第4節(jié)電容器的電容導(dǎo)學(xué)案【學(xué)習(xí)目標】1、觀察常見電容器的構(gòu)造，建構(gòu)電容器模型。通過實驗，觀察電容器在充、放電過程中電流與電壓的變化，分析電荷量變化及能量轉(zhuǎn)化情況。2、經(jīng)歷實驗探究電容器兩極板間電勢差與所帶電荷量關(guān)系和用物理量之比定義電容的過程，理解電容概念。知道電容的單位。3、了解電容器的類型、特性及作用。4、了解影響平行板電容器電容大小的因素。【學(xué)習(xí)重難點】學(xué)習(xí)重點：通過實驗建構(gòu)電容的概念。學(xué)習(xí)難點：通過實驗建構(gòu)電容的概念。理解電容器的充、放電過程?！局R回顧】1、在勻強電場中，電場強度與電勢差之間的關(guān)系為：__________。2、在v-t圖中，圖像與坐標軸所圍的面積等于______________________________；在a-t圖中，圖像與坐標軸所圍的面積等于______________________________；在F-x圖中，圖像與坐標軸所圍的面積等于____________________。3、用比值定義法定義的物理量，與求比的兩個物理量__________，__________它們的比值。4、靜電計是在驗電器的基礎(chǔ)上制成的，用來測量導(dǎo)體間的__________，從指針的__________就可以知道兩個導(dǎo)體間的__________的大小?！咀灾黝A(yù)習(xí)】1、任何兩個彼此絕緣又相互靠近的導(dǎo)體都能構(gòu)成__________，其電路圖符號為：__________，其作用為__________。2、電容（符號：__________）：電容器__________與__________的比值。定義式為：__________3、電容的決定式：__________【課堂探究】第一部分：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)——__________（空氣也是一種__________），就構(gòu)成了一個最簡單的電容器，叫做____________________。任何兩個__________又__________的__________都能構(gòu)成電容器。電容器的作用：__________。電容器的電路圖符號：__________【視頻】電容器的充、放電演示。使電容器的兩個極板分別帶上__________的__________電荷，這個過程叫充電。已經(jīng)充電的電容器兩極板上的電荷的中和過程，叫放電。思考1：充電完成后，與充電前相比，電容器有哪些變化？思考2：充電完成后，與充電前相比，電容器有哪些變化？【實驗】用傳感器觀察電容器的充放電過程。思考3：在I-t圖像中，圖像與坐標軸所圍面積的含義是什么？【視頻】用傳感器觀察電容器的放電過程。關(guān)于電容器，需要注意以下幾點：1、充放電時間極短，充放電完成時，靈敏電流計的指針__________，說明此時電路中__________電流。2、把__________極板帶電量的__________叫做電容器的帶電量，用Q表示。3、若保持與電源連接，則板間電壓U__________。4、若斷開電源，則極板所帶電量Q__________。思考4：既然電容器能儲存電荷，那么如何反映電容器容納電荷的本領(lǐng)大小呢？（類比法：類比圓柱型水杯容器的儲水。）用____________________與____________________的比值來表示電容器儲存電荷的能力。第二部分：電容電容（符號：__________）：電容器____________________與____________________的比值?！x式：__________思考1：電容C與電荷量Q成正比與電壓U成反比嗎？思考2：怎樣理解C＝ΔQ/ΔU？電容的單位：__________（符號：__________），1F＝1__________，1F＝__________μF＝__________pF電容的物理意義：描述電容器容納電荷的本領(lǐng)。電容越大，表明在相同電勢差情況下，電容器所帶的電荷__________。加在電容器兩極板上的電壓不能超過某一個限度，超過這個限度，電介質(zhì)將被擊穿，電容器損壞。這個極限電壓稱為__________。電容器外殼上標的電壓是工作電壓，或稱__________，額定電壓比擊穿電壓__________。第三部分：探究影響平行板電容器電容的因素【實驗】探究影響平行板電容器電容大小的因素。實驗方法：__________。平行板電容器電容的決定式：其中，k表示__________；S表示__________；d表示__________；εr表示__________?！疽曨l】探究影響平行板電容器電容大小的因素。幾種常用電介質(zhì)的相對介電常數(shù)：電介質(zhì)空氣煤油石蠟陶瓷玻璃云母水εr1.000522.0～2.164～116～881空氣的相對介電常數(shù)與1十分接近，研究中，空氣對電容的影響一般可以忽略。第四部分：常用電容器1、固定電容器：有“+”、“-”極之分，__________接反，__________接交流電。2、可變電容器：兩極由兩組鋁片組成，固定的一組鋁片叫做__________；可以轉(zhuǎn)動的一組鋁片叫做__________。轉(zhuǎn)動動片，使兩組鋁片的__________發(fā)生變化，電容相應(yīng)變化。第五部分：平行板電容器的動態(tài)分析如果電容器始終與電源連接，則__________保持不變。電容器始終與電源斷開，則__________保持不變?！咀晕覝y評】1．（2021·廣東廣雅中學(xué)高二期中）計算機鍵盤每個鍵下面都連有一塊小金屬片，與該金屬片隔有一定空氣間隙的是另一塊固定的小金屬片，這組金屬片組成一個可變電容器，當連接電源不斷電，按下某個鍵時，與之相連的電子線路就給出該鍵相關(guān)的信號，當按下鍵時，電容器的（）A．電容變小 B．極板的電量變大C．極板間的電壓變大 D．極板間的場強變小2．（2023春·湖南岳陽·高三湖南省岳陽縣第一中學(xué)?？奸_學(xué)考試）據(jù)報道，我國每年心源性猝死案例高達55萬，而心臟驟停最有效的搶救方式是盡早通過AED自動除顫機給予及時治療。某型號AED模擬治療儀器的電容器電容是15μF，充電至9kV電壓，如果電容器在2ms時間內(nèi)完成放電，則下列說法正確的是（

）A．電容器放電過程的平均電流強度為67.5AB．電容器的擊穿電壓為9kVC．電容器充電后的電量為135CD．電容器充滿電的電容是15μF，當放電完成后，電容為03．（2021春·廣東·高一期末）如圖所示，某同學(xué)在用傳感器觀察電容器放電過程中發(fā)現(xiàn)，開始放電前電容器兩極板間的電勢差為8.0V，當電容器帶的電荷量減少4.0×10A．5×10?3μFC．2×10?24．（2023·全國·高二假期作業(yè)）為厲行低碳環(huán)保，很多城市用超級電容車替換城市公交。某款公交車在車底部安裝超級電容器（如圖），其標稱為“2.7V3000F”。車輛進站后，車頂充電設(shè)備迅速搭到充電樁上完成快充。若該款質(zhì)量為2000kg、額定功率為60A．超級電容車以最大速度行駛時牽引力大小為2.4×B．超級電容器充電時電源的正極應(yīng)接超級電容器的負極C．超級電容器在2.7VD．超級電容器的電容隨電壓的增大而增大5．（2022·全國·高二專題練習(xí)）如圖，由兩塊相互靠近的平行金屬板組成的平行板電容器，極板N與靜電計相接，極板M和靜電計的外殼都接地。用靜電計測量平行板電容器兩極板間的電勢差U。在整個實驗過程中，保持電容器所帶電量Q不變，下面哪些操作將使靜電計指針張角變?。ǎ〢．將N板向下平移B．將M板沿水平向左方向遠離N板C．在M、N之間插入介質(zhì)D．將M板向上移動的同時遠離N板6．（2023·全國·高二課堂例題）電容器是一種重要的電學(xué)元件，它能夠儲存電荷。電容器儲存電荷的特性用電容表征。如圖所示，在研究電容器充、放電的實驗中，使開關(guān)S擲向1端，電源E對電容器C充電。下列圖像中，能正確反映電容器充電過程中電流與時間、電荷量與電壓關(guān)系的是（）A． B．C． D．7．（2022·高三課時練習(xí)）在生產(chǎn)紡織品、紙張等絕緣材料過程中，為了實時監(jiān)控材料的厚度，生產(chǎn)流水線上設(shè)置如圖所示的傳感器，其中甲、乙為平行板電容器的上、下兩個固定極板，分別接在恒壓直流電源的兩極上。當通過極板間的材料厚度減小時，下列說法正確的是（）A．有負電荷從a向b流過靈敏電流計GB．甲、乙兩板間材料內(nèi)的電場強度為零C．乙板上的電荷量變小D．甲、乙平行板構(gòu)成的電容器的電容增大8．（2023·全國·高二假期作業(yè)）如圖，在干燥的冬天，手接觸房間的金屬門鎖時，會有一種被電擊的感覺，帶負電的手在緩慢靠近門鎖還未被電擊的過程中，門鎖（）A．近手端感應(yīng)出正電荷 B．電勢比手的電勢低C．與手之間場強逐漸增大 D．與手之間場強保持不變【學(xué)后反思】____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________第4節(jié)電容器的電容導(dǎo)學(xué)案【學(xué)習(xí)目標】1、觀察常見電容器的構(gòu)造，建構(gòu)電容器模型。通過實驗，觀察電容器在充、放電過程中電流與電壓的變化，分析電荷量變化及能量轉(zhuǎn)化情況。2、經(jīng)歷實驗探究電容器兩極板間電勢差與所帶電荷量關(guān)系和用物理量之比定義電容的過程，理解電容概念。知道電容的單位。3、了解電容器的類型、特性及作用。4、了解影響平行板電容器電容大小的因素?！緦W(xué)習(xí)重難點】學(xué)習(xí)重點：通過實驗建構(gòu)電容的概念。學(xué)習(xí)難點：通過實驗建構(gòu)電容的概念。理解電容器的充、放電過程?！局R回顧】1、在勻強電場中，電場強度與電勢差之間的關(guān)系為：E=2、在v-t圖中，圖像與坐標軸所圍的面積等于物體在相應(yīng)時間內(nèi)通過的位移；在a-t圖中，圖像與坐標軸所圍的面積等于物體在相應(yīng)時間的速度變化量；在F-x圖中，圖像與坐標軸所圍的面積等于力對物體所做的功。3、用比值定義法定義的物理量，與求比的兩個物理量沒有關(guān)系，只等于它們的比值。4、靜電計是在驗電器的基礎(chǔ)上制成的，用來測量導(dǎo)體間的電勢差，從指針的偏轉(zhuǎn)角度就可以知道兩個導(dǎo)體間的電勢差的大小?！咀灾黝A(yù)習(xí)】1、任何兩個彼此絕緣又相互靠近的導(dǎo)體都能構(gòu)成電容器，其電路圖符號為：，其作用為儲存電荷。2、電容（符號：C）：電容器所帶電量Q與兩極板間電勢差U的比值。定義式為：3、電容的決定式：【課堂探究】第一部分：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)（空氣也是一種電介質(zhì)），就構(gòu)成了一個最簡單的電容器，叫做平行板電容器。任何兩個彼此絕緣又相互靠近的導(dǎo)體都能構(gòu)成電容器。電容器的作用：儲存電荷。電容器的電路圖符號：【視頻】電容器的充、放電演示。使電容器的兩個極板分別帶上等量的異種電荷，這個過程叫充電。已經(jīng)充電的電容器兩極板上的電荷的中和過程，叫放電。思考1：充電完成后，與充電前相比，電容器有哪些變化？兩極板帶等量異種電荷；兩極板間有與電源相等的電壓；兩極板間有勻強電場；兩極板間儲存有電場能。思考2：充電完成后，與充電前相比，電容器有哪些變化？兩極板帶電量為0；兩極板間電壓U＝0；兩極板間場強E＝0；兩極板間無電場能?！緦嶒灐坑脗鞲衅饔^察電容器的充放電過程。思考3：在I-t圖像中，圖像與坐標軸所圍面積的含義是什么？可以用微元法計算單位時間內(nèi)的放電量：ΔQ＝IΔt所以，在I-t圖像中，面積表示電荷量?！疽曨l】用傳感器觀察電容器的放電過程。關(guān)于電容器，需要注意以下幾點：1、充放電時間極短，充放電完成時，靈敏電流計的指針不偏轉(zhuǎn)，說明此時電路中沒有電流。2、把一個極板帶電量的絕對值叫做電容器的帶電量，用Q表示。3、若保持與電源連接，則板間電壓U不變。4、若斷開電源，則極板所帶電量Q不變。思考4：既然電容器能儲存電荷，那么如何反映電容器容納電荷的本領(lǐng)大小呢？（類比法：類比圓柱型水杯容器的儲水。）用電容器儲存電荷的電荷量與電容器兩極板之間增大的電壓的比值來表示電容器儲存電荷的能力。第二部分：電容電容（符號：C）：電容器所帶電量Q與兩極板間電勢差U的比值?！x式：思考1：電容C與電荷量Q成正比與電壓U成反比嗎？不成反比。C與Q、U無關(guān)，只等于它們的比值。思考2：怎樣理解C＝ΔQ/ΔU？電容C在數(shù)值上等于使電容器兩極板間的電勢差增加1V所需要增加的電荷量。電容的單位：法拉（符號：F），1F＝1C/V，1F＝106μF＝1012pF電容的物理意義：描述電容器容納電荷的本領(lǐng)。電容越大，表明在相同電勢差情況下，電容器所帶的電荷越多。加在電容器兩極板上的電壓不能超過某一個限度，超過這個限度，電介質(zhì)將被擊穿，電容器損壞。這個極限電壓稱為擊穿電壓。電容器外殼上標的電壓是工作電壓，或稱額定電壓，額定電壓比擊穿電壓低。第三部分：探究影響平行板電容器電容的因素【實驗】探究影響平行板電容器電容大小的因素。實驗方法：控制變量法。平行板電容器電容的決定式：其中，k表示靜電力常量；S表示兩極板的相對面積；d表示極板間的距離；εr表示相對介電常數(shù)。【視頻】探究影響平行板電容器電容大小的因素。幾種常用電介質(zhì)的相對介電常數(shù)：電介質(zhì)空氣煤油石蠟陶瓷玻璃云母水εr1.000522.0～2.164～116～881空氣的相對介電常數(shù)與1十分接近，研究中，空氣對電容的影響一般可以忽略。第四部分：常用電容器1、固定電容器：有“+”、“-”極之分，不能接反，不能接交流電。2、可變電容器：兩極由兩組鋁片組成，固定的一組鋁片叫做定片；可以轉(zhuǎn)動的一組鋁片叫做動片。轉(zhuǎn)動動片，使兩組鋁片的正對面積發(fā)生變化，電容相應(yīng)變化。第五部分：平行板電容器的動態(tài)分析如果電容器始終與電源連接，則U保持不變。電容器始終與電源斷開，則Q保持不變?！咀晕覝y評】1．（2021·廣東廣雅中學(xué)高二期中）計算機鍵盤每個鍵下面都連有一塊小金屬片，與該金屬片隔有一定空氣間隙的是另一塊固定的小金屬片，這組金屬片組成一個可變電容器，當連接電源不斷電，按下某個鍵時，與之相連的電子線路就給出該鍵相關(guān)的信號，當按下鍵時，電容器的（）A．電容變小 B．極板的電量變大C．極板間的電壓變大 D．極板間的場強變小【答案】B【詳解】A．當按下鍵時，兩金屬片間的間距減小，根據(jù)電容的決定式C=可知d減小，電容增大，A錯誤；BC．根據(jù)題意電容與電源連接不斷電，可知電容器兩端電壓不變，根據(jù)公式Q=CU電容增大，極板的電量變大，B正確，C錯誤；D．根據(jù)公式E=d減小，U不變，可得極板間的場強變大，D錯誤。故選B。2．（2023春·湖南岳陽·高三湖南省岳陽縣第一中學(xué)?？奸_學(xué)考試）據(jù)報道，我國每年心源性猝死案例高達55萬，而心臟驟停最有效的搶救方式是盡早通過AED自動除顫機給予及時治療。某型號AED模擬治療儀器的電容器電容是15μF，充電至9kV電壓，如果電容器在2ms時間內(nèi)完成放電，則下列說法正確的是（

）A．電容器放電過程的平均電流強度為67.5AB．電容器的擊穿電壓為9kVC．電容器充電后的電量為135CD．電容器充滿電的電容是15μF，當放電完成后，電容為0【答案】A【詳解】AC．根據(jù)電容的定義式C=解得Q=15×故放電過程的平均電流強度為I=故A正確，C錯誤；B．當電容器的電壓達到擊穿電壓時，電容器將會損壞，所以9kV電壓不是擊穿電壓，故B錯誤；D．電容器的電容與電容器的帶電荷量無關(guān)，所以當電容器放完電后，其電容保持不變，故D錯誤。故選A。3．（2021春·廣東·高一期末）如圖所示，某同學(xué)在用傳感器觀察電容器放電過程中發(fā)現(xiàn)，開始放電前電容器兩極板間的電勢差為8.0V，當電容器帶的電荷量減少4.0×10A．5×10?3μFC．2×10?2【答案】C【詳解】ABC．由公式C=可得C=故C正確，AB錯誤；D．電容器的電容只與本身有關(guān)系，與其兩端的電壓無關(guān)，與所帶電荷量無關(guān)，其大小可以用電荷量與電勢差的比值計算，故D錯誤。故選C。4．（2023·全國·高二假期作業(yè)）為厲行低碳環(huán)保，很多城市用超級電容車替換城市公交。某款公交車在車底部安裝超級電容器（如圖），其標稱為“2.7V3000F”。車輛進站后，車頂充電設(shè)備迅速搭到充電樁上完成快充。若該款質(zhì)量為2000kg、額定功率為60A．超級電容車以最大速度行駛時牽引力大小為2.4×B．超級電容器充電時電源的正極應(yīng)接超級電容器的負極C．超級電容器在2.7VD．超級電容器的電容隨電壓的增大而增大【答案】A【詳解】A．根據(jù)P=Fv，超級電容車以最大速度行駛時的牽引力大小為F=A正確；B．電容器充電時，電源的正極接電容器的正極，B錯誤；C．2.7V為額定電壓，超級電容器在小于等于2.7D．電容器的電容大小與充電電壓大小無關(guān)，由電容器本身因素決定，D錯誤。故選A。5．（2022·全國·高二專題練習(xí)）如圖，由兩塊相互靠近的平行金屬板組成的平行板電容器，極板N與靜電計相接，極板M和靜電計的外殼都接地。用靜電計測量平行板電容器兩極板間的電勢差U。在整個實驗過程中，保持電容器所帶電量Q不變，下面哪些操作將使靜電計指針張角變?。ǎ〢．將N板向下平移B．將M板沿水平向左方向遠離N板C．在M、N之間插入介質(zhì)D．將M板向上移動的同時遠離N板【答案】C【詳解】由題意，電容器所帶電量Q保持不變，靜電計指針張角變小，板間電勢差U變小，由C=分析可知，電容C應(yīng)變大，根據(jù)C=分析可知，增大正對面積，減小板間距離、或插入電介質(zhì)，或插入金屬板，故C正確，ABD錯誤。故選C。6．（2023·全國·高二課堂例題）電容器是一種重要的電學(xué)元件，它能夠儲存電荷。電容器儲存電荷的特性用電容表征。如圖所示，在研究電容器充、放電的實驗中，使開關(guān)S擲向1端，電源E對電容器C充電。下列圖像中，能正確反映電容器充電過程中電流與時間、電荷量與電壓關(guān)系的是（）A． B．C． D．【答案】A【詳解】AB．充電過程中隨著電容器電荷量的增加，充電電流越來越小，充滿以后電流為零，故A正確，B錯誤；CD．根據(jù)C=QU可知，電容器的電容大小不變，則故選A。7．（2022·高三課時練習(xí)）在生產(chǎn)紡織品、紙張等絕緣材料過程中，為了實時監(jiān)控材料的厚度，生產(chǎn)流水線上設(shè)置如圖所示的傳感器，其中甲、乙為平行板電容器的上、下兩個固定極板，分別接在恒壓直流電源的兩極上。當通過極板間的材料厚度減小時，下列說法正確的是（）A．有負電荷從a向b流過靈敏電流計GB．甲、乙兩板間材料內(nèi)的電場強度為零C．乙板上的電荷量變小D．甲、乙平行板構(gòu)成的電