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_2018学年高中物理第1章电场第7、8节了解电容器、静电与新技术课件粤教版选修3_1

发布时间:

















第七节 了解电容器

第八节 静电与新技术





















学习目标 1.知道电容器的概念,认识常见的电 容器,了解电容器的充、放电现象.(重 点) 2.理解电容的定义式并能进行有关计 算.(重点) 3.知道平行板电容器的决定因素,并 会分析、解决平行板电容器的两类问 题.(重点、难点) 4.了解静电现象,关注生活、生产中 的静电现象,知道静电在技术上的应 用及防止静电危害的方法.(难点)

知识脉络

电容器和电容
[先填空] 1.电容器:由两个相互靠近,彼此_绝__缘__的导体组成,其间可以填充_绝___缘_ 物质.

2.电容器的充、放电

过程

充电过程

过程示意

放电过程

正电荷向 A 板移动,负电荷向 正电荷由 A 板移向 B 板(或负电

电荷运动

B 板移动

荷由 B 板移向 A 板)

电流方向

__顺___时针

_逆____时针

是使两个极板带上_等___量__异___种是使两个极板上电荷__中__和__的

定义及能 电荷的过程;从电源获得能量 过程;__电__场___能___转化为其他形

量的转化

储存在电场中

式的能

联系 两个过程互逆,电容器的电量、场强、能量变化趋势相反

3.电容器的电容 (1)定义:Q 与 U 的_比__值___,公式为_C__=__UQ___. (2)物理意义:表示电容器___容___纳___电__荷___本__领__的物理量. (3)单位:1 F=__1_0_6__μF=__1_0_1_2 _pF.

[再判断] 1.电容器是储存电荷和电场能的元件.( √ ) 2.电容器的电容与电量成正比,与电压成反比.( ×) 3.电容器放电的过程就是两极板电荷中和的过程( √ )

[后思考] 1.电容器所带电荷量指的是两个极板所带电荷量的绝对值之和,这种说法 正确吗? 【提示】 不正确.电容器所带的电荷量,是指一个极板所带电荷量的绝
对值. 2.根据公式 C=UQ,能否说电容 C 与电容器所带的电荷量 Q 成正比,与两
极板间的电势差 U 成反比? 【提示】 电容是用比值法定义的物理量,不能说 C 与 Q 成正比,与 U 成
反比.

[合作探讨] 照相机上的闪光灯是通过电容器供电的,拍照前先对电容器充电,拍照时 电容器瞬间放电,闪光灯发出耀眼的白光. 探讨 1:电容器在充、放电的过程中的能量是如何转化的? 【提示】 电容器在充电过程中,由电源获得的电能储存在电容器中.放 电过程中,电场能转化为其他形式的能. 探讨 2:电容器所带电荷量越大,容纳电荷的本领一定越大,这种说法对吗? 【提示】 不对.容纳电荷的本领用电容来描述,电容器的电容大,所带 电荷量不一定越大.

[核心点击] 1.对电容器和电容的理解 (1)电容器是一个仪器,而电容是一个物理量,电容表征了电容器容纳电荷 的本领,其数值等于使两极板间的电势差为 1 V 时电容器需要带的电荷量.需要 的电荷量多,表示电容器的电容大. (2)电容 C=QU,但不能说电容 C 与 Q 成正比、与 U 成反比,电容 C 由电容 器本身的性质决定,与 Q、U 的大小无关.

2.对 Q-U 图象的分析

如图 1-7-1 所示,Q-U 图象是一条过原点的直线,其中

Q 为一个极板上所带电荷量的绝对值,U 为两板间的电势差.

可以看出,电容器的电容也可以表示为 C=ΔΔQU,即电容的

大小在数值上等于两极间的电压增加(或减小)1 V 所增加(或

减小)的电荷量.

图 1-7-1

3.电容器的电荷量

电容器的电荷量是一个极板上的带电荷量的绝对值.

1.如图是描述对给定的电容器充电时电荷量 Q、电压 U、电容 C 之间的相 互关系的图象,其中错误的是( )

【解析】 电容器的电容只由电容器本身的性质决定,与电容器带电量及 极板间电压无关,故 A 错误,B、D 正确;由电容定义式 C=QU可知,Q=CU. 当 C 一定时,Q 与 U 成正比,故 C 正确.
【答案】 A

2.一个平行板电容器,使它每板电荷量从 Q1=3×10-5 C 增加到 Q2=3.6× 10-5 C 时,两板间的电势差从 U1=10 V 增加到 U2=12 V,这个电容器的电容多 大?如要使两极板电势差从 U1=10 V 降为 U2′=6 V,则每板需减少多少电荷 量? 【导学号:30800012】
【解析】 电荷量的增加量和电势差的增加量分别为 ΔQ=Q2-Q1=3.6×10-5 C-3×10-5 C=6×10-6 C, ΔU=U2-U1=12 V-10 V=2 V.

根据电容的定义,它等于每增加 1 V 电势差所需增加的电荷量,即 C=ΔΔQU=

6×10-6 2

F=3×10-6 F=3

μF

要求两极板间电势差降为 6 V,则每板应减少的电荷量为 ΔQ′=CΔU′=

3×10-6×(10-6) C=1.2×10-5 C. 【答案】 3 μF 1.2×10-5 C

求解电容器的电容的两点注意 (1)电容器的电容可以根据 C=QU或 C=ΔΔQU求出,但电容器的 电容是电容器的属性,与电容器所带电荷量 Q 以及两极板间的电 压 U 均无关. (2)定义式的推广式 C=ΔΔQU,在电压 U 变化问题中求电容更 快捷.

决定电容的因素
[先填空] 1.实验探究 由于平行板电容器的电容与多种因素有关,故可以采取_控___制___变__量___法探究. 2.平行板电容器的电容 (1)平行板电容器的电容与两极板的正对面积成_正___比_,与两极板间的距离成 反___比__,并跟板间插入的__电__介___质_有关.
εrS (2)公式:C=___4_π_k_d____.

3.电容器的两个性能指标 (1)一个是它的电容量. (2)另一个是它的__耐__压__能力,耐压值表示电容器正常使用时两个电极间所 能承受的__最__大__电压.

[再判断] 1.静电计是指示电容器带电量多少的仪器.( ×) 2.研究电容器电容的实验,采用的是控制变量法.( √ ) 3.电容器两极间绝缘,故其带电量可无限大.(× )

[后思考] 在选用电容器时应注意什么问题? 【提示】 注意电容器上标的两个参数即电容和耐压值.

[合作探讨]

如图 1-7-2 所示,电路由电容器、电源、开关用金属导线连

接而成.

探讨 1:若保持开关闭合,两板间距离减小时,电容器的电

容和电荷量如何变化?

图 1-7-2

【提示】 由 C=4επrkSd,Q=CU 可知,d 减小,C、Q 均增大.

探讨 2:若断开开关 S,两板间距离减小时,两板间的电压如何变化?

【提示】 断开开关 S 后,两板带电量不变,由 C=4επrkSd,Q=CU 可知,

两板间的距离 d 减小,C 增大,U 变小.

[核心点击]

1.公式 C=UQ和 C=4επrkSd的比较

C=UQ

C=4επrkSd

特点

定义式

决定式

意义 对某电容器 Q∝U,但QU=C 不变,反映容纳电荷的本领

平行板电容器,C∝εr,C∝S, C∝1d,反映了影响电容大小的因素

电容器容纳电荷的本领由 Q/U 来量度,由本身的结构(如平行板 联系
电容器的 εr、S、d 等因素)来决定

2.平行板电容器的两类问题 (1)平行板电容器始终与电源相连 ①特点:两极板间电压保持不变. ②电容的决定因素:由 C=4επrkSd∝εdrS可知 C 随 d、S、εr 的变化而变化. ③电量的决定因素:由 Q=CU=4επrkSdU∝εdrS可知 Q 也随 d、S、εr 的变化而 变化. ④电场强度的决定因素:由 E=Ud∝1d可知 E 随 d 的变化而变化.

(2)平行板电容器充电后与电源断开 ①特点:两极板间电量保持不变. ②电容的决定因素:由 C=4επrkSd∝εdrS可知 C 随 d、S、εr 的变化而变化. ③两极板电压的决定因素:由 U=QC=4πεkrSdQ∝εdrS可知 U 也随 d、S、εr 的变 化而变化. ④电场强度的决定因素:由 E=Ud=CQd=4πεrkSQ∝ε1rS可知 E 随 S、εr 的变化而 变化.

3.一平行板电容器两极板间距为 d、极板面积为 S,电容为 ε0S/d, 其中 ε0 是常量.对此电容器充电后断开电源.当增加两板间距时,电 容器极板间( )
A.电场强度不变,电势差变大 B.电场强度不变,电势差不变 C.电场强度减小,电势差不变 D.电场强度减小,电势差减小

【解析】 平行板所带电荷量 Q,两板间电压 U,有 C=Q/U,C=ε0S/d, 两板间匀强电场的场强 E=U/d,可得 E=εQ0S.电容器充电后断开电源,电容器电 荷量 Q 不变,则 E 不变.根据 C=ε0S/d 可知 d 增大、C 减小,又根据 C=Q/U 可知 U 变大.
【答案】 A

4.(多选)如图 1-7-3 所示,平行板电容器的极板 B 接 地,A 板带有电荷量+Q,板间电场中有一固定点 P,若将 B 板固定,A 板下移一些,或者将 A 板固定,B 板上移一些, 在这两种情况下,下列说法正确的是( )
A.A 板下移时,P 点的电场强度不变,P 点电势不变 B.A 板下移时,P 点的电场强度不变,P 点电势升高 C.B 板上移时,P 点的电场强度不变,P 点电势降低 D.B 板上移时,P 点的电场强度变小,P 点电势降低

图 1-7-3

【解析】 A 板下移与 B 板上移,两板间的距离均减小,但此平行板电容器 为电荷量不变的电容器,改变两板间的距离不能改变电场强度的大小及方向, 即 E 不变.因此 A 板下移时,P 点与 B 板间的电势差不变,即 P 点电势也不变; 但 B 板上移时,由于 P 点与 B 板的距离减小,因此 P、B 间的电势差减小,即 P 点电势降低.选项 A、C 正确.
【答案】 AC

5.(多选)用控制变量法,可以研究影响平行板电容器的因素(如图 1-7-4 所 示).设两极板正对面积为 S,极板间的距离为 d,静电计指针偏角为 θ.实验中, 极板所带电荷量不变,若( )
图 1-7-4

A.保持 S 不变,增大 d,则 θ 变大 B.保持 S 不变,增大 d,则 θ 变小 C.保持 d 不变,增大 S,则 θ 变小 D.保持 d 不变,增大 S,则 θ 不变 【解析】 由 C=4επrkSd、C=QU可得:U=4πεrrSdQ,保持 S 不变,增大 d,则 U 增大,即 θ 变大,故 A 正确,B 错误;保持 d 不变,增大 S,则 U 减小,即 θ 变小,故 C 对,D 错. 【答案】 AC

电容器动态分析的思路 (1)确定不变量:是电压 U 不变,还是电量 Q 不变. (2)用决定式 C=4επrkSd分析平行板电容器的电容变化情况. (3)用定义式 C=QU及变形式 Q=CU,分析电容器带电量或两 板间电压变化情况. (4)由于 U=QC=Q·ε4rπSkd,故匀强电场强度 E=Ud=4πεrkSQ,可 以分析电容器极板间场强变化情况.

静电与新技术
[先填空] 1.静电在技术上的应用 (1)静电在技术上有许多应用,比如_激___光__打___印_、喷墨打印、静电除尘、静 电喷涂、静电植绒、__静___电__复___印等.

(2)静电除尘 结构:将高压电源的__正__极__接在金属圆筒上,__负__极__接到悬挂在管心的金 属线上. 原理:正、负极间有很强的_电__场___,使气体分子电离为__电__子___和__正___离__子__.电 子附着在空气中的__尘__埃__上向着_圆___筒__运动而积累到金属圆筒上,尘埃积累到 一定程度而落入下面的漏斗中. 2.静电的防护:有些工厂的车间里空气保持适当的_湿___度__,油罐车车尾装 有一条拖在地上的铁链等.

[再判断] 1.家用电器接地线是防静电.( ×) 2.油罐车运油时,要安装一条拖地的铁链.( √ ) 3.静电除尘的原理是让灰尘带上电荷,然后在电场力的作用下奔向并吸附 到异性电极上.( √ )

[后思考] 如图 1-7-5 所示是飞机加油时,飞机与加油车之间安装的接地装置.飞机在 加油前,为什么要安装接地装置?
图 1-7-5 【提示】 空气与飞机摩擦使飞机带上正电,如果电荷量积累到一定程度 就会向大地放电,在放电的过程中,会产生电火花,引起火灾或爆炸事故.为 了避免事故,飞机在加油前,往往要用接地的金属导线把油车和飞机连接起来.



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