【物理课件】电容器的电容 2023-2024学年高二上学期物理人教版(2019)必修第三册.pptx

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1、人教版物理必修三人教版物理必修三第十章第十章 静电场中的能量静电场中的能量第四节第四节 电容器的容器(电容器的容器(3 3)电容器的充、放电问题电容器的充、放电问题充电:充电:电源使电容器的两极板带上等量异种电荷的过程电源使电容器的两极板带上等量异种电荷的过程.如图如图甲甲放电:放电:用导线将充好电的电容器的两极板相连,使两极板的用导线将充好电的电容器的两极板相连,使两极板的异种电荷中和的过程,如图乙异种电荷中和的过程,如图乙电容器充放电时的能量电容器充放电时的能量转化:转化:充电后,电容器充电后,电容器储存了电能放电时,储存了电能放电时,储存的电能释放出来,储存的电能释放出来,转化为其他形式

2、的能转化为其他形式的能将电容器的两极板分别与电源的正、负极相连,两个极板将电容器的两极板分别与电源的正、负极相连,两个极板就分别带上了等量的异种电荷就分别带上了等量的异种电荷同学们往往会有两种错误认识:有些同学认为电容器的带同学们往往会有两种错误认识:有些同学认为电容器的带电量是两个极板所带电量的代数和,有些同学认为是两个电量是两个极板所带电量的代数和,有些同学认为是两个极板所带电量的绝对值的代数和极板所带电量的绝对值的代数和辨析:辨析:所谓电容器所带的电量是指每一个极板所带电荷量所谓电容器所带的电量是指每一个极板所带电荷量的绝对值,不能理解为电容器所带电荷的总量的绝对值,不能理解为电容器所带

3、电荷的总量易混易错点辨析易混易错点辨析10.(10.(多选多选)如图所示,平行板电容器与电动势为如图所示,平行板电容器与电动势为E E的直流电源的直流电源(内阻不计内阻不计)和灵敏电流计连接,电容器下极板接地一带电和灵敏电流计连接,电容器下极板接地一带电油滴位于电容器中的油滴位于电容器中的P P点且恰好处于平衡状态现将平行板电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下移动一小段距离,则容器的上极板竖直向下移动一小段距离,则()A A带电油滴将沿竖直方向向上运动带电油滴将沿竖直方向向上运动B BP P点的电势将降低点的电势将降低C C带电油滴在带电油滴在P P点的电势能将减小点的电势能

4、将减小D D此过程中灵敏电流计中的电流方向是此过程中灵敏电流计中的电流方向是ACDACD解析解析:将平行板电容器的上极板竖直向下移动一小段距离,间将平行板电容器的上极板竖直向下移动一小段距离,间距距d d变小,根据变小,根据E EU/U/d d可知,板间场强变大,带电油滴沿竖直可知,板间场强变大,带电油滴沿竖直方向向上运动,方向向上运动,A A选项正确;场强选项正确;场强E E变大,变大,P P点与下极板间的距点与下极板间的距离不变,根据公式离不变,根据公式U UEdEd可知,可知,P P点与下极板间电势差将增大,点与下极板间电势差将增大,P P点的电势将升高,点的电势将升高,B B选项错误;

5、带电油滴原来处于平衡状态,选项错误;带电油滴原来处于平衡状态,则油滴带负电,则油滴带负电,P P点的电势升高,油滴的电势能将减小,点的电势升高,油滴的电势能将减小,C C选选项正确;根据项正确;根据Q QCUCU,由于电势差不变,电容器的电容增大,由于电势差不变,电容器的电容增大,故带电量增大,充电电流由故带电量增大,充电电流由b b到到a a,D D选项正确选项正确方法总结方法总结分析此类问题的一般方法为:分析此类问题的一般方法为:(1)(1)由由C Cr rS/S/4kd4kd确确定电容定电容C C的变化情况的变化情况(2)(2)由由Q QCUCU判断电容器的电荷量是判断电容器的电荷量是增

6、加还是减少,若电荷量增加为充电过程,若电荷量减少增加还是减少,若电荷量增加为充电过程,若电荷量减少为放电过程为放电过程(3)(3)由充电、放电过程确定电流方向,充电由充电、放电过程确定电流方向,充电电流方向由负极板指向正极板,放电电流方向由正极板指电流方向由负极板指向正极板,放电电流方向由正极板指向负极板向负极板11.11.如图所示,电源电压恒定,则接通开关如图所示,电源电压恒定,则接通开关S S的瞬间,通过的瞬间,通过电阻电阻R R的电流方向是从的电流方向是从_到到_;平行板电容器;平行板电容器充电稳定后,在将两板间距离增大的过程中,通过充电稳定后,在将两板间距离增大的过程中,通过R R的电

7、流的电流方向是从方向是从_到到_;如果电容器充电平衡后,;如果电容器充电平衡后,先断开开关先断开开关S S,再将两板间距离增大,在此过程中,再将两板间距离增大,在此过程中,R R上上_(_(选填选填“有有”或或“无无”)电流通过电流通过A AB BA AB B无无解析:解析:电容器在充电、放电过程中,电路中将有电流,电流电容器在充电、放电过程中,电路中将有电流,电流方向即为正电荷的定向移动方向在接通开关方向即为正电荷的定向移动方向在接通开关S S瞬间,电容瞬间,电容器被充电,上极板带正电荷,下极板带负电荷,故电流方向器被充电,上极板带正电荷,下极板带负电荷,故电流方向由由A A到到B B;稳定

8、后,将两板距离增大,根据;稳定后,将两板距离增大,根据CCr rS/S/d d可知,可知,电容减小,电容器带电荷量电容减小,电容器带电荷量Q QCUCU,因为,因为U U不变,所以电荷量不变,所以电荷量Q Q减小,即电流方向由减小,即电流方向由B B到到A A;将开关;将开关S S断开后,因为电容器带断开后,因为电容器带电荷量不变,所以无论如何调节板间距离,均无电流通过电荷量不变,所以无论如何调节板间距离,均无电流通过电容器中带电粒子的电容器中带电粒子的力学力学、能量转化、能量转化问题问题带电粒子在平行板电容器中的问题是静电场与力学知识的带电粒子在平行板电容器中的问题是静电场与力学知识的综合,

9、分析方法与力学的分析方法基本相同:先进行受力综合,分析方法与力学的分析方法基本相同:先进行受力分析,再分析和判断粒子的运动性质是匀速、匀变速、直分析,再分析和判断粒子的运动性质是匀速、匀变速、直线或曲线,再根据公式求解平行板电容器极板间产生匀线或曲线,再根据公式求解平行板电容器极板间产生匀强电场,根据电势差和电场强度关系式强电场,根据电势差和电场强度关系式E EU/dU/d,判断电场,判断电场强度的变化情况,进一步得出板间带电粒子的受力情况,强度的变化情况,进一步得出板间带电粒子的受力情况,判断粒子的运动情况判断粒子的运动情况12.12.(多选多选)如图,如图,A A、B B是平行金属板,两板

10、间距为是平行金属板,两板间距为d d,分别与,分别与电源两极相连,现闭合开关,两板的中央有孔电源两极相连,现闭合开关,两板的中央有孔M M和和N N,现有一,现有一带电质点,自带电质点,自A A板上方相距为板上方相距为d d的的P P点由静止自由下落,不计空点由静止自由下落,不计空气阻力,质点到达气阻力,质点到达N N孔时速度恰好为零,然后沿原路返回,若孔时速度恰好为零,然后沿原路返回,若保持两极板间电压不变,则下列说法正确的是保持两极板间电压不变,则下列说法正确的是()A A把把A A板向上平移一小段距离,质点自板向上平移一小段距离,质点自P P点点自由下落后仍能返回自由下落后仍能返回B B

11、把把A A板向下平移一小段距离,质点自板向下平移一小段距离,质点自P P点点自由下落后将穿过自由下落后将穿过N N孔下落孔下落C C把把B B板向下平移一小段距离,质点自板向下平移一小段距离,质点自P P点点自由下落后将穿过自由下落后将穿过N N孔下落孔下落D D把把B B板向上平移一小段距离,质点自板向上平移一小段距离,质点自P P点点自由下落后仍能返回自由下落后仍能返回ACDACD解析解析:平行金属板与电源两极相连,所以两极板间电势差保持平行金属板与电源两极相连,所以两极板间电势差保持不变,带电质点由不变,带电质点由P P点运动到点运动到N N点的过程中,重力所做正功与点的过程中,重力所做

12、正功与电场力所做负功大小相等,即电场力所做负功大小相等,即2mgd2mgdqUqU,质点在电场内运动,质点在电场内运动时电场力大于重力,合外力向上时电场力大于重力,合外力向上假设仍把带电质点从假设仍把带电质点从P P移到移到N N:(1)(1)如果把如果把A A板上移,电势差板上移,电势差U U与与高度高度2d2d都不变,对重力做功与电场力做功没有影响,所以仍都不变,对重力做功与电场力做功没有影响,所以仍可以返回,故可以返回,故A A项对项对(2)(2)如果如果A A板向下移动一段距离,电势差板向下移动一段距离,电势差U U和高度和高度2d2d不变,则对重力做功与电场力做功也没有影响,所不变,

13、则对重力做功与电场力做功也没有影响,所以质点仍到以质点仍到N N点后返回,故点后返回,故B B项错项错(3)(3)如果把如果把B B板向下移动一板向下移动一段距离,电场力做功不变,但重力做功增加,则质点到段距离,电场力做功不变,但重力做功增加,则质点到N N点时点时速度不为零,将穿过速度不为零,将穿过N N点故点故C C项对项对(4)(4)如果把如果把B B板向上平移一板向上平移一段距离,电场力做功不变,但重力做功减少,所以粒子不能段距离,电场力做功不变,但重力做功减少,所以粒子不能到达到达N N点点13.13.(多选多选)如图所示,一平行板电容器充电后与电源断开,这如图所示,一平行板电容器充

14、电后与电源断开,这时电容器的带电量为时电容器的带电量为Q Q,P P是电容器一个位置固定的点,电容器是电容器一个位置固定的点,电容器的上极板与大地相连,下列说法正确的是的上极板与大地相连,下列说法正确的是()A A若将电容器的上极板左移一点,则两板间场强增大,若将电容器的上极板左移一点,则两板间场强增大,P P点电点电势降低势降低B B若将电容器的下极板上移一点,则两极板间场强增大,若将电容器的下极板上移一点,则两极板间场强增大,P P点点电势升高电势升高C C若将电容器的下极板上移一点,则两若将电容器的下极板上移一点,则两板间电势差减小,板间电势差减小,P P点电势不变点电势不变D D若将电

15、容器的上极板上移一点,则两若将电容器的上极板上移一点,则两板间电势差增大,板间电势差增大,P P点电势降低点电势降低ACDACD解析解析:充电后与电源断开,电量保持不变上板左移,正对充电后与电源断开,电量保持不变上板左移,正对面积减小,由面积减小,由C Cr rS/S/4kd4kd可知可知C C减小,由减小,由C CQ/Q/U U知知U U增大,增大,由由E EU/U/d d知知E E增大由增大由U UAPAPEdEdAPAP可知可知U UAPAP增大增大U UAPAPA AP P,P PA AU UAPAPU UAPAP可知可知P P电势降低故电势降低故A A项正确;下板上项正确;下板上移,

16、由移,由E EU/U/d d4kdQ/4kdQ/(r rS/dS/d)4kQ/4kQ/r rS S可知,可知,E E不变,不变,板间距减小,板间电势差减小,由板间距减小,板间电势差减小,由P PA AU UAPAPU UAPAP可知可知P P点电势不变,故点电势不变,故B B项错,项错,C C项对同理推出上极板上移一点,项对同理推出上极板上移一点,则两板间电势差增大,同时则两板间电势差增大,同时P PA AU UAPAPU UAPAP可知可知P P电势降低,电势降低,D D项对项对14.14.如图所示,在水平放置的已经充电的平行板电容器之间,如图所示,在水平放置的已经充电的平行板电容器之间,有

17、一带负电的油滴处于静止状态若某时刻油滴的电荷量开有一带负电的油滴处于静止状态若某时刻油滴的电荷量开始减小,为维持该油滴原来的静止状态,可以始减小,为维持该油滴原来的静止状态,可以()A A给平行板电容器充电,补充电荷量给平行板电容器充电,补充电荷量B B让平行板电容器放电,减少电荷量让平行板电容器放电,减少电荷量C C使两极板相互靠近些使两极板相互靠近些D D使两极板相互远离些使两极板相互远离些解析:解析:油滴的电荷量逐渐减小,为维持该油滴的静止状态,需要增大油滴的电荷量逐渐减小,为维持该油滴的静止状态,需要增大电场强度,给平行板电容器充电,电荷量增大,电容不变,电势差增电场强度,给平行板电容

18、器充电,电荷量增大,电容不变,电势差增大,电场强度增大,大,电场强度增大,A A选项正确;让电容器放电,电荷量减小,电容不选项正确;让电容器放电,电荷量减小,电容不变,电势差减小,电场强度也减小,电荷不能平衡,变,电势差减小,电场强度也减小,电荷不能平衡,B B选项错误;电场选项错误;电场强度强度E EU/U/d d4kQ/4kQ/r rS S,与电容器两极板间的距离无关,电容器两极,与电容器两极板间的距离无关,电容器两极板靠近和远离时,电场强度不变,电荷不能平衡,板靠近和远离时,电场强度不变,电荷不能平衡,C C、D D选项错误选项错误A A15.15.如图所示,水平放置的平行板电容器,闭合

19、电键与稳压直如图所示,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,当上板在流电源连接,下板固定,当上板在ABAB位置时,一个带电油滴位置时,一个带电油滴刚好静止在电容器的中点,现在断开电键,使上板在刚好静止在电容器的中点,现在断开电键,使上板在ABAB位置位置与与ABAB位置之间上下往复移动,以下关于带电油滴的运动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描述正确的是()A A油滴在电容器两极板间上下往复运动油滴在电容器两极板间上下往复运动B B油滴始终向下极板运动最后到达下极板油滴始终向下极板运动最后到达下极板C C油滴始终处于静止状态油滴始终处于静止状态D

20、D上板向上移动时,油滴做加速运动;上板向上移动时,油滴做加速运动;上板向下移动时,油滴做减速运动上板向下移动时,油滴做减速运动C C解析:解析:断开开关后,电容器带电量不变,根据电容的决定式断开开关后,电容器带电量不变,根据电容的决定式C Cr rS/S/4kd4kd结合电容的定义式结合电容的定义式C CQ/Q/U U可知,板间电场强可知,板间电场强度度E EU/U/d d4kQ/4kQ/r rS S,E E与与d d无关,极板正对面积无关,极板正对面积S S不变,不变,r r不变,板间场强不变,板间场强E E不变,油滴所受的电场力不变,始终处不变,油滴所受的电场力不变,始终处于静止状态于静止

21、状态C C选项正确选项正确电容应用与传感器电容应用与传感器16.16.收音机的调台过程就是通过改变可变电容器的容量来实收音机的调台过程就是通过改变可变电容器的容量来实现的,常见可变电容器分为空气介质与有机薄膜介质两种现的,常见可变电容器分为空气介质与有机薄膜介质两种关于可变电容器的说法正确的是关于可变电容器的说法正确的是()A)A增大极板正对增大极板正对面积可以增大电容量面积可以增大电容量B B有机薄膜的介电常数比空气大,所有机薄膜的介电常数比空气大,所以可以增大电容量以可以增大电容量C C收音机关闭后电容器就没有电容了收音机关闭后电容器就没有电容了D D把电容器的极板材质由铜换成金,会增大电

22、容量把电容器的极板材质由铜换成金,会增大电容量解析:解析:由由C Cr rS/S/4kd4kd知知A A项对;空气的介电常数是最小的值项对;空气的介电常数是最小的值为为1 1,其它介质都比,其它介质都比1 1要大,所以要大,所以B B项对;电容是电容器的性质,项对;电容是电容器的性质,与是否使用无关,故与是否使用无关,故C C项错;电容量与极板的材质没有关系,项错;电容量与极板的材质没有关系,所以所以D D项错项错ABAB17.17.传感器是一种采集信息的重要器件,如图是一种测定压传感器是一种采集信息的重要器件,如图是一种测定压力的电容式传感器当待测压力力的电容式传感器当待测压力F F作用于可

23、动膜片电极上时,作用于可动膜片电极上时,可使膜片产生形变,引起电容的变化,将电容器、灵敏电流可使膜片产生形变,引起电容的变化,将电容器、灵敏电流计和电源串联成闭合电路那么计和电源串联成闭合电路那么()A A当当F F向上压膜片电极时,电容将减小向上压膜片电极时,电容将减小B B当当F F向上压膜片电极时,电容将增大向上压膜片电极时,电容将增大C C若电流计有示数,则压力若电流计有示数,则压力F F发生变化发生变化D D若电流计有示数,则压力若电流计有示数,则压力F F不发生变化不发生变化 解析解析:膜片向上相当于间距变小,电容增大故膜片向上相当于间距变小,电容增大故A A项错,项错,B B项对

24、项对电流计有示数,表示正在充电或放电,说明电容量正在发电流计有示数,表示正在充电或放电,说明电容量正在发生变化故生变化故C C项对,项对,D D项错项错BCBC18.18.某电解电容器上标有某电解电容器上标有“25 V,470 F”“25 V,470 F”字样,对此下列字样,对此下列说法正确的是说法正确的是()A)A此电容器只能在直流此电容器只能在直流25 V25 V以内的电以内的电压下才能正常工作压下才能正常工作B B此电容器必须在直流此电容器必须在直流25 V25 V的电压时才的电压时才能正常工作能正常工作C C当工作电压为直流当工作电压为直流25 V25 V时,电容才是时,电容才是470

25、 470 FDFD该电容器使用时不必考虑引线的极性该电容器使用时不必考虑引线的极性解析解析:电容器上标明的电压是其额定电压,表明在该电压以下电容器上标明的电压是其额定电压,表明在该电压以下该电容器可以长期工作,而超过了这个值时,电容器可能无法该电容器可以长期工作,而超过了这个值时,电容器可能无法正常工作,故选项正常工作,故选项A A正确,选项正确,选项B B不正确;电容器的电容与其带不正确;电容器的电容与其带电量电量Q Q及其电压及其电压U U均无关系,只与其本身的结构有关,可见均无关系,只与其本身的结构有关,可见C C选选项是不正确的;对于一般的电容器,并无正负极之分,而电解项是不正确的;对于一般的电容器,并无正负极之分,而电解电容器是由氧化膜作介质的,由于该膜很薄,故电容较大,但电容器是由氧化膜作介质的,由于该膜很薄,故电容较大,但同时也存在了正负极之别,故同时也存在了正负极之别,故D D项不正确项不正确A A

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