10.4 电容器的电容（学案）——高中物理人教版（2019）必修第三册（word版含答案）

第十章
静电场中的能量
第4节
电容器的电容
学习目标
1.知道什么是电容器及常见的电容器。从物理学的视角认识自然、理解自然，建构关于自然界的物理图景。
2.引导学生经历科学探究过程，知道电容器充电和放电时的电流情况，理解电容器电容的概念及物理意义，养成科学思维习惯。
3.掌握平行板电容器的决定式并能运用其讨论相关问题。体会科学研究方法，增强创新意识和实践能力，注重体现物理学科的本质，培养学生的物理核心素养。
重点难点
重点
掌握电容器的概念、定义式及平行板电容器电容的决定式。
难点
1.电容器充、放电过程的特点。
2.对电容物理意义的理解，电容器电容的计算与应用。
自主探究
知识点1
电容器
1.在两个相距很近的平行金属板中间夹上一层绝缘物质——电介质（空气也是一种电介质），就组成一个最简单的电容器，叫作①
。
2.把电容器的一个极板与电池组的正极相连，另一个极板与负极相连，两个极板就分别带上了等量的异种电荷，这个过程叫作充电。用导线把充电后的电容器的两极板接通，两极板上的电荷②
，电容器又不带电了，这个过程叫作放电。
知识点2
电容
1.定义：电容器所带的电荷量Q与电容器两极板间的电势差U的③
，叫作电容器的电容。
2.公式：
3.单位是法拉，符号是F，1F=1C/V，1F=106μF=1012?pF。
4.电容是表示电容器④
的特性的物理量。
知识点3
平行板电容器的电容
平行板电容器的电容C与极板的正对面积S成⑤
，与两极板间的距离d成⑥
，公式表达式为，式中k为静电力常量，是一个常数，与电介质的性质有关，称为电介质的相对介电常数。
知识点4
常用电容器
1.常用的电容器，从构造上看，可以分为⑦
和⑧
两类。
2.加在电容器两极板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。电容器外壳上标的是工作电压，或称额定电压，这个数值比击穿电压⑨
。
答案
①平行板电容器
②中和
③比值
④储存电荷
⑤正比
⑥反比
⑦固定电容器
⑧可变电容器
⑨低
预习检测
1.下列关于电容器和电容的说法中，正确的是（
）
A.根据可知，电容器的电容与其所带电荷量成正比，跟两板间的电压成反比
B.对于确定的电容器，其所带电荷量与两板间的电压成正比
C.无论电容器的电压如何变化(小于击穿电压且不为0)，它所带的电荷量与电压的比值都恒定不变
D.电容器的电容是表示电容器容纳电荷本领的物理量，其大小与加在两极板间的电压无关
2.下列关于电容器的说法中正确的是（
）
A.电容越大的电容器，所带电荷量也一定越多
B.电容器不带电时，其电容为0
C.由可知，C不变时，只要Q不断增加，则U可无限制地增大
D.电容器的电容跟它是否带电无关
3.要使平行板电容器的电容增大（
）
A.增大电容器的带电荷量
B.增大电容器两极间的电压
C.增大电容器两极板的正对面积
D.增大电容器两极板的距离
答案：1.BCD
2.D
3.C
探究思考
【探究一】电容器和电容
1.任何两个彼此绝缘又相距很近的导体，都可以看成一个电容器。
2.电容器的电容在数值上等于两极板间每升高(或降低）单位电压时增加（或减少）的电荷量。即，对任何电容器都适用。Q为电容器所带的电荷量，是其中一个极板上所带电荷量的绝对值。
3.平行板电容器的电容与两平行极板的正对面积S成正比，与电介质的相对介电常数成正比，与极板间的距离d成反比，其表达式为。两板间为真空时相对介电常数，其他任何电介质的相对介电常数都大于1。
4.
适用于所有电容器；仅适用于平行板电容器。
【探究二】平行板电容器的两类典型问题
1.分析方法
抓住不变量，分析变化量。
(1)电容器电容的定义式：。
(2)平行板电容器内部是匀强电场时，有。
(3)平行板电容器电容的决定式：。
2.两种典型题型
(1)平行板电容器始终连接在电源两端：电势差U不变，由可知，C随d、S、的变化而变化；由可知，Q随d、S、的变化而变化；由可知，E随d的变化而变化。
(2)平行板电容器充电后，切断与电源的连接：电荷量Q保持不变，由可知，C随d、S、的变化而变化；由可知，U随d、S、的变化而变化；由可知，E与d无关，只随S、的变化而变化。
【探究三】电容器中带电粒子的平衡与运动问题
1.若已知电压、电量或电容的变化情况，应先根据或分析两极板间电场强度的变化，然后分析物体的受力情况及运动情况的变化。
2.若已知物体运动情况的变化，应先根据运动情况分析静电力的变化，由此判断电场强度的变化，进而判断电压、电量或电容的变化规律。
知识梳理
随堂训练
1.根据电容器的电容的定义式，可知(
)
A.电容器带电的电量Q越多，它的电容C就越大，C与Q成正比
B.电容器不带电时，其电容为零
C.电容器两极之间的电压U越高，它的电容C就越小，C与U成反比
D.电容器的电容大小与电容器的带电情况无关
2.一个电容器的规格是“10μF
50V”，则（
）
A．这个电容器的电容为
B．这个电容器加上50V电压时，电容才是10μF
C．这个电容器没有电压时，电容为0
D．这个电容器加的电压不能低于50V
3.下列关于电容的说法正确的是(??
)
A.电容器简称电容
B.电容器A的电容比B的大,说明带的电荷量比B的多
C.电容在数值上等于使两极板间的电势差为1V时电容器需要带的电荷量
D.由公式知,电容器的电容与电容器两极板间的电压成反比,与电容器所带的电荷量成正比
4.如图所示，平行板电容器已经充电，静电计的金属球与电容器的一个极板连接，外壳与另一个极板连接，静电计指针的偏转反映电容器两极板间的电势差。实验中保持极板上的电荷量Q不变。设电容器两极板正对面积为S，极板间的距离为d，静电计指针偏角为θ。下列关于实验现象的描述正确的是(
)
A.保持S不变，增大d，则θ变大
B.保持S不变，减小d，则θ不变
C.保持d不变，减小S，则θ变小
D.保持不变，在两极板间插入电介质，则θ变大
答案以及解析
1.答案：D
解析：A.电容器带电的电量Q越多，两极之间的电压U越高，但电容不变，故A错误；
B.电容反映本身的特性，电容器不带电时，电容并不为零，故B错误；
C.电容表征电容器容纳电荷的本领大小，与电压U无关，给定的电容C一定，故C错误；
D.电容表征电容器容纳电荷的本领大小，电容大小与电容器的带电情况无关，故D正确。
故选D。
2.答案：A
解析：电容器的电容与电容器板间电压无关,加电压或不加电压时,电容都是10μF.故A正确,BC错误.这个电容器加的电压不能超过50V,D错误,
故选A
3.答案：C
解析：电容器和电容是两个不同的概念,A错.电容器A的电容比B的大,只能说明电容器A容纳电荷的本领比B强,与是否带电无关,B错.电容器的电容大小和它的两极板所带的电荷量、两极板间的电压、电容器的体积等无关,D错.通过本题,我们对公式有了进一步的理解,电容器的电容只由电容器本身决定.
4.答案：A
解析：平行板电容器的电容，电容器两极板间的电压，电荷量Q不变，保持S不变，增大d，电容C减小，电压U增大，θ变大，选项A正确；电荷量Q不变，保持S不变，减小d，电容C增大，电压U减小，θ变小，选项B错误；电荷量Q不变，保持d不变，减小S，电容C减小，电压U增大，θ变大，选项C错误；电荷量Q不变，保持不变，在两极板间插入电介质，电容C增大，电压U变小，θ变小，选项D错误。