10.4電容器的電容【物理核心素養(yǎng)】物理觀念：用類比的方法幫助學(xué)生認(rèn)識電容器并構(gòu)建電容概念。科學(xué)思維：通過本節(jié)教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)研究能力、實驗觀察能力和抽象思維能力科學(xué)探究：通過實驗感知電容器的充、放電現(xiàn)象，理解電容器的工作原理．通過影響平行板電容器電容因素的實驗探究過程，體會其中蘊涵的物理方法——控制變量法，并能夠?qū)栴}進行定性、定量分析等．科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：電容器兩極板帶等量異種電荷，體現(xiàn)物理學(xué)中的對稱美；滲透了事物的本質(zhì)由自身的因素決定，即內(nèi)因決定，不由外因決定的觀點?！窘虒W(xué)重難點】教學(xué)重點：通過實驗建立電容器的電容概念，電容的概念及決定電容大小的因素。教學(xué)難點：建立電容概念和對電容概念的科學(xué)理解、對電容器充、放電過程的理解知識點一、電容器1.平行板電容器在兩個相距很近的平行金屬板中間夾上一層絕緣物質(zhì)——電介質(zhì)就組成一個最簡單的電容器，叫作平行板電容器。注意：空氣也是一種電介質(zhì)2.電容器（1）任何兩個彼此絕緣且又相隔很近的導(dǎo)體就構(gòu)成了一個電容器。（2）構(gòu)造：兩個互相靠近彼此絕緣的導(dǎo)體（3）作用：存儲電荷（存儲電能）3.識別電容器（1）電容器由兩個互相靠近、彼此絕緣的導(dǎo)體組成，電容器的導(dǎo)體間可以填充絕緣物質(zhì)。（2）常見電容器有：陶瓷電容器、薄膜電容器、鋁電解電容器、鉭電解電容器、微調(diào)電容器、調(diào)諧電容器?！窘?jīng)典例題1】下列器材中，屬于電容器的是（）A． B．C． D．【變式訓(xùn)練1】常用的電容器，從構(gòu)造上看，可以分為固定電容器和可變電容器兩類．如圖甲、乙為兩種電容器的實物圖片，根據(jù)圖中的相關(guān)信息，下列判斷中正確的是A．圖中甲為可變電容器，它是通過改變極板間的距離來改變電容器的電容的B．在不改變其他條件下，將甲電容器浸入煤油中，其電容不發(fā)生變化C．根據(jù)圖乙中電容器外殼上標(biāo)的數(shù)據(jù)可知，電壓超過5.5V時乙電容器就會被擊穿D．根據(jù)圖乙中電容器外殼上標(biāo)的數(shù)據(jù)可知，乙電容器接5.5V電壓時，儲存的電量為5.5C知識點二、電容器的充放電充電過程放電過程1．充電：使電容器的兩極板上帶等量異種電荷的過程。每個極板所帶電量的絕對值稱為電容器所帶的電量。特點：（1）有電流，電流方向為流入電容器正極板，電流由大到小。（2）電容器所帶電荷量增加。（3）電容器兩極板間電壓升高。（4）電容器兩極板間電場強度增加。當(dāng)電容器充電結(jié)束后，電容器所在電路中無電流，電容器兩極板間電壓與充電電壓相等。放電：使電容器兩極板上的電荷中和的過程。電場能在放電過程中轉(zhuǎn)化成其他形式的能量。特點：（1）有電流，電流方向是從正極板流出，電流由大變小。（2）電容器所帶電荷量減少。（3）電容器兩極板間電壓降低。（4）電容器兩極板間電場強度減弱。當(dāng)電容器放電結(jié)束后，電路中無電流。電容器的放電過程實際上是正、負(fù)電荷中和的過程。歸納總結(jié)：電容器充電規(guī)律②與電源正極相連極板帶正電（失去電子），電子通過電源流到另一極板（得到電子）③兩板帶等量異號電荷；兩板空間存在勻強電場；兩板電壓不變；④電源的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電場能【經(jīng)典例題2】（1）如圖甲所示為探究平行板電容器電容大小決定因素的實驗。給電容器充電后與電源斷開，即保持________（選填“電壓”或“電荷量”）不變。若將B板上移，靜電計指針偏角________（選填“變小”“變大”或“不變”）；若將B板左移，靜電計指針偏角變大，電容器的電容________（選填“變小”“變大”或“不變”）。（2）“探究電容器充放電”的實驗裝置示意圖如圖乙所示，已知靈敏電流計G的0刻度在表盤中央位置，經(jīng)判斷：當(dāng)電流從左接線柱流入時指針左偏；電流從右接線柱流入時指針右偏。將開關(guān)S扳到a，讓電源給電容器充電結(jié)束后，若向電容器中間插入一層有機玻璃板，則在插入過程中靈敏電流計指針________偏；電容器充電結(jié)束后，將開關(guān)S扳到b放電的過程中，靈敏電流計指針會________偏.（均選填“左”或“右”）（3）若將靈敏電流計換成電流傳感器，先將開關(guān)接a，待電容器充電后將開關(guān)扳到b，利用傳感器記錄電容器放電過程，得到該電容器放電過程的It圖像如圖丙所示。已知電源電壓保持為2V，則電容器的電容C=________F（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）?！咀兪接?xùn)練2】兩個較大的平行金屬板A、B相距為d，分別接在電壓為U的電源正、負(fù)極上，這時質(zhì)量為m、帶電荷量為q的油滴恰好靜止在兩板之間，如圖所示。在其他條件不變的情況下，如果將B板向下移動一小段距離，則該過程中（）A．油滴將向上加速運動，電流計中的電流從b流向aB．油滴將向下加速運動，電流計中的電流從a流向bC．油滴靜止不動，電流計中的電流從b流向aD．油滴靜止不動，電流計中的電流從a流向b知識點三、電容器的電容1．電容定義：電容器所帶的電荷量跟它的兩極板間的電勢差的比值，叫做這個電容器的電容，用C表示。2.定義式：Q指每一個極板帶電量絕對值，U表示電容器兩板的電勢差—電壓電容器電容定義式也可以寫成：數(shù)值上等于使兩極板間的電勢差增加1V時，所需要的電荷量。3、單位：法拉（F）；微法（uF）；皮法（pF）關(guān)系：1F=106uF=1012pF4、物理意義：電容是反映電容器儲存電荷的本領(lǐng)的物理量。5.電容器的電容由本身結(jié)構(gòu)決定。與所帶的電荷Q和所加的電壓U無關(guān)。說明：即使電容器不帶電，其電容仍然存在，并且是個確定值。5擊穿電壓加在電容器兩極板上的電壓不能超過某一限度，超過這個限度，電介質(zhì)將被擊穿，電容器損壞。這個極限電壓叫作擊穿電壓。6.額定電壓電容器外殼上標(biāo)的是工作電壓，或稱額定電壓，這個數(shù)值比擊穿電壓低【經(jīng)典例題3】對電容，下列說法中正確的是（）A．一個電容器充的電荷量越多，電容就越大B．對于固定的電容器，它所充電荷量跟它兩極板間所加電壓的比值保持不變C．可變電容器充的電荷量跟加在兩極板間的電壓成正比D．由知。如果一個電容器沒有電壓，就沒有充電的電荷量，也就沒有電容【變式訓(xùn)練3】如圖是一個電解電容器，由標(biāo)注的參數(shù)可知（）A．電容器的擊穿電壓為450VB．當(dāng)電容器的電壓低于450V時，電容器無法工作C．給電容器加90V電壓時，電容器的電容為200μFD．電容器允許容納的最大電荷量為0.45C知識點四、決定電容的因素（平行板電容器的電容）1、決定電容的因素（1）由于平行板電容器的電容與多種因素有關(guān)，故可以采取控制變量法探究。（2）平行板電容器：由兩個彼此絕緣又相互靠近的平行金屬板組成。①平行板電容器的電容C跟兩極板的正對面積S成正比，與兩極板間的距離d成反比，并與兩極板間插入的電介質(zhì)有關(guān)。②公式：C＝eq\f(εrS,4πkd)。εr是一個常數(shù)，與電介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)，真空時εr＝1.其他電介質(zhì)時εr＞1.2．公式C＝eq\f(Q,U)與C＝eq\f(εrS,4πkd)的比較公式C＝eq\f(Q,U)C＝eq\f(εrS,4πkd)公式特點定義式?jīng)Q定式意義對某電容器Q∝U，但eq\f(Q,U)＝C不變，反映電容器容納電荷的本領(lǐng)平行板電容器，C∝εr，C∝S，C∝eq\f(1,d)，反映了影響電容大小的因素聯(lián)系電容器容納電荷的本領(lǐng)由eq\f(Q,U)來量度，由本身的結(jié)構(gòu)（如平行板電容器的εr、S、d等因素）來決定提醒：C＝eq\f(Q,U)適用于所有電容器；C＝eq\f(εrS,4πkd)僅適用于平行板電容器.【經(jīng)典例題4】（多選）兩塊大小、形狀完全相同的金屬平行板電容器，與它相連接的電路如圖所示，接通開關(guān)，電源即給電容充電，則（）A．保持接通，減小兩極板間的距離，則兩極板間電場強度減小B．保持接通，在兩極板間插入一塊介質(zhì)（介電常數(shù)大于1），則極板上的電荷量增大C．?dāng)嚅_，減小兩極板間的距離，則兩極板間的電勢差減小D．?dāng)嚅_，在兩極板間插入一塊介質(zhì)（介電常數(shù)大于1），則極板上的電勢差增大【變式訓(xùn)練4】（多選）下圖是一種測定壓力的電容式傳感器。當(dāng)待測壓力F作用于可動膜片電極上時，可使膜片產(chǎn)生形變，引起電容的變化。如果將這個電容式傳感器、電流計和電源串接成閉合電路，那么（

）A．當(dāng)F向上壓膜片電極時，電容將變小B．當(dāng)F向上壓膜片電極時，電容將變大C．若電流計示數(shù)有變化，則表明壓力F發(fā)生變化D．若電流計示數(shù)有變化，則表明壓力F不發(fā)生變化題組A基礎(chǔ)過關(guān)練1．據(jù)媒體報道，科學(xué)家發(fā)明了一種新型超級電容器，能讓幾分鐘內(nèi)充滿電。若用該種電容器給電池充電，下列說法正確的是（）A．該電容器給電池充電時，電容器的電容變大B．該電容器給電池充電時，電容器存儲的電能變少C．該電容器給電池充電時，電容器所帶的電荷量可能不變D．充電結(jié)束后，電容器的電容為零2．平行板電容器是將電能暫時存儲的一種電學(xué)元件，要使平行板電容器的電容增加，下列做法正確的是（）A．增大兩極板正對面積B．改用介電常數(shù)較小的電介質(zhì)C．增大兩極板間的距離D．增大兩極板間的電壓3．如圖所示，電容器極板間有一可移動的電介質(zhì)板，介質(zhì)與被測物體相連，電容器接入電路后，通過極板上物理量的變化可確定被測物體的位置，則下列說法中正確的是（）A．若電容器極板間的電壓不變，x變大，電容器極板上帶電荷量增加B．若電容器極板上帶電荷量不變，x變小，電容器極板間電壓變大C．若電容器極板間的電壓不變，x變大，有電流流向電容器的負(fù)極板D．若電容器極板間的電荷量不變，x變大，有電流流向電容器的正極板4．電容器是一種常用的電子元件。對電容器認(rèn)識正確的是（）A．電容器的電容與它所帶的電荷量成正比B．電容器的電容與它兩極板間的電壓成正比C．在相同電壓作用下，帶電荷量多的電容器的電容比較大D．電容的常用單位有μF和pF，1μF=103pF5．（多選）電容式傳感器實質(zhì)上是一個可變電容器，當(dāng)某待測量發(fā)生變化時，能引起電容器的電容變化。如圖是四個電容式傳感器的示意圖。關(guān)于這四個傳感器的作用，下列說法正確的是（）A．圖（a）的傳感器可測量角度B．圖（b）的傳感器可測量液面的高度C．圖（c）的傳感器可測量壓力D．圖（d）的傳感器可測量速度6．（多選）如圖所示，平行板電容器與直流電源連接，上極板接地。一帶負(fù)電的油滴位于容器中的P點且處于靜止?fàn)顟B(tài)。現(xiàn)將下極板豎直向下緩慢地移動一小段距離，則（）A．帶電油滴將豎直向下運動 B．帶電油滴的機械能將增加C．P點的電勢將升高 D．電容器的電容增加，極板帶電量增加題組B能力提升練7．如圖為某規(guī)格的電容器，下列關(guān)于該電容器的說法正確的是（）A．該電容器只有接80V的恒定電壓時才能工作B．給該電容器充電或放電過程中有電荷流過電容器C．電容器上不帶電，其電容也是1000μFD．外殼上所標(biāo)的80V指的是擊穿電壓8．傳感器是一種采集信息的重要器件。圖所示的是一種測定壓力的電容式傳感器。當(dāng)待測壓力F作用于可動膜片電極上時①若F向上壓膜片電極，電路中有從a到b的電流②若F向上壓膜片電極，電路中有從b到a的電流③若F向上壓膜片電極，電路中不會出現(xiàn)電流④若電流表有示數(shù)，則說明壓力F發(fā)生變化⑤若電流表有示數(shù)，則說明壓力F不發(fā)生變化。以上說法中正確說法的組合是（）A．②④ B．①④ C．③⑤ D．①⑤9．如圖所示，兩塊很大的平行金屬板M、N水平正對放置，連在恒定電壓的電源上（極板移動過程U不變），兩板間有一帶電微粒以速度v0沿直線運動，當(dāng)微粒運動到P點時，迅速將N板下移一小段距離。則此后微粒的運動情況可能是（）A．沿軌跡①做曲線運動 B．方向改變沿軌跡②做直線運動C．方向不變沿軌跡③做直線運動 D．沿軌跡④做曲線運動10．一平行板電容器充電后與電源斷開，負(fù)極板接地，兩板間有一個正檢驗電荷固定在P點，如圖所示，以C表示電容器的電容、E表示兩板間的場強、φ表示P點的電勢，Ep表示正電荷在P點的電勢能，若正極板保持不動，將負(fù)極板緩慢向右平移一小段距離l0的過程中，下列關(guān)于各物理量與負(fù)極板移動距離x的關(guān)系圖象中正確的是（）A． B． C． D．11．如圖所示是一個由電源、電阻R與平行板電容器組成的串聯(lián)電路，有帶電小球靜止在平行板電容器中間，在增大電容器兩極板間距離的過程中（）A．帶電小球仍然靜止B．帶電小球?qū)⒇Q直向上運動C．電阻R中有從a流向b的電流D．電阻R中有從b流向a的電流12．（多選）如圖所示，四個圖像描述了對給定的電容器充電時，電容器電量Q、電壓U和電容C三者的關(guān)系。正確的圖像有（）A． B．C． D．13．（多選）對于電容式鍵盤，當(dāng)連接電源不斷電，按下某個鍵時，與之相連的電子線路就給出與該鍵相關(guān)的信號。當(dāng)按下鍵時，電容器的（）A．電容變小 B．極板的電量變大C．極板間的電壓變小 D．極板間的場強變大14．如圖所示，平行板電容器的兩個極板A、B分別接在恒壓電源正、負(fù)兩級上，電源電壓為，電容器的電容為，兩極板間距為，P點到B板的垂直距離為，B極板接地。求：（1）平行板電容器極板上所帶的電荷量Q；（2）平行板電容器兩板之間的電場強度E；（3）P點處的電勢。15．一個電容為22μF的電容器充電至電壓為9V后，斷開電源。由于漏電，一段時間后兩極板間的電壓變?yōu)?V，極板上的電荷量減少了多少。題組C培優(yōu)拔尖練16．（多選）下列關(guān)于電容器和電容的說法中，正確的是（

）A．根據(jù)可知，電容器的電容與其所帶電荷量成正比，跟兩極板間的電壓成反比B．對于確定的電容器，其所帶電荷量與兩極板間的電壓成正比C．無論電容器的電壓如何變化（小于擊穿電壓且不為零），它所帶的電荷量與電壓的比值都恒定不變D．電容器的電容是表示電容器容納電荷本領(lǐng)的物理量，其大小與加在兩極板間的電壓無關(guān)17．（多選）用控制變量法可以研究影響平行板電容器電容