第八章靜電場(chǎng)第3講電容器與電容(含實(shí)驗(yàn)10觀察電容器的充、放電現(xiàn)象)1.了解電容器的充、放電過程,會(huì)計(jì)算電容器充、放電電荷量。2.掌握電容的定義式和平行板電容器電容的決定式,會(huì)分析電容器的動(dòng)態(tài)變化問題。1.電容器。(1)組成:兩個(gè)彼此_______且又__________的導(dǎo)體組成電容器,電容器可以容納_______。(2)所帶電荷量:一個(gè)極板所帶電荷量的______,兩極板所帶電荷量____?？键c(diǎn)1電容器和電容絕緣相距很近電荷絕對(duì)值相等(3)充、放電。①充電:把電容器接在電源上后,電容器兩個(gè)極板分別帶上等量異號(hào)電荷的過程,充電后兩極間存在_______,電容器儲(chǔ)存了_______。②放電:用導(dǎo)線將充電后電容器的兩極板接通,極板上電荷_______的過程,放電后的兩極板間不再有_______,同時(shí)電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為其他形式的能。電場(chǎng)電場(chǎng)能中和電場(chǎng)

電荷量電勢(shì)差法拉F1061012

(1)電容器的帶電荷量等于兩個(gè)極板所帶電荷量絕對(duì)值的和()(2)電容器的電容與所帶電荷量成正比,與電壓成反比()(3)電容器放電后,帶電荷量為零,電容也為零()1.電容器的兩種情況。(1)電容器始終與電源相連時(shí),電容器兩極板電勢(shì)差U保持不變。(2)電容器充電后與電源斷開時(shí),電容器所帶電荷量Q保持不變。2.平行板電容器動(dòng)態(tài)問題的分析思路?？枷?

電容的理解【典例1】如圖是一個(gè)電解電容器,由標(biāo)注的參數(shù)可知(

)A.電容器的擊穿電壓為100VB.當(dāng)電容器的電壓低于100V時(shí),電容器無法工作C.給電容器加50V電壓時(shí),電容器的電容為110μFD.電容器允許容納的最大電荷量為0.022C

答案

D考向2

兩極板間電壓不變的動(dòng)態(tài)分析【典例2】一平行板電容器兩極板之間充滿云母介質(zhì),接在恒壓直流電源上。若將云母介質(zhì)移出,則電容器(

)A.極板上的電荷量變大,極板間電場(chǎng)強(qiáng)度變大

B.極板上的電荷量變小,極板間電場(chǎng)強(qiáng)度變大C.極板上的電荷量變大,極板間電場(chǎng)強(qiáng)度不變

D.極板上的電荷量變小,極板間電場(chǎng)強(qiáng)度不變

答案

D考向3

極板帶電荷量不變的動(dòng)態(tài)分析【典例3】

如圖所示,平行板電容器的兩個(gè)極板為A、B,B板接地,使其A板帶有電荷量+Q,B板帶有電荷量-Q,板間電場(chǎng)中有一固定點(diǎn)P,以下說法正確的是(

)A.若將B板固定,A板下移時(shí),P點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度不變,P點(diǎn)的電勢(shì)降低B.若將B板固定,A板下移時(shí),P點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度增大,P點(diǎn)的電勢(shì)升高C.若將A板固定,B板上移時(shí),P點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度不變,P點(diǎn)的電勢(shì)降低D.若將A板固定,B板上移時(shí),P點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度增大,P點(diǎn)電的勢(shì)升高

答案

C考向4

與電容器有關(guān)的STSE問題【典例4】

(多選)手機(jī)中運(yùn)動(dòng)步數(shù)的測(cè)量是通過手機(jī)內(nèi)電容式加速度傳感器實(shí)現(xiàn)的,如圖所示,M極板固定,當(dāng)手機(jī)的加速度變化時(shí),N極板只能按圖中標(biāo)識(shí)的“前后”方向運(yùn)動(dòng)。圖中R為定值電阻。下列對(duì)傳感器描述正確的是(

)A.靜止時(shí),電流表示數(shù)為零,且電容器兩極板不帶電B.電路中的電流表示數(shù)越大,說明手機(jī)“前后”方向的加速度越大C.由靜止突然向后加速時(shí),電容器的電容會(huì)減小D.由靜止突然向前加速時(shí),電流由b向a流過電流表

荷量大,電路中的電流表示數(shù)越大。因此電路中的電流表示數(shù)越大,說明手機(jī)“前后”方向運(yùn)動(dòng)的加速度越大,B項(xiàng)正確。答案

BD考點(diǎn)2實(shí)驗(yàn):觀察電容器的充、放電現(xiàn)象原理電路圖操作要求1.觀察電容器充電現(xiàn)象:充電電流由電源的正極流向電容器的正極板,同時(shí),電流從電容器的負(fù)極板流向電源的負(fù)極,電流表示數(shù)逐漸_______,最后為零。2.觀察電容器的放電現(xiàn)象:放電電流由電容器的正極板經(jīng)過電流表流向電容器的負(fù)極板,放電電流逐漸_______,最后為零。充電和放電電流的變化是極短暫的減小減小數(shù)據(jù)處理1.整個(gè)圖像與橫軸所圍的面積的物理意義是整個(gè)充電或放電時(shí)間內(nèi)通過電流表的電荷量,也等于充滿電后或放電開始時(shí)電容器極板上的電荷量。數(shù)據(jù)處理2.估算電容器充電或放電過程中電荷量的方法是:先算出一個(gè)小方格代表的電荷量,然后數(shù)出整個(gè)圖像與橫軸所圍的面積中的方格數(shù)(大于半個(gè)的按一個(gè)方格計(jì)算,小于半個(gè)的舍棄)。電容器充電或放電過程中電荷量為一個(gè)小方格代表的電荷量乘以_______方格數(shù)注意事項(xiàng)1.電流表要選用小量程的靈敏電流計(jì)。2.要選擇大容量的電容器。3.實(shí)驗(yàn)要在干燥的環(huán)境中進(jìn)行。4.在做放電實(shí)驗(yàn)時(shí),在電路中串聯(lián)一個(gè)電阻,以免燒壞電流表(1)電流的測(cè)量不準(zhǔn)確會(huì)給實(shí)驗(yàn)帶來誤差(

)(2)I-t圖線與橫軸所圍成的面積表示電容器的帶電荷量(

)考向1

電容器充、放電現(xiàn)象的定性分析【典例5】由直流電源、電阻、電容器、電流表、電壓表以及單刀雙擲開關(guān)組裝成如圖所示的實(shí)驗(yàn)電路。(1)把開關(guān)S接1,此時(shí)給電容器充電,電容器的上極板帶上正電荷,在該過程中,可以看到電流表指針會(huì)偏轉(zhuǎn),電壓表示數(shù)逐漸________(填“變大”“變小”或“不變”)。(2)把開關(guān)S接2,此時(shí)電容器放電。在放電過程中,極板間的電場(chǎng)強(qiáng)度________(填“變大”“變小”或“不變”),定值電阻R中有____________(填“a經(jīng)R流向b”或“b經(jīng)R流向a”)方向的電流。

答案

(1)變大(2)變小a經(jīng)R流向b考向2

電容器充、放電現(xiàn)象的定量計(jì)算【鏈接高考】

(2023·課標(biāo)卷)在“觀察電容器的充、放電現(xiàn)象”實(shí)驗(yàn)中,所用器材如下:電池、電容器、電阻箱、定值電阻、小燈泡、多用電表、電流表、秒表、單刀雙擲開關(guān)以及導(dǎo)線若干。(1)用多用電表的電壓擋檢測(cè)電池的電壓。檢測(cè)時(shí),紅表筆應(yīng)該與電池的________(填“正極”或“負(fù)極”)接觸。(2)某同學(xué)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)電路如圖甲所示。先將電阻箱的阻值調(diào)為R1,將單刀雙擲開關(guān)S與“1”端相接,記錄電流隨時(shí)間的變化。電容器充電完成后,開關(guān)S再與“2”端相接,相接后小燈泡亮度變化情況可能是________(填選項(xiàng)字母)。A.迅速變亮,然后亮度趨于穩(wěn)定B.亮度逐漸增大,然后趨于穩(wěn)定C.迅速變亮,然后亮度逐漸減小至熄滅(3)將電阻箱的阻值調(diào)為R2(R2>R1),再次將開關(guān)S與“1”端相接,再次記錄電流隨時(shí)間的變化情況。兩次得到的電流I隨時(shí)間t變化如圖乙中曲線所示,其中實(shí)線是電阻箱阻值為________(填“R1”或“R2”)時(shí)的結(jié)果,曲線與坐標(biāo)軸所圍面積等于該次充電完成后電容器上的________(填“電壓”或“電荷量”)。

答案

(1)正極(2)C

(3)R2電荷量【評(píng)析】

試題源于人教版《必修第三冊(cè)》“電容器的電容”一節(jié)的拓展學(xué)習(xí),與教材實(shí)驗(yàn)基本相同,雖然電路上有些差異,但不影響求解思路。試題融入了多用電表的使用、觀察電容器的放電現(xiàn)象和利用I-t圖線與時(shí)間軸所圍的面積表示電容器的帶電荷量?？枷?

實(shí)驗(yàn)的遷移、拓展和創(chuàng)新【典例6】

(2019·北京卷)電容器作為儲(chǔ)能器件,在生產(chǎn)生活中有廣泛的應(yīng)用。對(duì)給定電容值為C的電容器充電,無論采用何種充電方式,其兩極間的電勢(shì)差u隨電荷量q的變化圖像都相同。(1)請(qǐng)?jiān)趫D甲中畫出上述u-q圖像。類比直線運(yùn)動(dòng)中由v-t圖像求位移的方法,求兩極間電壓為U時(shí)電容器所儲(chǔ)存的電能Ep=________。(2)在如圖乙所示的充電電路中,R表示電阻,E表示電源(忽略內(nèi)阻)。通過改變電路中元件的參數(shù)對(duì)同一電容器進(jìn)行兩次充電,對(duì)應(yīng)的q-t曲線如圖丙中①②所示。A.①②兩條曲線不同是________(填“E”或“R”)的改變?cè)斐傻?。B.電容器有時(shí)需要快速充電,有時(shí)需要均勻充電。依據(jù)A中的結(jié)論,說明實(shí)現(xiàn)這兩種充電方式的途徑________________________。(3)設(shè)想使用理想的“恒流源”替換(2)中電源對(duì)電容器充電,可實(shí)現(xiàn)電容器電荷量隨時(shí)間均勻增加。請(qǐng)思考使用“恒流源”和(2)中電源對(duì)電容器的充電過程,填寫下表(填“增大”“減小”或“不變”)。