1.7了解电容器-1.8静电与新技术 学案(2020年粤教版高中物理选修3-1)
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1、第七节第七节 了解电容器了解电容器 第八节第八节 静电与新技术静电与新技术 学科素养与目标要求 物理观念:1.知道什么是电容器及平行板电容器的主要构造.2.理解电容的概念及其定义式.3. 了解电容器充电和放电现象及能量转换.4.了解静电的危害及防止 科学探究:1.会正确连接电路,认真观察电容器的充放电过程.2.通过探究得出平行板电容器 电容的影响因素 科学思维:1.通过类比建立电容的概念;通过电容的定义进一步体会比值定义法.2.结合具体 问题构建电容器动态分析模型 一、电容器和电容的基本知识 1电容器 电容器是储存电荷的装置,它由两个互相靠近、彼此绝缘的导体组成 2电容器的充放电 (1)充电:
2、把电容器的两极板分别与电池组的两极相连,两个极板分别带上等量异种电荷的过 程,充电过程中,从电源获得的能量储存在电容器中 (2)放电: 用导线把充电后的电容器的两极板接通, 两极板上的电荷中和的过程, 放电过程中, 电场能转化为其他形式的能量 3电容 (1)定义:电容器所带的电荷量 Q 与电容器两极板间的电势差 U 的比值 (2)公式 CQ U,其中 Q 指一个极板上所带电荷量的绝对值 (3)单位:法拉,简称法,符号是 F,1 F1 C/V,1 F106F1012 pF. 二、决定电容的因素 1探究平行板电容器电容的决定因素 (1)静电计:测量电容器两极板间电势差的仪器 (2)探究方法:控制变
3、量法 保持 Q 和 d 不变,改变极板正对面积; 保持 Q 和 S 不变,改变极板距离; 保持 Q、S、d 都不变,极板间插入电介质 (3)探究结论 平行板电容器的电容 C 跟介电常数 r成正比,跟极板正对面积 S 成正比,跟极板间的距离 d 成反比 2平行板电容器电容的表达式: C rS 4kd,r 为电介质的相对介电常数,真空时 r1,其他介质 r1. 3电容器的两个性能指标: (1)一个是它的电容量; (2)另一个是它的耐压能力,耐压值表示电容器正常使用时两个电极间所能承受的最大电压 三、静电与新技术 1静电在技术上的应用: (1)静电在技术上有许多应用,比如激光打印、喷墨打印、静电除尘
4、、静电喷涂、静电植绒、 静电复印等 (2)静电除尘 结构:将高压电源的正极接在金属圆筒上,负极接到悬挂在管心的金属线上 原理:正、负极间有很强的电场,使气体分子电离为电子和正离子电子附在空气中的尘 埃上,向着圆筒运动而积累到金属圆筒上,尘埃积累到一定程度,在重力的作用下落入下面 的漏斗中 2防止静电危害 (1)静电产生危害的必要条件是积累足够多的静电荷 (2)防止静电危害的基本原则是:控制静电的产生和把产生的静电迅速引走以避免静电的积 累常用方法有静电接地、增加湿度、非导电材料的抗静电处理等 (3)举例:油罐车尾装有一条拖在地上的铁链; 有些工厂的车间里保持一定的湿度; 在橡胶中添加导电材料制
5、成抗静电橡胶 判断下列说法的正误 (1)电容器的电容跟它的带电荷量成正比() (2)对于确定的电容器,它所充的电荷量跟它两极板间电压的比值保持不变() (3)将平行板电容器两极板的间距加大,电容将增大() (4)将平行板电容器两极板平行错开,使正对面积减小,电容将减小() (5)在平行板电容器极板间插入电介质,电容将增大() (6)飞机的轮胎用导电橡胶制成,方便在着陆时把静电引入大地() 一、电容器 电容 (1)把电容器的两个极板分别与电源两极相连,对电容器进行充电,该过程中能量是如何转化 的?当把电容器两极相接,使电容器放电,该过程中能量是如何转化的? (2)当电容器的带电荷量增加时, 电容
6、器两极板间的电势差如何变化?带电荷量 Q 和板间电势 差 U 的比值是否发生变化? 答案 (1)充电过程中电源内的化学能转化为电容器内的电场能;放电过程中电容器的电场能 转化为电路的内能 (2)增大 不变 1电容器的充电过程,电源提供的能量转化为电容器的电场能;电容器的放电过程,电容器 的电场能转化为其他形式的能 2电容器的充、放电过程中,电路中有充电、放电电流,电路稳定时,电路中没有电流 3CQ U是电容的定义式,由此也可得出:C Q U. 4电容器的电容决定于电容器本身,与电容器的电荷量 Q 以及电势差 U 均无关 例 1 (2018 哈尔滨三中高二月考)下列关于电容器的说法中正确的是(
7、) A电容器所带的电荷量为两个极板所带电荷量的绝对值之和 B电容器的电容与电容器所带电荷量成正比 C一个电容器的电荷量增加 Q1.010 6 C 时,两极板间的电势差升高 U10 V,则电 容器的电容 C1.010 7 F D放电后的电容器所带电荷量为零,电容也为零 答案 C 解析 电容器所带的电荷量是指一个极板所带电荷量的绝对值,A 错误;电容器的电容是反 映其容纳电荷本领大小的物理量,完全由电容器本身的属性决定,与电容器是否带电及带电 荷量多少无关,B、D 错误;由 CQ U Q U,可得电容器的电容 C1.010 7 F,C 正确 例 2 有一充电的电容器,两板间的电压为 3 V,所带电
8、荷量为 4.510 4 C,此电容器的电 容是多少?将电容器的电压降为 2 V,电容器的电容是多少?所带电荷量是多少? 答案 1.510 4 F 1.5104 F 3104 C 解析 CQ U 4.510 4 3 F1.510 4 F 电容器电压降为2 V 时, 电容不变, 仍为1.5104 F 此 时所带电荷量为QCU1.510 42 C3104 C. 二、平行板电容器 平行板电容器由两块平行放置的金属板组成利用平行板电容器进行如下实验: (1)如图甲所示, 保持 Q 和 d 不变, 减小两极板的正对面积 S, 观察电势差 U(静电计指针偏角) 的变化,依据 CQ U,分析电容 C 的变化
9、(2)如图乙所示,保持 Q 和 S 不变,增大两极板间的距离 d,观察电势差 U(静电计指针偏角) 的变化,依据 CQ U,分析电容 C 的变化 (3)如图丙所示,保持 Q、S、d 不变,插入电介质,观察电势差 U(静电计指针偏角)的变化, 依据 CQ U,分析电容 C 的变化 答案 (1)实验结论:S 减小,电势差 U 增大,电容 C 减小 (2)实验结论:d 增大,电势差 U 增大,电容 C 减小 (3)实验结论:插入电介质,电势差 U 减小,电容 C 增大 1CQ U与 C rS 4kd的比较 (1)CQ U是电容的定义式,对某一电容器来说,QU 但 C Q U不变,反映电容器容纳电荷本
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