连接在电池两极上，两极板间的电压为定值，选项C错误．根据电容定义式，C＝Q/U，Q＝CU，U不变，C变大，所以Q变大，选项B 正确．平行板电容器两极板间的电场是匀强电场，E＝U/d，U不变，d减小，所以E 增大，选项D正确．5. 答案 BCD解析 影响平行板电容器电容大小的因素有：①随正对面积的增大而增大；②随两极板间距离的增大而减小；③在两极板间放入电介质，电容增大．据上面叙述可直接看出B 、C 选项正确，对D 选项，实际上是减小了平行板的间距．所以本题正确选项应为B 、C 、D.6. 答案 B7. 答案 AD解析 小球受重力、水平向右的静电力和悬线的拉力而平衡．当开关S 始终闭合时，电容器两板间电势差始终保持不变，当两板间距离d 减小时，由E ＝U d知E 变大，小球所受静电力变大，则θ增大；当电容器充电后S 断开时，电容器所带电荷量Q 不变，两板间距离d 减小时，E ＝U d ＝Q Cd ＝4πkQ εr S，E 与d 无关，可见E 不变，小球所受静电力不变，θ不变．故A 、D 选项正确．8. 答案 B解析 因A 板与电池的负极相连,故A 板带负电,由C ∝r S d 、Q=CU 和E= U d ,可以得出将A 板向左平移一小段,则电容器的电容减小,A 板带电荷量减少,U 不变,板间电场强度不变,则板间的油滴仍平衡;A 板上移,则电容减小,A 板带电荷量减小,U 不变,板间的电场强度减小,所以油滴向下加速运动, G 中有b →a 的电流, B 对, C 错; 将S 断开,电容器的带电荷量不变,则油滴仍平衡,所以D 错.9. 4.5×10-4C10.解析 在电容器的放电曲线I-t 图中，电流随时间的变化是不均匀的，但是我们可以根据电流的定义I=tq ∆∆得出t I q ∆=∆，在t ∆很小的情况下，我们可以认为电流是不变的，在不同的时刻释放的电荷量分别为t I q ∆=∆11，t I q ∆=∆22，t I q ∆=∆33……，电容器释放的电荷总量等于Q=（ +∆+∆+∆=+∆+∆+∆t I t I t I q q q 321321()）。