1.8电容器的电容(含动画)

八、电容器的电容第一章静电场学习目标1、知道什么是电容器的和电容器的功能．2、理解电容是表征电容器容纳电荷本领的物理量．3、会计算平行板电容器的电容．4、知道常用电容器的种类．一、电容器电脑主板一、电容器纸质电容器一、电容器1、定义：任何两个彼此绝缘又相互靠近的导体，构成了电容器。电介质极板极板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),就组成一个最简单的电容器,叫做平行板电容器.这两个金属板叫做电容器的极板2.两种工作状态:①充电:两极与电源相连使电容器带电的过程.是电源的电能转化为电容器的电场能的过程.电容器充电实验一、电容器2、电容器的充电和放电过程（1）充电：使电容器的两个极板分别带上等量的异种电荷，这个过程叫充电。UG++++++-Q+Q------电容器的带电量Q：每个极板上所带电量的绝对值。电场能电能Q↑,U↑,E↑稳定后不变一、电容器2、电容器的充电和放电过程（2）放电：已经充电的电容器两极板上的电荷的中和过程，叫放电。++++++Q+QUG电场能电能Q↓,U↓,E↓稳定后不变电容器放电一、电容器2、电容器的充电和放电过程（1）充电：带电量Q增加，板间电压U增加，板间场强E增加，电能→电场能（2）放电：带电量Q减少，板间电压U减小，板间场强E减小，电场能→电能【注意】当电容器带电量发生改变时，电路中有电流；稳定后电路中无电流，因为两极板绝缘，电流通不过。3.电容器能起什么作用呢？:用来容纳(存储)电荷的装置.电容器----储存电荷类比容器-----储存物质（具体水杯存水）水杯存水的本领大小由什么来决定？（由本身的结构决定）电容器储存电荷的本领由什么来决定？（应该也由本身的结构决定）如何表征容器储水的本领大？思考：4.电容器所带的电荷量Q:任何一个极板所带的电荷量Q的绝对值.+++++++++++-----------+Q-Q类比法：圆柱型水杯容器的储水问题:hhABC1.水位每升高h，试比较A、B、C的储水量2.哪个储水本领大？如何反映其储水本领？hQ深度水量==h增加的深度增加的水量Q那电容器储存电荷的本领如何表征呢？二、电容++++++------+Q-QU【实验表明】当电容器带电Q后（两板带等量异种电荷），两板就有电势差U（也叫电压），且一个电容器所带电荷量Q与电容器两极板间的电势差U成正比，Q/U是个常量。电量：Q2Q3Q电压：U2U3U1.定义：电容器所带电量Q与电容器两极板间电势差U的比值，叫电容器的电容。（符号：C）定义式：2.在数值上等于使电容器两极板间的电势差增加1V所需要增加的电荷量。3.电容器的电容由本身结构决定，与Q、U无关.4.单位：法拉（F）1F=1C/V1F=106μF=1012pF5.物理意义：描述电容器容纳电荷的本领。电容越大，表明在相同电势差情况下，电容器所带的电荷越多。二、电容QQQQCUUUU猜想：平行板电容器的电容由它本身的哪些因素决定？两极板间的距离d两极板间的正对面积S是否插入电介质控制变量法实验记录不变量改变量电容C正对面积S两极板距离d增大减小两极板距离d正对面积S减小减小S、d均不变在两极板间插入电介质增大三、平行板电容器的电容4sCkd1.极板间是真空时：2.极板间充满介质时：4rsCkdε—介电常数（ε1）其中：S—正对面积d—两板间距离k—静电常量定义式适用于任何电容器C与Q、U无关决定式只适用于平行板电容器反映C的决定因素UQCkdSCr4思考；电容的两种表达式有什么不同？三、电容器的种类1、从构造上划分：（1）固定电容器（2）可变电容器2、按电介质的种类划分：（1）聚苯乙烯电容器（2）陶瓷电容器（3）电解电容器3、电容器的符号：固定电容器可变电容器电解电容器+-4.电容器的额定电压和击穿电压：（1）额定电压：电容器长期工作所能承受的电压。（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。电容器的额定电压低于击穿电压•平行板电容器充电后的两类典型情况：•⑴电容器始终连接在电源上，两极间的电压U保持不变。••⑵电容器充电后，切断与电源的连接，电容器的带电荷量Q保持不变。思考与讨论⑴：平行板电容器充电后，继续保持电容器的两极板与电源相连接。在这种情况下，如果增大两极板间的距离d，那么，两极板间的电势差U、电容器所带的电量Q、两极板间的场强E各如何变化？电容器动态问题分析U不变思考与讨论⑵：平行板电容器充电后，切断与电源的连接。在这种情况下，如果增大d，则U、Q、E各如何变化？Q不变二、平行板电容器的动态分析思路1．运用电容的定义式和决定式分析电容器相关量变化的思路：①确定不变量，分析是电压不变还是所带电荷量不变。②用决定式C＝εrS4πkd分析平行板电容器电容的变化。③用定义式C＝QU分析电容器所带电荷量或两极板间电压的变化。④用E＝Ud分析电容器极板间场强的变化。1、根据电容电容器的电容定义式：C=Q/U可知（）A、电容器带的电量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、电容器两极板间的电压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其带电情况无关巩固训练D巩固训练2、某一电容器标注的是“400V22μF”，则下列说法中正确的是()A．该电容器可在400V以下电压时正常工作B．该电容器只能在400V电压时正常工作C．电压是200V时，电容仍是22μFD．使用时只需考虑工作电压，不必考虑电容器的引出线与电源的哪个极相连AC3.一个平行板电容器，使它每个极板所带电荷量从Q1=3×10-5C增加到Q2=3.6×10-5C时，两极板间的电势差从U1=10V增加到U2=12V，这个电容器的电容多大？如要使两极板间的电势差从10V降到6V，则每极板需减少多少电荷量？答案：3μF；1.2×10-5C．C10×1.2=10×3×）6-10（=UC△=Q电势差降低后，△；μF3=10-1210×3)-(3.6=U△Q△=C解：电：5-6--5巩固训练第二课时思考与讨论⑴：平行板电容器充电后，继续保持电容器的两极板与电源相连接。在这种情况下，如果增大两极板间的距离d，那么，两极板间的电势差U、电容器所带的电量Q、两极板间的场强E各如何变化？解析：平行板电容器充电后，继续保持电容器的两极板与电源相连接，其电势差恒等于电源电压，并保持不变。⑴C=εS/4πkd∝εS/d⑶E=U/d∝1/d⑵Q=CU=UεS/4πkd∝εS/d思考与讨论⑵：平行板电容器充电后，切断与电源的连接。在这种情况下，如果增大d，则U、Q、E各如何变化？解析：平行板电容器充电后，切断与电源的连接，电容器不存在充、放电的可能性，两极板上的带电量Q始终不变。C=εS/4πkd∝εS/dU=Q/C=Q/（εS/4πkd）∝d/εSE=U/d=Q/Cd=Q/（εSd/4πkd）=πkQ/εS∝1/εS保持两极板的Ｕ不变的实验探究思考与讨论⑴：平行板电容器充电后，继续保持电容器的两极板与电源相连接。在这种情况下，如果增大两极板间的距离d，那么，两极板间的电势差U、电容器所带的电量Q、两极板间的场强E各如何变化？电容器动态问题分析U不变思考与讨论⑵：平行板电容器充电后，切断与电源的连接。在这种情况下，如果增大d，则U、Q、E各如何变化？Q不变二、平行板电容器的动态分析思路1．运用电容的定义式和决定式分析电容器相关量变化的思路：①确定不变量，分析是电压不变还是所带电荷量不变。②用决定式C＝εrS4πkd分析平行板电容器电容的变化。③用定义式C＝QU分析电容器所带电荷量或两极板间电压的变化。④用E＝Ud分析电容器极板间场强的变化。1．如图所示是一个由电池、电阻R与平行板电容器组成的串联电路.在增大电容器两极板间距离的过程中（）A．电阻R中没有电流B．电容器的电容变小C．电阻R中有从a流向b的电流D．电阻R中有从b流向a的电流巩固训练BC2.如图所示，电路中，A、B为两块竖直放置的金属板，G是一只静电计，开关S合上后，静电计指针张开一个角度，下述哪些做法可使指针张角增大()A．使A、B两板靠近一些B．使A、B两板正对面积错开一些C．断开S后，使B板向右平移拉开一些D．断开S后，使A、B正对面积错开一些CD解析：图中静电计的金属杆接A极，外壳和B板均接地，静电计显示的是A、B两极板间的电压，指针张角越大，表示两板间的电压越高。当合上S后，A、B两板与电源两极相连，板间电压等于电源电压不变，静电计指针张角不变；当断开S后，板间距离增大，正对面积减小，都将使A、B两板间的电容变小，而电容器电荷量不变，由C＝Q/U可知，板间电压U增大，从而静电计指针张角增大，答案应选CD。答案：CD3.如图所示，水平放置的平行板电容器，闭合电键与稳压直流电源连接，下板固定，当上板在AB位置时，一个带电油滴刚好静止在电容器的中点，现在断开电键，使上板在AB位置与A′B′位置之间上下往复移动，以下关于带电油滴的运动描述正确的是()A．油滴在电容器两极板间上下往复运动B．油滴始终向下极板运动最后到达下极板C．油滴始终处于静止状态D．上板向上移动时，油滴做加速运动；上板向下移动时，油滴做减速运动C解析：带电油滴刚好悬浮静止在电容器的中点，说明油滴所受重力和电场力等大反向，即qE＝mg。当上板在AB位置与A′B′位置之间上下位复移动时，不管上板在哪个位置(除AB位置外)，两极板的带电荷量Q为定值，板间的电场强度为E＝Ud＝4πkQεrS不变化，所以总有qE＝mg，油滴所受的合力仍为零，始终处于静止状态。4.如图所示，平行板电容器与电动势为E的直流电源（内阻不计）连接，下极板接地。一带电油滴位于容器中的P点且恰好处于平衡状态。现将平行板电容器的上极板竖直向上移动一小段距离()A．带点油滴将沿竖直方向向上运动B．P点的电势将降低C．带点油滴的电势将减少D．若电容器的电容减小，则极板带电量将增大B解析：电容器两端电压U不变，由公式E=U/d，场强变小，电场力变小，带点油滴将沿竖直方向向下运动，A错；P到下极板距离d不变，而强场E减小，由公式U=Ed知P与正极板的电势差变小，又因为下极板电势不变，所以P点的电势变小，B对；由于电场力向上，而电场方向向下，可以推断油滴带负电，又P点的电势降低，所以油滴的电势能增大，C错；图中电容器两端电压U不变,电容C减小时由公式Q=CU，带电量减小，D错。5.如图所示，水平放置的两平行金属板A、B相距d，电容为C，开始两板均不带电，A板接地且中央有孔．现将带电荷量q、质量为m的带电液滴一滴一滴地从小孔正上方h高处无初速度地滴下，落向B板后电荷全部传给B板．(1)第几滴液滴在A、B间做匀速直线运动?（2）能够到达B板的液滴不会超过多少滴？1)1(2qcdmg1)()2(2qdhmgC