《電容器的電容》導(dǎo)學(xué)案

課時1.8電容器的電容1.知道什么是電容器,了解常用的電容器。2.知道電場能的概念,知道電容器充電和放電時能量的轉(zhuǎn)化。3.理解電容器電容的概念及其定義式C=QU,4.通過實驗了解影響平行板電容器電容大小的因素,知道平行板電容器電容公式C=εrS1.電容器(1)在兩個相距很近的平行①金屬板之間夾上一層電介質(zhì)就組成了一個平行板電容器。實際上,任何兩個彼此②絕緣又相距很近的導(dǎo)體都可以看成一個電容器。(2)把電容器兩極板分別與電源正負(fù)極相連,使兩極板分別帶上③等量的異號電荷的過程叫作充電。充電過程中由④電源獲得的電能儲存在電容器中。(3)用導(dǎo)線連接充電后的電容器的兩極板,兩極板上的電荷⑤中和的過程叫作放電,放電過程中⑥電場能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量。2.電容(1)電容器所帶的⑦電荷量與兩極板間的⑧電勢差的比值叫作電容器的電容,用公式表示為C=⑨。

(2)一個電容器的電容是個常量,它表征了電容器⑩儲存電荷的特性。(3)在國際單位制中,電容的單位是法拉,簡稱法,符號F,實際中常用的電容單位還有微法、皮法。

(4)理論和實驗表明,影響一個電容器的電容大小的因素有夾在極板之間的電介質(zhì)、兩極板的正對面積和兩極板之間的距離,這個關(guān)系用公式表示為C=,式中εr是一個常數(shù),稱為電介質(zhì)的相對介電常數(shù)。

3.常見電容器(1)可變電容器通過轉(zhuǎn)動動片,使兩組鋁片的正對面積發(fā)生變化來改變電容。(2)加在電容器兩極板上的電壓不能超過某一限度,這個極限電壓叫作擊穿電壓。電容器外殼上標(biāo)示的是額定電壓,這個數(shù)值比擊穿電壓要低。主題1:認(rèn)識電容器閱讀教材中“電容器”標(biāo)題下的內(nèi)容,回答下面的問題。(1)電容器的主要作用是什么?(2)說說平行板電容器的基本構(gòu)造。電容器兩極板上的電荷分布在哪里?什么是電容器的電荷量?板間電場強(qiáng)度有哪些特征?(3)電容器是如何充放電的?充放電過程中電流方向、電容器的電荷量、板間電壓、板間電場強(qiáng)度各發(fā)生怎樣的變化?怎樣從能量的角度理解電容器的充電和放電?主題2:電容器的電容閱讀教材中“電容”部分的內(nèi)容,回答下列問題。(1)為什么把電容器所帶電荷量Q與電容器兩極板間的電勢差U的比值定義為電容器的電容C?為什么不直接用電容器所帶電荷量Q來表示電容器容納電荷的本領(lǐng)?(2)圖示是一個橫截面積為S的圓柱形容器,容器內(nèi)水的體積V與盛水的深度H之間有什么關(guān)系?能不能說橫截面積S越大,容器盛水量V就越多?橫截面積S反映了容器的什么本領(lǐng)?如果把電容器容納電荷與此容器容納水作類比,那么電容器的電容C與容器的哪一個量類似?主題3:探究影響平行板電容器電容的因素問題:閱讀教材中“平行板電容器的電容”部分的內(nèi)容,回答下列問題。(1)在研究“影響平行板電容器電容的因素”實驗中是否直接測量了兩板間的電勢差U?本實驗通過觀察什么來比較電勢差的變化?(2)本實驗并沒有直接定量計算電容器的電容C,實驗中又是如何知道電容C的變化的?(3)電容器的電容與多個因素有關(guān),實驗中如何研究各個因素單獨對電容的影響?本實驗?zāi)芊竦贸龈鱾€因素對電容的定量影響?主題4:電容概念的建立(1)閱讀教材中的相關(guān)內(nèi)容,將電容器與教材圖1.8-3(不同容器,使其中的水位升高1cm,所需的水量是不同的)中盛水容器進(jìn)行類比,說說你對電容器電容的理解,歸納總結(jié)電容器電容的物理意義,寫出電容的單位及它們之間的換算關(guān)系。(2)電容的定義式為C=QU,怎樣理解這三個量之間的關(guān)系?某一電容器的QU是否變化?為什么電容的定義式又可寫作C=(3)閱讀教材中的相關(guān)內(nèi)容,談一談電容器使用過程中需要注意的問題。擊穿電壓是不是額定電壓?如圖所示的電容器的電容是多少?圖中的電壓值是指什么電壓?1.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.電容器的電容表示其儲存電荷的能力B.電容器的電容與它所帶的電荷量成正比C.電容器的電容與它兩極板間的電壓成正比D.電容的常用單位有μF和pF,1μF=103pF2.如圖所示,平行板電容器的電容為C,極板帶電荷量為Q,極板間距為d。今在兩極板間的正中央放一帶電荷量為q的點電荷,則它所受到的靜電力大小為()。A.k2Qqd2C.QqCd D.3.一個兩極板間充滿空氣的平行板電容器,極板間距離為d,正對面積為S,充以電荷量Q后,兩極板間電勢差為U。為使電容器的電容加倍,可采用的辦法是()。A.將電勢差變?yōu)閁2 B.將帶電荷量變?yōu)?C.將極板正對面積變?yōu)?S D.將兩板間充滿介電常數(shù)為2εr的電介質(zhì)4.關(guān)于電容器的充放電,下列說法中正確的是()。A.充放電過程中外電路有瞬時電流B.充放電過程中外電路有恒定電流C.充電過程中電源提供的電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能D.放電過程中電容器中的電場能逐漸減少拓展一、電容器的電容、電荷量、電壓之間的關(guān)系1.有一充電的平行板電容器,兩板間電壓為3V,現(xiàn)使它的電荷量減少3×10-4C,于是兩板間電壓降為原來的13,則此電容器的電容是μF,電容器原來所帶的電荷量是C;若把電容器極板上的電荷量全部放掉,電容器的電容是μF。拓展二、平行板電容器的動態(tài)問題分析2.如圖所示,平行板電容器與電壓為U的直流電源(內(nèi)阻不計)連接,下極板接地。一帶電油滴位于電容器中的P點且恰好處于平衡狀態(tài)。現(xiàn)將平行板電容器的上極板豎直向上移動一小段距離,則()。A.帶點油滴將沿豎直方向向上運動B.P點的電勢將降低C.帶點油滴的電勢能將減少D.若電容器的電容減小,則極板帶電荷量將增大拓展三、帶電粒子在電容器中的運動3.在觀察油滴在水平放置的真空充電平行板電容器中運動的實驗中,原有一油滴靜止在電容器中,給電容器再充上一些電荷量ΔQ1后,油滴開始向上運動,經(jīng)t時間,電容器突然放電失去一部分電荷量ΔQ2,又經(jīng)t時間后,油滴回到原處。假設(shè)油滴在運動過程中沒有失去電荷,試求電容器失去電荷量ΔQ2和充上電荷量ΔQ1之比。電容器的電容電容器答案課時1.8電容器的電容知識體系梳理①金屬②絕緣③等量④電源⑤中和⑥電場⑦電荷量⑧電勢差⑨QU⑩儲存電荷法拉法F微法皮法電介質(zhì)正對面積距離εrS4πkd相對介電常數(shù)正對面積擊穿擊穿重點難點探究主題1:(1)電容器的主要作用是能夠儲存電荷和電能。(2)兩塊正對著的、互相平行、互相絕緣而又靠近的金屬板是最簡單的電容器,叫作平行板電容器。電容器兩極板上的電荷分布在兩極板相對的內(nèi)側(cè)。電容器所帶電荷量是指一個極板所帶電荷量的絕對值。板間形成勻強(qiáng)電場(不考慮邊緣效應(yīng)),電場強(qiáng)度大小E=Ud,(3)把電容器的一個極板與電池組的正極相連,另一個極板與負(fù)極相連,兩個極板上就分別帶上了等量的異種電荷,這個過程叫作充電,如圖甲所示。充電后,把電容器的兩個極板接通,兩極板上的電荷互相中和,電容器就不帶電了,這個過程叫作放電,如圖乙所示。充電——帶電荷量Q增加,板間電壓U增大,板間電場強(qiáng)度E增大,充電結(jié)束時,電流減小到零,電容器極板電壓等于充電電壓。放電——帶電荷量Q減少,板間電壓U減小,板間電場強(qiáng)度E減小,放電結(jié)束時,I、Q、U、E都為零。給電容器充電的過程,就是電源通過電流做功克服靜電力把電荷從一個極板搬運到另一個極板上的過程,通過這一過程,能量以電場能的形式儲存在電容器中,等到放電時再把這部分電場能釋放出來。主題2:(1)實驗表明,對于某一個電容器,它所帶電荷量Q與電容器兩極板間的電勢差U成正比,也就是說比值QU是個常量,而不同的電容器,這個比值一般不同,因此把這個比值定義為電容器的電容C,它反映了電容器儲存電荷的能力。由于同一個電容器所帶電荷量Q隨其電壓U而改變,(2)圓柱形容器的橫截面積S是常量,由V=SH可知盛水的體積V與其深度H成正比,即比值VH是個常量。橫截面積S反映了容器容納水的本領(lǐng),但不能說容器的橫截面積S越大,容納水量V就越多。一個圓柱形容器的橫截面積S越大,在同樣深度下容納水量V就越多。同理,對于一個電容器,它的電容C越大,在同樣的電勢差下所容納電荷量就越多,由此可見,電容器的電容C與容器的橫截面積S主題3:(1)實驗中并沒有直接測量兩極板間的電勢差U,而是通過觀察靜電計指針偏轉(zhuǎn)角度來比較電勢差的變化。(2)實驗中電容器充電后與電源斷開,不再充電、放電,使其所帶電荷量Q保持不變,根據(jù)C=QU可知此時C與U成反比,因此當(dāng)觀察到U增加時,就意味著C減小,(3)實驗采取了“控制變量法”,即當(dāng)研究正對面積S對電容的影響時,保持間距d和電介質(zhì)不變;當(dāng)研究間距d對電容的影響時,保持正對面積S和電介質(zhì)不變;當(dāng)研究電介質(zhì)對電容的影響時,保持正對面積S和間距d不變。本實驗沒有進(jìn)行定量的測量,而只是對各個因素對電容的影響進(jìn)行了定性的研究。主題4:(1)電容器是一個儀器,而電容是一個物理量,它表征了電容器容納電荷的本領(lǐng)。①電容的定義:電容器所帶電荷量與兩極板間電勢差的比值。它是描述電容器容納電荷本領(lǐng)大小的物理量,數(shù)值上等于使電容器兩極板間的電勢差增大1V所增加的電荷量。②定義式:C=QU=ΔQΔU。電容C是用比值定義法定義的,本章學(xué)過的電場強(qiáng)度E、電勢φ都是用比值法定義的。電容C=QU,但不能說電容C與Q成正比、與U成反比,因為電容C由電容器本身的性質(zhì)決定,③單位:F、μF、pF;1pF=10-6μF=10-12F。(2)電容器兩極板間的電勢差隨電荷量的增加而增大,電荷量與電勢差成正比,它們的比值是一個恒量,每一個電容器都有一個屬于自己的QU常數(shù),與所帶電荷量的多少無關(guān),這個比值反映了電容器容納電荷的本領(lǐng)大小。定義式C=QU中的Q、U是正比關(guān)系,反映在Q-U圖象中是一條直線,電容C就是直線的斜率,所以C=QU(3)電容器兩極板間電壓越大,所帶電荷量越大,電容器有擊穿電壓,超過此電壓,電容器將被擊穿。額定電壓是電容器長期工作時所能承受的電壓,電容器額定電壓應(yīng)低于擊穿電壓。圖中所示電容器電容為22μF,圖中標(biāo)示的電壓值為額定電壓?；A(chǔ)智能檢測1.A2.C3.CD4.AD全新視角拓展1.1504.5×10-4150【解析】(1)電容器兩極板間電勢差的變化量:ΔU=(1-13)U=23由C=ΔQΔU,有C=3×10-42F=1.(2)電容器原來的電荷量為Q,則:Q=CU=1.5×10-4×3C=4.5×10-4C。(3)電容器的電容是由電容器本身的結(jié)構(gòu)決定的,與是否帶電無關(guān),所以電容器放掉全部電荷后,電容仍然是150μF。2.B【解析】電容器與電源相連,電容器兩端的電壓U不變,當(dāng)上極板上移時,板間距離d增大,電場強(qiáng)度E=Ud減小,靜電力減小,帶電粒子將向下運動,A錯;由U=Ed知,P與下極板間的電勢差減小,P點電勢降低,B對;由