高中物理选修3-1第一章静电学-8.电容器和电容（课件）

(共38张PPT)
吕 叔 湘 中 学
庞 留 根
电容器和电容
教学目标
一、电容器
二、电容
三、平行板电容器的电容
四.平行板电容器的两种典型情况的讨论
1. 若两板始终跟电源连接——U保持不变
2. 若充电后与电源断开——Q保持不变
五、常用电容器
A组能力训练题1 2 3 4 5 6 7 8
B组能力训练题1 ， 2 3 4 5 6 7
8（2012年物理海南卷9）
9（2014年物理海南卷4）
电容器和电容
教学目标
1、知道什么是电容器及常见的电容器；
2、知道电场能的概念，知道电容器充电和放电时的能量转换；
3、理解电容器电容的概念及定义式，并能用来进行有关的计算；
4、知道平行板电容器的电容与哪些因素有关，有什么关系；掌握平行板电容器的决定式并能运用其讨论有关问题。
重点：掌握电容器的概念、定义式及平行板电容器的电容。
难点：电容器的电容的计算与应用
一、电容器
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.电容器的充电、放电
（1） 充电：
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，两个极板上就分别带上了等量的异种电荷。这个过程叫做充电。
从灵敏电流计可以观察到短暂的充电电流。充电后，切断与电源的联系，两个极板间有电场存在,充电过程中由电源获得的电能贮存在电场中，称为电场能。
充电——带电量Q增加,板间电压U增加,板间场强E增加, 电能转化为电场能
1.构造：
（2）放电：
把充电后的电容器的两个极板接通，两极板上的电荷中和，电容器就不带电了，这个过程叫放电。
从灵敏电流计可以观察到短暂的放电电流。放电后，两极板间不存在电场，电场能转化为其他形式的能量。
放电——带电量Q减少，板间电压U减少，板间场强E减少，电场能转化为电能。
二、电容
电容器所带的电量Q与电容器两极板间的电势差U的比值，叫做电容器的电容。
2.公式：
1F=10-6F=10-12pF
3.单位：法拉（F），
还有微法（μF）和皮法（pF）
4.电容的物理意义:
电容是表示电容器容纳电荷本领的物理量,是由电容器本身的性质(由导体大小、形状、相对位置及电介质)决定的, 与电容器是不是带电无关.
1.定义：
三、平行板电容器的电容
1. [演示实验] 用静电计测量已经充电的平行板电容器两极板间的电势差
（1）静电计：静电计是在验电器的基础上制成的,用来测量电势差。
①保持Q和d不变，改变两板正对面积S。（图甲） 可见S越小，静电计的偏转角度越大， 即电势差U越大，表明电容C越小。
②保持Q和S不变，改变两板距离d（图乙）。可见d越大，偏转角度越大，即电势差U越大，表明C越小。
A
B
甲
A
B
乙
（2）现象:
A
B
丙
③保持Q、d、S都不变，在两极板间插入电介质板（图丙）。
平行板电容器的电容C与介电常数εr 成正比，跟正对面积S成正比，跟极板间的距离d成反比.
（3）精确的实验和理论分析表明 ：
可见静电计的偏转角度减小, 即电势差U减小,表明电容C增大.
2.平行板电容器的决定式：
真空中
介质中
1. 若两板始终跟电源连接——U保持不变
四.平行板电容器的两种典型情况的讨论：
K
C将减小，Q将减小，E将减小
C将增大，Q将增大，E将保持不变。
c. 插入介质εr ，
相当于d减小，C将增大， Q将增大，E将增大。
C将增大，Q将增大，E将保持不变。
b. S增大，
a. d增大，
d. 插入一定厚度的导体板，
K
a. d增大，
C将减小，U将增大，E将保持不变
b. S增大，
C将增大，U将减小，E将减小。
c. 插入介质εr，
C将增大，U将减小，E将减小。
d. 插入一定厚度的导体板，
相当于d减小,C将增大, U将减小,E将保持不变.
2. 若充电后与电源断开——Q保持不变
五、常用电容器
从构造上看可以分为固定电容器和可变电容器;
从电容器的电介质看可以分为聚苯乙烯电容器、电解电容器、陶瓷电容器等。
2. 加在电容器两极板上的电压不能超过它的击穿电压。
1.分类：
电容器外壳上表明的是工作电压（额定电压）,其数值比击穿电压低。
A组能力训练题1
1．下列关于电容器和电容的说法中，正确的是 ( )
A.根据C=Q/U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，其所带的电荷量与两板间的电压(小于击穿电压且不为零)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零),它所带的电荷量与电压比值恒定不变
D.电容器的电容是表示电容器容纳电荷本领的物理量，其大小与加在两板上的电压无关
BCD
A组能力训练题2
2．如下图是描述电容C、带电荷量Q、电势差U之间的相互关系的图线，对于给定的电容器，关系正确的是 ( )
0
C
U
B
0
U
D
Q
0
C
U
C
0
C
Q
A
AD
A组能力训练题3
3．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E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
S
C
A组能力训练题4
4、关于电容器的电容C、电压U和所带电荷量Q之间的关系．以下说法正确的是（ ）
A．C由U确定　　　　　　　　　　
B．C由Q确定
C．C一定时，Q与U成正比　　　　
D．C一定时，Q与U成反比
C
电容器的电容C、由极板间距离d、正对面积S和介电常数ε等决定，与电压U和所带电荷量Q无关；C一定时，由Q=CU，即Q与U成正比，选项C正确。　
解：
A组能力训练题5
实验题
由绝缘介质隔开的两个同轴的金属圆筒构成圆柱形电容器，如图所示。试根据你学到的有关平行板电容器的知识，推测影响圆柱形电容器电容的因素有 。
R1
R2
H
答：H、R1、R2、ε
（正对面积、板间距离、
极板间的介质）
A组能力训练题6
水平放置的平行板电容器与一电池相连。在电容器的两板间有一带正电的质点处于静止平衡状态。现将电容器两板间的距离增大，则　（ ）
A．电容变大，质点向上运动 　　
B．电容变大，质点向下运动
C．电容变小，质点保持静止 　　
D．电容变小，质点向下运动
D
距离d 增大，电容C减小，电压不变，
E=U/d 减小，重力大于电场力，质点向下运动。
解：
A组能力训练题7
7.平行板电容器两板间距为4cm,带电5.0×10-8C,板间电场强度为4.5×104N/C，则其电容C＝
F，若保持其他条件不变而使两板正对面积减为原来的1/4，则其电容变为 ．
28p
7pF
A组能力训练题8
8．一个平行板电容器，当其电荷量增加ΔQ＝1.0×10-6C时，两板间的电压升高ΔU＝10 V，则此电容器的电容C＝ F．若两板间电压为35 V，此时电容器的带电荷量
Q＝ C.
答：
Q=CU=3.5×10-6C
3.5×10-6
1.0×10-7
B组能力训练题1
1、连接在电池两极上的平行板电容器，当两极板间的距离减小时，则（ ）
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
解析：
平行板电容器的电容
当两极板间的距离d减小时，C增大，由于两极板连接在电池两极上，则两极板间的电势差U保持不变，电容器所带电荷量Q=CU变大，两极板间的电场强度E=U/d　变大．
选项A、B、D正确．
ABD
B组能力训练题2
用控制变量法，可以研究影响平行板电容器电容的因素（如图）。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 （ ）
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，减小S，则θ变小
D．保持d不变，减小S，则θ不变
A
解见下页
由
解：
保持S不变，增大d，则电容C减小，电容器的总电量Q不变，U=Q/C，则电势差增大，静电计指针偏角θ变大；
保持d不变，减小S，则电容C减小，θ变大。
选项A正确。
B组能力训练题3
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．电场强度较小，电势差减小
A
解见下页
C＝Q/U、C＝ε0S/d、
解：
两板间匀强电场的场强E＝U/d，可得
平行板所带电荷量Q、两板间电压U，有
根据 C＝ε0S/d 可知 d增大、C减小，
电容器充电后断开,电容器电荷量Q不变,则E不变。
又根据C＝Q/U 可知U变大。选项A正确。
B组能力训练题4
一个平行板电容器，两板之间的距离d和两板面积S都可以调节，电容器两板与电池相连接，以Q表示电容器的电量，E表示两板间的电场强度，则 （ ）
A. 当d增大、 S不变时，Q减小，E减小
B. 当S 增大、 d不变时，Q增大，E增大
C. 当d减小、 S增大时，Q增大，E增大
D. 当S减小、 d增大时，Q不变，E增大
A C
解见下页
解：
电容器始终跟电源连接——U保持不变
d增大，S不变时，C减小，Q=CU将减小,
E=U/d 减小，A正确。
S增大， d不变时， C增大，Q=CU将增大,
E=U/d 保持不变，B错。
当S减小、d增大时，C减小， Q=CU 减小，
E=U/d 减小，D错。
当d减小、S增大时，C增大，Q=CU 增大，
E=U/d 增大，C正确。
B组能力训练题5
4.对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
B C D
由电容公式
解：
放置一铝板, 相当于d减小, 电容C将增大, D对.
A错，B、C正确。
B组能力训练题6
6.将平行板电容器两极板之间的距离、电压、电场强度大小和极板所带的电荷量分别用d、U、E和Q表示。下列说法正确的是 （ ）
A．保持U不变，将d变为原来的两倍，则E变为原来的一半
B．保持E不变，将d变为原来的一半，则U变为原来的两倍
C．保持d不变，将Q变为原来的两倍，则U变为原来的一半
D．保持d不变，将Q变为原来的一半，则E变为原来的一半
A D
解见下页
解析：
由 选项A正确；
由U=Ed，选项B错；
保持d不变，则电容C不变，
，Q加倍则U加倍，选项C错；
保持d不变，则电容C不变，
Q减半，则U减半，E减半，选项D正确。
B组能力训练题7
7、如图所示，A、B为平行金属板，两板相距为d，分别与电源两极相连，两板的中央各有一小孔M和N，今有一带电质点，自A板上方相距为d的P点由静止自由下落(P、M、N在同一竖直线上)，空气阻力忽略不计，到达N孔时速度恰好为零，然后沿原路
返回，若保持两极板
间的电压不变，则
（ ）
d
d
P
M
N
B
A
（ ）
A．把A板向上平移一小段距离，质点自P点自由下落后仍能返回
B．把A板向下平移一小段距离，质点自P点自由下落后将穿过N孔继续下落
C．把B板向上平移一小段距离，质点自P点自由下落后仍能返回
D．把B板向下平移一小段距离，
质点自P点自由下落后将
穿过N孔继续下落
ACD
d
d
P
M
N
B
A
解见下页
平行金属板与电源两极相连，则两极板间电势差U保持不变．带电质点由P运动到N的过程中，重力做功与电场力做相等．
解析：
若把A板向上平移一小段距离, 质点速度为零的位置仍为N孔，且能返回；若把A板向下平移一小段距离，质点速度为零的位置仍为N孔,且能返回.
若把B板向上平移一小段距离，质点速度为零的位置在N孔之上，且能返回；若把B板向下平移一小段距离，质点到达N孔时将在一竖直向下的速度，即将穿过N孔继续下落．
所以选项A、C、D正确．
题目
B组能力训练题8. （2012年物理海南卷9）
将平行板电容器两极板之间的距离、电压、电场强度大小和极板所带的电荷量分别用d、U、E和Q表示。下列说法正确的是 （ ）
A．保持U不变，将d变为原来的两倍，则E变为原来的一半
B．保持E不变，将d变为原来的一半，则U变为原来的两倍
C．保持d不变，将Q变为原来的两倍，则U变为原来的一半
D．保持d不变，将Q变为原来的一半，则E变为原来的一半
A D
解见下页
解析：
由
选项A正确；
由U=Ed，选项B错；
保持d不变，则电容C不变，
Q加倍则U加倍，选项C错；
保持d不变，则电容C不变，
Q减半，则U减半，E减半，选项D正确。
由 和
由
B组能力训练题9（2014年物理海南卷4）
如图，一平行板电容器的两极板与一电压恒定的电源相连，极板水平放置，极板间距为d，在下极板上叠放一厚度为l的金属板，其上部空间有一带电粒子P静止在电容器中，当把金属板从电容器中快速抽出后，粒子P开始运动，重力加速度为g。粒子运动加速度为 （ ）
A
A. B.
C. D.
P
l
d
解见下页
解析：
电容器的极板与电源相连，可知极板间电压恒定，有金属板存在时，板间电场强度为
P
l
d
此时带电粒子静止，可知
把金属板快速抽出后，板间电场强度为
此时粒子的加速度为
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