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

10、 领的大小； (2)C rS 4kd是平行板电容器电容的决定式， Cr， CS， C 1 d， 反映了影响电容大小的因素 2平行板电容器动态问题的分析方法 抓住不变量，分析变化量，紧抓三个公式： CQ U、E U d和 C rS 4kd 3平行板电容器的两类典型问题 (1)开关 S 保持闭合，两极板间的电势差 U 恒定， QCUrSU 4kd rS d ，EU d 1 d. (2)充电后断开 S，电荷量 Q 恒定， UQ C 4kdQ rS d rS，E U d 4kQ rS 1 rS. 例 3 (2018 彭州中学高二月考)如图 1 所示， 两块相互靠近彼此绝缘的平行金属板组成平行 板电容器

11、，极板 N 与静电计金属球相连，极板 M 和静电计的外壳均接地，用静电计测量平行 板电容器两极板间的电势差 U.在两极板相距为 d 时，给电容器充电，静电计指针张开一定角 度在整个实验过程中，保持电容器所带的电荷量 Q 不变，下面的操作中将使静电计指针张 角变大的是( ) 图 1 A仅将 M 板向下平移 B仅将 M 板向右平移 C仅在 M、N 之间插入云母板(相对介电常数大于 1) D仅在 M、N 之间插入金属板，且不和 M、N 接触 答案 A 解析 仅将 M 板向下平移，两极板正对面积减小，由 C rS 4kd可知电容减小，而电容器所带 电荷量不变，由 CQ U可得，板间电压增大，静电计指针

12、张角变大，A 正确；仅将 M 板向右 平移，板间距离减小，电容增大，而电容器所带电荷量不变，板间电压减小，静电计指针张 角变小，B 错误；仅在 M、N 之间插入云母板，相对介电常数增大，电容增大，而电容器所 带电荷量不变，板间电压减小，静电计指针张角变小，C 错误；仅在 M、N 之间插入金属板， 相当于板间距离减小，电容增大，而电容器所带电荷量不变，板间电压减小，静电计指针张 角变小，D 错误 静电计的使用 静电计是在验电器的基础上改造而成的，静电计由相互绝缘的两部分组成，静电计与电容器 的两极板分别连接在一起，则电容器两极板间的电势差就等于静电计上所指示的电势差 U， U 的大小可从静电计的

13、刻度读出，可见，静电计指针偏角的变化表征了电容器两极板间电势 差的变化 例 4 (多选)(2018 郴州市高二上期末)如图 2 所示，两块水平放置的平行正对的金属板 a、b 与电源 E 相连， 在与两板等距离的 M 点有一个带电液滴恰处于静止状态 若将 b 板向上平移 一小段距离，但仍在 M 点下方，下列说法中正确的是( ) 图 2 A液滴仍将处于静止状态 BM 点电势升高 C带电液滴在 M 点的电势能增大 D在 b 板移动前后两种情况下，若将液滴从 a 板移到 b 板，电场力做功相同 答案 CD 解析 电容器与电源保持相连，电容器板间的电压不变，将 b 板向上平移一小段距离，根据 EU d分

14、析得知板间电场强度增大，液滴所受的电场力增大，液滴将加速向上运动，故 A 错 误；由 UEdaM知，M 与 a 间的电势差增大，a 点的电势为零，M 点的电势小于零，则知 M 点的电势降低，故 B 错误；由于液滴带负电，则带电液滴在 M 点的电势能增大，故 C 正确； 在 b 板移动前后两种情况下，若将液滴从 a 板移到 b 板，两板间的电势差不变，根据电场力 做功公式 WqU 知，电场力做功相同，故 D 正确 学科素养 例 4 考查了平行板电容器相关的电势、 场强动态分析以及带电体的受力问题 解 题时要抓住以下要点或公式：电容器两极板间电压一定；F电qE；EU d；M 点的 电势 MEdaM

15、等通过综合应用提高了学生的思维能力，很好地体现了“科学思维”的 学科素养 三、静电的应用与防止 1 应用静电现象的基本原理一般是让带电的物质微粒在电场力作用下奔向并吸附到异性电极 或带电体上 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 例 5 (多选)如图 3 为静电除尘器除尘机原理的示意图尘埃在电场中通过某种机制带电， 在电场力的作用下向集尘极迁移并沉积，以达到除尘的目的下列表述正确的是( ) 图 3 A到达集尘极的尘埃带正电荷 B电场方向由集尘极指向放电极 C带电尘埃所受电场力的方向与电场方向相同 D同一位置带电荷量越多的尘埃所受电场力越大 答案

16、BD 解析 集尘极与电源的正极相连带正电， 放电极带负电， 尘埃在电场力作用下向集尘极迁移， 说明尘埃带负电荷， A 项错误； 电场方向由集尘极指向放电极， B 项正确； 带电尘埃带负电， 因此所受电场力方向与电场方向相反，C 项错误；同一位置电场强度一定，由 FqE 可知， 尘埃电荷量越多，所受电场力越大，D 项正确 1(电容器 电容)对电容 CQ U，以下说法正确的是( ) A电容器充电电荷量越多，电容增加越大 B电容器的电容跟它两极板间所加电压成反比 C电容器的电容越大，所带电荷量就越多 D对于确定的电容器，它所带的电荷量跟它两极板间所加电压的比值保持不变 答案 D 2(电容的计算)一个

17、已充电的电容器，若使它的电荷量减少 310 4 C，则其电压减小为原 来的1 3，则( ) A电容器原来的带电荷量为 910 4 C B电容器原来的带电荷量为 4.510 4 C C电容器原来的电压为 1 V D电容器的电容变为原来的1 3 答案 B 解析 由题意知 CQ U Q310 4 C 1 3U ，解得 Q4.510 4 C，故 B 正确，A 错误因电容 器的电容未知，所以无法求出电容器原来的电压，C 错误电容是由电容器本身决定，跟电 压和电荷量的变化无关，所以电容器的电容不变，D 错误 3(电容器的动态分析)如图 4 所示，一带电油滴悬浮在平行板电容器两极板 A、B 之间的 P 点，

18、处于静止状态现将极板 A 向下平移一小段距离，但仍在 P 点上方，其他条件不变下 列说法中正确的是( ) 图 4 A液滴将向下运动 B液滴将向上运动 C电容器电容减小 D极板带电荷量将减小 答案 B 解析 将极板 A 向下平移一小段距离，电容器与电源相连，极板间的电压保持不变，根据 E U d分析得知，板间场强增大，油滴所受电场力增大，油滴将向上运动，故 A 错误，B 正确将极板 A 向下平移一小段距离时，根据 C rS 4kd得知电容 C 增大，而电容器 的电压 U 不变，由 QCU 知，极板带电荷量将增大，故 C、D 错误 4(电容器的动态分析)(多选)如图 5 所示，一平行板电容器充电后

19、与电源断开，正极板与静 电计连接，负极板接地，两板间有一个正试探电荷固定在 P 点，正极板保持不动，将负极板 缓慢向右平移一小段距离，下列说法正确的是( ) 图 5 A静电计指针张角变小 B静电计指针张角不变 C正电荷在 P 点的电势能减小 D正电荷在 P 点的电势能不变 答案 AC 解析 将负极板缓慢向右平移一小段距离， 两板间的距离减小， 根据电容的决定式 C rS 4kd可 知，电容 C 增大，而电容器的电荷量 Q 不变，则由 CQ U得，板间电压 U 减小，因此静电计 的指针张角变小，故 A 正确，B 错误；根据板间场强 EU d Q Cd 4kQ rS ，可见 E 不变，P 点 到负极板距离减小，由公式 UEd 得，P 点的电势降低，正电荷在 P 点的电势能变小，故 C 正确，D 错误