第4節(jié)電容器的電容核心素養(yǎng)導(dǎo)學(xué)物理觀念(1)觀察常見(jiàn)電容器的構(gòu)造，建構(gòu)電容器模型，了解電容器的類型、特性及作用。(2)知道電容的概念，知道電容的單位。(3)了解影響平行板電容器電容大小的因素?？茖W(xué)思維經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)探究電容器兩極板間電勢(shì)差與所帶電荷量關(guān)系和用物理量之比定義電容的過(guò)程?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任通過(guò)實(shí)驗(yàn)，觀察電容器在充、放電過(guò)程中電流與電壓的變化，分析電荷量變化及能量轉(zhuǎn)化情況。一、電容器1．基本構(gòu)造：任何兩個(gè)彼此_____又相距很近的導(dǎo)體，都可以看成一個(gè)電容器。2．充電、放電：使電容器兩個(gè)極板分別帶上______________，這個(gè)過(guò)程叫充電。使電容器兩極板上的電荷_____，電容器不再帶電，這個(gè)過(guò)程叫放電。3．從能量的角度區(qū)分充電與放電：充電是從電源獲得能量?jī)?chǔ)存在電容器中，放電是把電容器中的_____轉(zhuǎn)化為其他形式的能量。4．電容器的電荷量：其中_____極板所帶電荷量的絕對(duì)值。絕緣等量異種電荷中和能量一個(gè)比法拉法4．擊穿電壓和額定電壓(1)擊穿電壓：電容器電介質(zhì)不被擊穿的_____電壓。(2)額定電壓：電容器外殼上標(biāo)的_____電壓。5．常用電容器(1)固定電容器：聚苯乙烯電容器和電解電容器。(2)可變電容器：通過(guò)改變兩組鋁片的正對(duì)面積來(lái)改變電容的電容器。極限工作1.如圖所示，開關(guān)S先與“1”端接觸，一段時(shí)間后再與“2”端接觸，請(qǐng)對(duì)以下結(jié)論作出判斷：(1)開關(guān)S與“1”端接觸后，給電容器充電。(√)(2)開關(guān)S與“2”端接觸后，電容器通過(guò)燈泡放電，電容器板間電壓逐漸減小。

()(3)電容器放電過(guò)程中，流過(guò)燈泡的電流逐漸減小，燈泡逐漸變暗，最后熄滅。

()(4)燈泡發(fā)光的過(guò)程中，流過(guò)燈泡的電流方向是向上的。

()√√×2．將電容器與柱形水容器進(jìn)行類比，則電荷量Q、電勢(shì)差U、電容C分別類比于水容器的哪個(gè)量？提示：類比于水容器的容積、高度差和底面積。新知學(xué)習(xí)(一)|電容器的充電和放電[重點(diǎn)釋解]1．電容器的充電(1)電容器充電過(guò)程如圖甲所示，將開關(guān)與電源接通，電容器的兩極板帶上等量的異號(hào)電荷，這一過(guò)程叫作充電。充電過(guò)程是將電能儲(chǔ)存在電容器中的過(guò)程。(2)充電過(guò)程特點(diǎn)(如圖乙)①充電電流方向?yàn)閺碾娫吹恼龢O流出的電流的方向。②電容器所帶電荷量增加。③電容器兩極板間電壓升高。④電容器中電場(chǎng)強(qiáng)度增大。⑤充電過(guò)程中電容器從電源獲取的能量為電能。2．電容器的放電(1)電容器放電過(guò)程如圖丙所示，將開關(guān)與電源斷開，打到另一端，使充電后的電容器失去電荷的過(guò)程叫作放電。放電過(guò)程是將儲(chǔ)存的電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為其他形式能量的過(guò)程。(2)放電過(guò)程特點(diǎn)(如圖丁)①放電電流方向是從正極板流出的電流的方向。②電容器兩極板上電荷量減少。③電容器兩極板間電壓降低。④電容器中電場(chǎng)強(qiáng)度減小。⑤電容器的電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化成其他形式的能量。(1)根據(jù)以上數(shù)據(jù)估算，電容器在整個(gè)放電過(guò)程中釋放的電荷量為________C；(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)(2)如果將電阻R換成阻值更大的電阻，則整個(gè)放電過(guò)程釋放的電荷量將________；(填“增加”“減少”或“不變”)(3)該同學(xué)用相同實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)得另一電容器放電過(guò)程中釋放的電荷量Q＝6.6×10－3C，該電容器的電容為________F。(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)[解析]

(1)因電荷量Q＝It，根據(jù)I-t圖像的含義，可知圖像與時(shí)間軸所圍的面積表示整個(gè)放電過(guò)程中釋放的電荷量，根據(jù)橫軸與縱軸的數(shù)據(jù)可知，一個(gè)格子的電荷量為4×10－5C，所以釋放的電荷量約為Q＝38×4×10－5C＝1.52×10－3C。[答案]

(1)1.52×10－3(1.48×10－3或1.56×10－3也正確)

(2)不變(3)1.1×10－3/方法技巧/充電電流與放電電流(1)電容器兩極板間的電介質(zhì)是絕緣物質(zhì)，所以充電結(jié)束后的電容器相當(dāng)于斷路。(2)充電過(guò)程中，電荷由電源定向移動(dòng)，在兩極板上集聚，形成充電電流，且流向正極板。(3)放電過(guò)程中，電荷由極板流向用電器，形成放電電流，且電流由正極板流向用電器。

[針對(duì)訓(xùn)練]1.(2022·湖北武漢期末)某同學(xué)用如圖所示電路研究電容器。先將單刀雙擲開關(guān)S與1相接，過(guò)一會(huì)兒后，再將開關(guān)與2相接。下列說(shuō)法正確的是

(

)A．在開關(guān)與1相接時(shí)，無(wú)電流通過(guò)電流表B．在開關(guān)與2相接時(shí)，有電流通過(guò)電流表C．在開關(guān)與1相接時(shí)，電流表一直有穩(wěn)定的示數(shù)D．在開關(guān)與2相接時(shí)，無(wú)電流通過(guò)電流表解析：在開關(guān)與1相接時(shí)，電容器充電，則有電流通過(guò)電流表，A錯(cuò)誤；在開關(guān)與2相接時(shí)，電容器放電，則有電流通過(guò)電流表，B正確，D錯(cuò)誤；在開關(guān)與1相接時(shí)，電容器充電電流逐漸減小，則電流表的示數(shù)逐漸減小，C錯(cuò)誤。答案：B2．(2022·江蘇無(wú)錫期末)下列有關(guān)電容器的描述正確的是

(

)A．圖甲為電容器充電示意圖，充完電后電容器下極板帶正電B．圖乙為電容器放電示意圖，放電過(guò)程中通過(guò)電流表的電流方向從右向左C．圖丙為可變電容器，它是通過(guò)改變兩極板之間的距離來(lái)改變電容的大小D．圖丁中的電容器上標(biāo)有“5.5V

1.0F”字樣，說(shuō)明該電容器只有兩端加上5.5V的電壓時(shí)電容才為1.0F解析：圖甲為電容器充電示意圖，充完電后電容器上極板帶正電，A錯(cuò)誤；圖乙為電容器放電示意圖，電容器上極板帶正電，則放電過(guò)程中通過(guò)電流表的電流方向從右向左，B正確；圖丙為可變電容器，它是通過(guò)改變兩極板之間的相對(duì)面積來(lái)改變電容的大小，C錯(cuò)誤；電容器的電容是由電容器內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定，與兩端是否加電壓無(wú)關(guān)，D錯(cuò)誤，故選B。答案：B新知學(xué)習(xí)(二)|對(duì)電容的理解[任務(wù)驅(qū)動(dòng)](1)把電容器的兩個(gè)極板分別與電源兩極相連，對(duì)電容器進(jìn)行充電，該過(guò)程中能量是如何轉(zhuǎn)化的？當(dāng)把電容器兩極板相接，使電容器放電，該過(guò)程中能量是如何轉(zhuǎn)化的？提示：充電過(guò)程中電源內(nèi)的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電容器內(nèi)的電場(chǎng)能；放電過(guò)程中電容器的電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電路的內(nèi)能。(2)當(dāng)電容器的帶電荷量增加時(shí)，電容器兩極板間的電勢(shì)差如何變化？帶電荷量Q和板間電勢(shì)差U的比值是否發(fā)生變化？提示：增大；不變。[針對(duì)訓(xùn)練]1．(2022·貴州安順期末)如圖為研究電容器充、放電的實(shí)驗(yàn)電路圖。實(shí)驗(yàn)時(shí)，先使開關(guān)S擲向1端，電源E對(duì)電容器C充電；經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，把開關(guān)S擲向2端，電容器C與電阻R相連，電容器放電。電容器在充電過(guò)程中，其電容器所帶電荷量Q與電容器兩端電壓U之間的關(guān)系，下列圖像中正確的是

(

)解析：根據(jù)Q＝CU，可知因?yàn)殡娙萜麟娙軨一定，則Q-U圖像為過(guò)原點(diǎn)的傾斜的直線。故選B。答案：B2．一個(gè)平行板電容器，使它每個(gè)極板所帶電荷量從Q1＝3×10－5C增加到Q2＝3.6×10－5C時(shí)，兩極板間的電勢(shì)差從U1＝10V增加到U2＝12V，求這個(gè)電容器的電容；如要使兩極板電勢(shì)差從U1＝10V降到U2′＝6V，則每個(gè)極板需減少多少電荷量？[典例體驗(yàn)][典例1]

工廠在生產(chǎn)紡織品、紙張等絕緣材料時(shí)為了實(shí)時(shí)監(jiān)控其厚度，通常要在生產(chǎn)流水線上設(shè)置如圖所示傳感器。其中A、B為平行板電容器的上、下兩個(gè)極板，上下位置均固定，且分別接在恒壓直流電源的兩極上。當(dāng)流水線上通過(guò)的產(chǎn)品厚度增大時(shí)，下列說(shuō)法正確的是

(

)A．平行板電容器的電容減小

B．A、B兩板間的電場(chǎng)強(qiáng)度增大C．A、B兩板上的電荷量變小

D．有電流從b向a流過(guò)靈敏電流計(jì)[典例2]如圖所示，一平行板電容器的兩端與電壓為U的恒壓電源相連。極板上帶電荷量為Q。若只將兩極板間的距離增大為原來(lái)的2倍，求電容器極板上的電荷量。[解題指導(dǎo)]電容器所帶電荷量Q＝CU。由題意可知，電壓U不變，只需確定變化后的電容C即可。要確定電容C的變化，可利用平行板電容器的公式進(jìn)行分析。[拓展]

(1)根據(jù)[典例2]中的平行板電容器，由結(jié)果得知，即使加在電容器兩端的電壓不變，但若電容器的電容變化，電容器帶的電荷量也會(huì)隨之變化。在這個(gè)過(guò)程中，電容器中的電場(chǎng)強(qiáng)度如何變化？/方法技巧/分析電容器相關(guān)物理量的變化時(shí)，要注意抓住不變量。電容器充電后保持與電源相連，即使電容器的電容變化，兩極板間的電壓不變。若充電后與電源斷開且未放電，即使電容器的電容變化，兩極板的電荷量不變。[針對(duì)訓(xùn)練]1.(2022·山東濟(jì)南期末)電容式話筒含有電容式傳感器，其結(jié)構(gòu)如圖所示，導(dǎo)電性振動(dòng)膜片與固定電極構(gòu)成一個(gè)電容器，當(dāng)振動(dòng)膜片在聲壓的作用下運(yùn)動(dòng)時(shí)，兩個(gè)電極間的電容發(fā)生變化，電路中電流隨之變化，這樣聲信號(hào)就轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)。當(dāng)振動(dòng)膜片向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，下列說(shuō)法正確的是

(

)A．固定電極所帶正電荷減少B．固定電極所帶正電荷增加C．固定電極所帶負(fù)電荷減少D．固定電極所帶負(fù)電荷增加2.(2022·湖南岳陽(yáng)期末)如圖所示，當(dāng)開關(guān)K閉合時(shí)，有一帶負(fù)電的油滴固定在兩平行金屬板間某點(diǎn)，下列哪項(xiàng)操作能使油滴電勢(shì)能增大

(

)A．保持開關(guān)K閉合，使上金屬板向上移少許B．保持開關(guān)K閉合，使下金屬板向上移少許C．?dāng)嚅_開關(guān)K，使下金屬板向上移少許D．?dāng)嚅_開關(guān)K，使兩金屬板正對(duì)面積減小少許答案：D3.(2022·河北滄縣中學(xué)期末)如圖所示，一電容器充電完畢后與電源斷開，負(fù)極板B接地，一帶電微粒懸浮在兩板間的P點(diǎn)并保持靜止?，F(xiàn)將A板稍向左移動(dòng)一些，下列說(shuō)法正確的是

(

)A．微粒帶正電 B．P點(diǎn)的電勢(shì)升高C．帶電微粒將向下移動(dòng)

D．A板的電勢(shì)降低

一、好素材分享——看其他教材如何落實(shí)核心素養(yǎng)

物理觀念——對(duì)電容的理解1．(選自滬科版教材課后練習(xí))(多選)如圖所示，四個(gè)圖像描述了對(duì)給定的電容器充電時(shí)，電容器電量Q、電壓U和電容C三者的關(guān)系，正確的圖像有

(

)解析：在給電容器充電時(shí)，電容器帶電量Q與電壓U均增大，但電容器的電容不變，即Q＝C·U，Q與U成正比，故選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤，C、D正確。答案：CD

科學(xué)思維——指紋傳感器的工作原理2．(選自魯科版教材課后練習(xí))(多選)如圖所示，指紋傳感器在一塊半導(dǎo)體基板上有大量相同的小極板，外表面絕緣。當(dāng)手指的指紋一面與絕緣表面接觸時(shí)，由于指紋凸凹不平，凸點(diǎn)處與凹點(diǎn)處分別與半導(dǎo)體基板上的小極板形成一個(gè)個(gè)正對(duì)面積相同的電容器，若每個(gè)電容器的電壓保持不變，則

(

)A．指紋的凸點(diǎn)處與小極板距離近，電容小B．指紋的凸點(diǎn)處與小極板距離近，電容大C．手指擠壓絕緣表面，電容電極間的距離減小，小極板帶電量增大D．手指擠壓絕緣表面，電容電極間的距離減小，小極板帶電量減小答案：BC

科學(xué)探究——用發(fā)光二極管觀察電容器的充電和放電3．(選自魯科版教材“迷你實(shí)驗(yàn)室”)二極管是一種半導(dǎo)體元件，具有單向?qū)щ娦?，用D表示，其電路符號(hào)為“

”(該符號(hào)左端為正極，右端為負(fù)極)。發(fā)光二極管是二極管的一種。當(dāng)發(fā)光二極管接正向電壓(發(fā)光二極管的正、負(fù)極分別與電源正、負(fù)極相接)時(shí)，二極管導(dǎo)通并發(fā)光；接反向電壓時(shí)，二極管的電阻很大，不會(huì)發(fā)光。按如圖所示連接電路，將開關(guān)分別撥到位置“1”和“2”時(shí)，哪個(gè)二極管會(huì)發(fā)光？提示：開關(guān)撥到位置“1”時(shí)，電源給電容器充電，此時(shí)二極管D2導(dǎo)通并短暫發(fā)光；開關(guān)撥到位置“2”時(shí)，電容器放電，此時(shí)二極管D1導(dǎo)通并短