高中物理必修第三册粤教版\n第一节 电容器与电容\n1.构造:任何两个彼此又相距很近的导体,都可以看成一个电容器.2.常见电容器(1)铝电解电容器:用铝箔作为一个极板,用铝箔上很薄的一层氧化膜作为电介质,用浸过电解液的纸作为另一个极板,这种电容器有正、负极之分,连入电路时不能接反.(2)调谐电容器:由两组金属片组成,固定的一组叫定片,可以转动的一组叫动片,转动动片使两组金属片的正对面积发生变化,电容就跟着改变.3.电容器的作用、字母及电路符号(1)作用:电容器用来储存电荷.(2)字母符号:.(3)电路符号:.1|识别电容器绝缘C—||—\n1.充电:把电容器的两个极板分别和电源的两极相连,使两极板分别带上的过程.2.放电:把充电后的电容器的两个极板接通,两极板上的电荷的过程.电容器充、放电的电路图3.电场能:充电后的电容器两极板上有电荷,所以两极板间存在电场,能量储存在电场中,称为电场能.2|电容器的充放电等量异种电荷中和\n导师点睛(1)电容器放电的过程实际上就是电容器极板上正、负电荷中和的过程,放电时有短暂的放电电流,当放电结束时,电路中无电流.电场能全部转换成其他形式的能量.(2)电容器所带电荷量是指每一个极板上所带电荷量的绝对值.\n1.定义:电容器所带的电荷量Q与电容器两极板间的电压U之比,叫作电容器的电容.2.公式:.3.物理意义:电容是表示电容器本领的物理量,在数值上等于使两极板间的电压为1V时电容器所带的电荷量.4.单位:在国际单位制中,电容的单位是法拉,简称法,符号F.常用单位还有微法(μF)和皮法(pF).关系:1F=106μF=1012pF.3|电容器的电容C=容纳电荷\n导师点睛(1)电容器的外壳上标的是工作电压,也称为额定电压.还有一个电压称为击穿电压,加在电容器上的电压若超过这个值,电介质会被击穿,电容器会损坏.(2)电容C=是用比值法定义的物理量,不能说C与Q成正比,与U成反比.C是由电容器本身的结构决定的,与Q、U无关.\n1.平行板电容器的构成:平行板电容器由靠得很近、相互平行、中间有绝缘物质的两片金属板组成.2.决定因素:平行板电容器的电容C与两极板的正对面积S成,与两极板间的距离d成,与电介质的相对介电常数εr成.3.平行板电容器电容的决定式:C=,其中k为静电力常量.4|决定电容的因素正比反比正比\n1.某超级电容器标有“2.7V 3000F”,将该电容器接在1.5V干电池的两端,则电路稳定后负极板上所带电荷量为-2250C.( )2.电容器是一种重要的电学元件.某电容器的电容为C,当两极板加电压U时,电容器所带的电荷量为Q,现将电压U减小,则C减小.( )3.两个靠近的导体一定能构成一个电容器.( )4.电容器的电容跟它两极板间所加电压成反比.( )5.对于确定的电容器,它所带的电荷量跟两极板间电压的比值保持不变.( )6.将平行板电容器两极板的间距加大,电容将增大.( )7.给一个原来不带电的电容器充电的过程中,电路中的电流与时间成线性关系.( )判断正误,正确的画“√”,错误的画“✕”.提示:给一个原来不带电的电容器充电的过程中,电路中的电流与时间不成线性关系,i-t图线是一条曲线.✕✕✕✕✕✕√\n1|对电容的理解情境 指纹传感器是一种传感装置,是实现指纹自动采集的关键器件.如图所示是一种常用的电容式指纹传感器,在一块半导体基板上有大量相同的小极板,外表面绝缘.当手指的指纹一面与绝缘表面接触时,由于指纹凹凸不平,凸点处与凹点处分别与半导体基板上的小极板形成一个个正对面积相同的电容器.由于凸点处和凹点处与小极板的实际距离不一样,形成的电容器电容大小也就不一样,设备根据这个原理将采集到的不同的数据汇总,就完成了指纹的采集.\n问题1.指纹的凹点处与小极板距离远,凸点处与小极板距离近,电容大小如何?提示:指纹的凹点处与小极板距离远,其与极板形成的电容器电容小,指纹的凸点处与小极板距离近,其与极板形成的电容器电容大.2.手指挤压绝缘表面,电容器两极间的距离减小,电容器带的电荷量如何变化?提示:手指挤压绝缘表面,电容器两极间的距离减小,电容器的电容增大,电容器两极间的电压保持不变,电容器带的电荷量增大.3.潮湿的手指头对指纹识别有没有影响?提示:潮湿的手与小极板之间有水填充,改变了电介质的相对介电常数的大小,所以会影响指纹识别.\n电容公式C=与C=的比较公式C=C=本质区别电容的定义式平行板电容器电容的决定式意义对某电容器,Q∝U,=C不变,反映了电容器容纳电荷本领的大小对于平行板电容器,C∝εr,C∝S,C∝,反映了影响电容大小的因素联系电容器容纳电荷的本领由来量度,由本身的结构(如平行板电容器的εr、S、d)来决定\n对Q-U图像的理解如图所示,对固定的电容器,Q-U图像是一条过原点的直线,其中Q为一个极板上所带电荷量的绝对值,U为两板间的电压,直线的斜率表示电容大小,因而电容器的电容也可以表示为C=,即电容的大小在数值上等于两极板间的电压增加(或减小)1V所增加(或减少)的电荷量.\n两类常见问题2|电容器的动态分析问题问题类型始终与电源连接充电后与电源断开不变量U不变Q不变自变量dS因变量E=,d变大,E变小;d变小,E变大E=Q,S变大,E变小;S变小,E变大Q=U,d变大,Q变小;d变小,Q变大U=Q,S变大,U变小;S变小,U变大\n板间电场强度的两个公式(1)板间电压与电场强度的关系公式:E=.(2)板间电场强度的决定式:E=或E∝,即电介质不变时板间电场强度正比于电荷的面密度.分析电容器动态变化问题的步骤(1)明确电容器与电源连接情况,从而确定是电压不变还是电荷量不变.(2)由C=,根据εr、S、d的变化确定C的变化.(3)由C=确定Q或U的变化.(4)根据E==判断E的变化.\n(多选)如图所示,平行板电容器与电源电压为E的直流电源连接【1】,下极板接地【2】,同时与静电计相连【3】.一带负电的油滴固定于电容器中的P点,现将平行板电容器的下极板竖直向下移动一小段距离【4】,则( )A.平行板电容器的电容将变大B.静电计指针张角将不变C.带电油滴所受的电场力变小,G中有a→b的电流D.带电油滴的电势能变大\n信息提取【1】平行板电容器两极板间电压恒定不变,且上极板电势高.【2】下极板的电势恒为零.【3】静电计测量两极板间电势差,静电计指针张角大小反映了两极板间电势差的大小.【4】下极板竖直向下移动一小段距离,两极板间距离增大.\n思路分析本题应从以下四个过程考虑:第一个过程:下极板竖直向下移动一小段距离,根据平行板电容器电容的决定式【5】可判断电容大小的变化情况.第二个过程:电容器始终与电源相连,则电容器两板间的电势差不变,进而判断静电计的张角变化情况.第三个过程:根据匀强电场中电场强度与电势差的关系【6】判断电场强度的变化及P点电势的变化,根据电势能公式【7】判断电荷电势能变化.第四个过程:根据电容的定义式【8】判断平行板电容器所带电荷量的变化情况,进而判断G中电流方向.\n解析根据C=(由【5】得到)可知,下极板竖直向下移动时,d增大,则电容减小,选项A错误.因为电容器始终与电源相连,则两板间电势差不变,所以静电计指针张角不变(由【3】得到),选项B正确.由于两板间电势差不变,下极板竖直向下移动时,d增大,根据E=(由【6】得到)可知电场强度E减小,则带电油滴所受的电场力变小;由于下极板竖直向下移动时,电容减小,电势差不变,根据C=(由【8】得到)可知,电容器所带电荷量减小,需要放电,则G中有a→b的电流,选项C正确;由以上分析知,d增大,电场强度E减小,P点与上极板间的电势差减小,而P点的电势比上极板电势低,上极板的电势不变,则P点的电势增大,因为油滴带负电荷,则油滴的电势能Ep=φq(由【7】得到)减小,选项D错误.答案BC
