【步步高】2020年高考物理大一輪 第六章 第4課時(shí) 電容與電容器 新人教版選修3-1

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1、第4課時(shí)　電容與電容器 導(dǎo)學(xué)目標(biāo) 1.理解有關(guān)電容器的基本概念.2.掌握電容器的兩類動(dòng)態(tài)分析． 電容器與電容 [基礎(chǔ)導(dǎo)引] 判斷下面關(guān)于電容器及其電容的敘述的正誤： (1)任何兩個(gè)彼此絕緣而又相互靠近的導(dǎo)體，就組成了電容器，跟這兩個(gè)導(dǎo)體是否帶電無(wú)關(guān)． (　　) (2)電容器所帶的電荷量是指每個(gè)極板所帶電荷量的代數(shù)和． (　　) (3)電容器的電容與電容器所帶電荷量成反比．

2、 (　　) (4)一個(gè)電容器的電荷量增加ΔQ＝1.0×10－6 C時(shí)，兩板間電壓升高10 V，則電容器的電容無(wú)法確定． (　　) [知識(shí)梳理] 1．電容器 (1)組成：由兩個(gè)彼此________又相互________的導(dǎo)體組成． (2)帶電量：每個(gè)極板所帶電荷量的__________． (3)電容器的充電和放電 充電：使電容器帶電的過(guò)程，充電后電容器兩極板帶上等量的____________，電容器中儲(chǔ)存__________． 放電：使充電后的電容器失去

3、電荷的過(guò)程，放電過(guò)程中__________轉(zhuǎn)化為其他形式的能． 2．電容 (1)定義：電容器所帶的____________與電容器兩極板間的電勢(shì)差U的比值． (2)定義式：____________ (3)物理意義：表示電容器____________本領(lǐng)大小的物理量． 3．平行板電容器 (1)影響因素：平行板電容器的電容與____________成正比，與介質(zhì)的____________成正比，與________________成反比． (2)決定式：C＝____________，k為靜電力常量． ：電容器的電容、電容器帶電荷量的變化量以及對(duì)應(yīng)兩極板電壓的變化量，三者 之間

4、有什么關(guān)系？ 考點(diǎn)一　關(guān)于電容兩個(gè)公式的意義 考點(diǎn)解讀 1．電容的定義式C＝，反映了電容器容納電荷量的本領(lǐng)，但平行板電容器的電容C的大小與Q、U都無(wú)關(guān)，僅由兩個(gè)導(dǎo)體板的大小和形狀、兩導(dǎo)體板的相對(duì)位置以及極板間的電介質(zhì)來(lái)決定． 2．平行板電容器電容的決定式C＝，反映了電容C的大小與兩極板正對(duì)面積成正比， 與兩極板間距離成反比，與極板間電介質(zhì)的介電常數(shù)成正比． 典例剖析 圖1 例1 如圖1所示為一只“極距變化型電容式傳感器”的部分構(gòu)件示 意圖．當(dāng)動(dòng)極板和定極板之間的距離d變化時(shí)，電容C便發(fā)生變化， 通過(guò)測(cè)量電容C的變化就可知道兩極板之間距離d的變化情況．在 下列圖中能

5、正確反映C與d之間變化規(guī)律的圖象是 (　　) 思維突破 1．C＝是電容的定義式，C與Q、U均沒(méi)有關(guān)系，C是由公式C＝?jīng)Q定的． 2．而Q＝CU，則Q與C、U有關(guān)，C一定時(shí)，C與U成正比． 跟蹤訓(xùn)練1　根據(jù)電容器電容的定義式C＝，可知 (　　) A．電容器所帶的電荷量Q越多，它的電容就越大，C與Q成正比 B．電容器不帶電時(shí)，其電容為零 C．電容器兩極板之間的電壓U越高，它的電容就越小，C與U成反比 D．以上說(shuō)法均不對(duì) 考點(diǎn)二　電容器兩類動(dòng)態(tài)問(wèn)題的分析方法 考點(diǎn)解讀 電容器動(dòng)態(tài)分析的思路 (1)確定不變量

6、，分析是電壓不變還是所帶電荷量不變． (2)用決定式C＝分析平行板電容器電容的變化． (3)用定義式C＝分析電容器所帶電荷量或兩極板間電壓的變化． (4)用E＝分析電容器極板間場(chǎng)強(qiáng)的變化． 特別提醒　有一種情況我們應(yīng)當(dāng)作為結(jié)論記?。寒?dāng)電容器充電后與電源斷開(kāi)，即電容器所帶電荷量不變時(shí)，無(wú)論怎樣改變板間距離，板間的場(chǎng)強(qiáng)是不變的． 典例剖析 例2 一平行板電容器充電后與電源斷開(kāi)，負(fù)極板接地．兩板間 有一個(gè)正試探電荷固定在P點(diǎn)，如圖2所示，以C表示電容器 的電容、E表示兩板間的場(chǎng)強(qiáng)、φ表示P點(diǎn)的電勢(shì)，W表示正 圖2 電荷在P點(diǎn)的電勢(shì)能，若正極板保持不動(dòng)，將負(fù)極板緩慢向右

7、 平移一小段距離l0的過(guò)程中，各物理量與負(fù)極板移動(dòng)距離x的 關(guān)系圖象中正確的是(　　) 思維突破 1．本題中l(wèi)0的意義要認(rèn)識(shí)清楚，l0是負(fù)極板向右移動(dòng)的距離，而不是兩極板間距離． 2．求與平行板電容器有關(guān)的問(wèn)題時(shí)，應(yīng)從平行板電容器的電容決定式入手，首先確定不變量，然后根據(jù)電容決定式C＝進(jìn)行推導(dǎo)討論，找出各物理量之間的關(guān)系，從而得出正確結(jié)論． 跟蹤訓(xùn)練2　如圖3甲所示為某同學(xué)設(shè)計(jì)的電容式位移傳感器原理圖，其中右板為固定極板，左板為可動(dòng)極板，待測(cè)物體固定在可動(dòng)極板上．若兩極板所帶電荷量Q恒定，極板兩端電壓U將隨待測(cè)物體的左右移動(dòng)而變化，若U隨時(shí)間t的變化關(guān)系為U＝at＋b(a、b為大

8、于零的常數(shù))，其圖象如圖乙所示，那么圖丙、丁中反映極板間場(chǎng)強(qiáng)大小E和物體位移x隨時(shí)間t變化的圖線是(設(shè)t＝0時(shí)物體位移為零) (　　) 圖3 A．①和③ B．②和④ C．②和③ D．①和④ A組　與電容相關(guān)的概念類問(wèn)題 1．對(duì)于給定的電容器，描述其電容C、電荷量Q、電壓U之間的相應(yīng)關(guān)系的圖象正確的是(　　) 2．某電容器上標(biāo)有“25 μF、450 V”字樣，下列對(duì)該電容器的說(shuō)法中正確的是 (　　) A．要使該電容器兩極板之間電壓增加1 V，所需

9、電荷量為2.5×10－5 C B．要使該電容器帶電荷量1 C，兩極板之間需加電壓2.5×10－5 V C．該電容器能夠容納的電荷量最多為2.5×10－5 C D．該電容器能夠承受的最大電壓為450 V B組　電容器的動(dòng)態(tài)分析 3．一平行板電容器兩極板間距為d、極板面積為S，電容為，其中ε0是常量．對(duì)此電容器充電后斷開(kāi)電源．當(dāng)增加兩板間距時(shí)，電容器極板間 (　　) A．電場(chǎng)強(qiáng)度不變，電勢(shì)差變大 B．電場(chǎng)強(qiáng)度不變，電勢(shì)差不變 C．電場(chǎng)強(qiáng)度減小，電勢(shì)差不變 D．電場(chǎng)強(qiáng)度減小，電勢(shì)差減小 4．(2020·北京·18)用控制變量法，可以研

10、究影響平行板電容器電容的因素(如圖4所示)．設(shè)兩極板正對(duì)面積為S，極板間的距離為d，靜電計(jì)指針偏角為θ.實(shí)驗(yàn)中，極板所帶電荷量不變，若 (　　) 圖4 A．保持S不變，增大d，則θ變大 B．保持S不變，增大d，則θ變小 C．保持d不變，減小S，則θ變小 D．保持d不變，減小S，則θ不變 課時(shí)規(guī)范訓(xùn)練 (限時(shí)：60分鐘) 一、選擇題 1．如圖1所示的電容式鍵盤，是通過(guò)改變電容器的哪個(gè)因素來(lái)改變電容的 (　　) 圖1 A．兩板間的距

11、離 B．兩板間的電壓 C．兩板間的電介質(zhì) D．兩板的正對(duì)面積 2．下列關(guān)于電容器的說(shuō)法中正確的是 (　　) A．電容器是儲(chǔ)存電荷和電能的器件 B．互相絕緣、相互靠近的兩個(gè)導(dǎo)體構(gòu)成電容器的電極，電容跟這兩個(gè)導(dǎo)體是否帶電無(wú)關(guān) C．電容器所帶電荷量是指每個(gè)極板所帶電荷量 D．電容器的充電過(guò)程是將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能的過(guò)程，電容器的放電過(guò)程是將 電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為其他形式的能 3．(2020·天津理綜·5)板間距為d的平行板電容器所帶電

12、荷量為Q時(shí)，兩極板間電勢(shì)差為U1，板間場(chǎng)強(qiáng)為E1.現(xiàn)將電容器所帶電荷量變?yōu)?Q，板間距變?yōu)閐，其他條件不變，這時(shí)兩極板間電勢(shì)差為U2，板間場(chǎng)強(qiáng)為E2，下列說(shuō)法正確的是 (　　) A．U2＝U1，E2＝E1 B．U2＝2U1，E2＝4E1 C．U2＝U1，E2＝2E1 D．U2＝2U1，E2＝2E1 圖2 4．如圖2所示是測(cè)定液面高度h的電容式傳感器示意圖，E為電源， G為靈敏電流計(jì)，A為固定的導(dǎo)體芯，B為導(dǎo)體芯外面的一層絕緣 物質(zhì)，C為導(dǎo)電液體．已

13、知靈敏電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)方向與電流方向的 關(guān)系為：電流從左邊接線柱流進(jìn)電流計(jì)，指針向左偏．如果在導(dǎo)電 液體的深度h發(fā)生變化時(shí)觀察到指針正向左偏轉(zhuǎn)，則 (　　) A．導(dǎo)體芯A所帶電荷量在增加，液體的深度h在增大 B．導(dǎo)體芯A所帶電荷量在減小，液體的深度h在增大 C．導(dǎo)體芯A所帶電荷量在增加，液體的深度h在減小 D．導(dǎo)體芯A所帶電荷量在減小，液體的深度h在減小 圖3 5．如圖3所示，兩塊較大的金屬板A、B相距為d，平行放置并與一電 源相連，S閉合后，兩板間恰好有一質(zhì)量為m、帶電荷量為q的油 滴處于靜止?fàn)顟B(tài)，以下說(shuō)法正確的是

14、(　　) A．若將S斷開(kāi)，則油滴將做自由落體運(yùn)動(dòng)，G表中無(wú)電流 B．若將A向左平移一小段距離，則油滴仍然靜止，G表中有b→a的電流 C．若將A向上平移一小段距離，則油滴向下加速運(yùn)動(dòng)，G表中有b→a的電流 D．若將A向下平移一小段距離，則油滴向上加速運(yùn)動(dòng)，G表中有b→a的電流 6．(2020·安徽理綜·18)如圖4所示，M、N是平行板電容器的兩個(gè)極 板，R0為定值電阻，R1、R2為可調(diào)電阻，用絕緣細(xì)線將質(zhì)量為 m、帶正電的小球懸于電容器內(nèi)部．閉合開(kāi)關(guān)S，小球靜止時(shí)受 到懸線的拉力為F.調(diào)節(jié)R1、R2，關(guān)于F的大小判斷正確的是 (　　) A．保持R1不變，緩慢增大R2時(shí)，F(xiàn)將

15、變大 圖4 B．保持R1不變，緩慢增大R2時(shí)，F(xiàn)將變小 C．保持R2不變，緩慢增大R1時(shí)，F(xiàn)將變大 D．保持R2不變，緩慢增大R1時(shí)，F(xiàn)將變小 7．靜電計(jì)是在驗(yàn)電器的基礎(chǔ)上制成的，用其指針張角的大小來(lái)定性顯示其金屬球與外殼之間的電勢(shì)差大?。鐖D5所示，A、B是平行板電容器的兩個(gè)金屬板，G為靜電計(jì)．開(kāi)始時(shí)開(kāi)關(guān)S閉合，靜電計(jì)指針張開(kāi)一定角度，為了使指針張開(kāi)的角度增大些，下列采取的措施可行的是 (　　) 圖5 A．?dāng)嚅_(kāi)開(kāi)關(guān)S后，將A、B分開(kāi)些 B．保持開(kāi)關(guān)S閉合，將A、

16、B兩極板分開(kāi)些 C．保持開(kāi)關(guān)S閉合，將A、B兩極板靠近些 D．保持開(kāi)關(guān)S閉合，將滑動(dòng)變阻器滑動(dòng)觸頭向右移動(dòng) 8．(2020·重慶·18)某電容式話筒的原理示意圖如圖6所示，E為電 源，R為電阻，薄片P和Q為兩金屬極板．對(duì)著話筒說(shuō)話時(shí)， P振動(dòng)而Q可視為不動(dòng)．在P、Q間距增大過(guò)程中 (　　) A．P、Q構(gòu)成的電容器的電容增大 圖6 B．P上電荷量保持不變 C．M點(diǎn)的電勢(shì)比N點(diǎn)的電勢(shì)低 D．M點(diǎn)的電勢(shì)比N點(diǎn)的電勢(shì)高 圖7 9．如圖7所示，平行板電容器與電動(dòng)勢(shì)為E的直流電源(內(nèi)阻不計(jì))連 接，下極板接地．一帶電油滴位于容器中的P點(diǎn)且恰好處于平衡狀 態(tài)．現(xiàn)將平行板電容

17、器的上極板豎直向上移動(dòng)一小段距離 (　　) A．帶電油滴將沿豎直方向向上運(yùn)動(dòng) B．P點(diǎn)的電勢(shì)將降低 C．帶電油滴的電勢(shì)能將減少 D．若電容器的電容減小，則極板帶電量將增大 圖8 10．如圖8所示的電路，水平放置的平行板電容器中有一個(gè)帶電液滴 正好處于靜止?fàn)顟B(tài)．為了使液滴豎直向上運(yùn)動(dòng)，下列操作可行的 是 (　　) A．?dāng)嚅_(kāi)開(kāi)關(guān)，將兩板間的距離拉大一些 B．?dāng)嚅_(kāi)開(kāi)關(guān)，將兩板水平地向相反方向移開(kāi)一些 C．保持開(kāi)關(guān)閉合，將兩板間的距離減小一些 D．保持開(kāi)關(guān)閉合，以兩板各自的左側(cè)板沿為軸，同時(shí)向上(即逆時(shí)針?lè)较?轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)小 角度 二、非選擇題

18、11．如圖9所示，水平放置的兩平行金屬板A、B接在U＝4 000 V的 直流電源上，兩極板間距離為2 cm，A極板接地，電場(chǎng)中a點(diǎn)距 B極板1 cm，b點(diǎn)和c點(diǎn)均距A極板0.5 cm，求： 圖9 (1)a點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度； (2)a、c之間的電勢(shì)差； (3)電子在b點(diǎn)的電勢(shì)能； (4)電子從a點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到c點(diǎn)，電場(chǎng)力做的功． 圖10 12．如圖10所示，一平行板電容器水平放置，板間距離為d，上極板 開(kāi)有一小孔，質(zhì)量均為m，帶電荷量均為＋q的兩個(gè)帶電小球(視 為質(zhì)點(diǎn))，其間用長(zhǎng)為L(zhǎng)的絕緣輕桿相連，處于豎直狀態(tài)，已知d ＝2L，今使下端小球恰好位于小孔中，由靜止釋放，讓兩球豎

19、直下落．當(dāng)下端 的小球到達(dá)下極板時(shí)，速度剛好為零．試求： (1)兩極板間勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度； (2)兩球運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的最大速度． 復(fù)習(xí)講義 基礎(chǔ)再現(xiàn) 基礎(chǔ)導(dǎo)引　(1)√　(2)×　(3)×　(4)× 知識(shí)梳理　1.(1)絕緣　靠近　(2)絕對(duì)值 (3)異種電荷　電場(chǎng)能　電場(chǎng)能　2.(1)電荷量Q　(2)C＝　(3)容納電荷 3．(1)正對(duì)面積　介電常數(shù)　兩板間的距離 (2) 思考：設(shè)電容器開(kāi)始帶電荷量Q1，兩板電壓U1，改變后電壓為U2，帶電量為Q2，則ΔQ＝Q1－Q2，ΔU＝U1－U2，因?yàn)镃＝＝，則C＝＝. 課堂探究 例1　A　 跟蹤訓(xùn)練1　D 例2　C　 跟蹤訓(xùn)練2　D　 分組訓(xùn)練 1．BC 2．A　 3．A　 4．A　 課進(jìn)規(guī)范訓(xùn)練 1．A　 2．ABD　 3．C　 4．D　 5．BC　 6．B　 7．A　 8．D　 9．B　 10．BC　 11.(1)2×105 V/m　(2)－1 000 V (3)1.6×10－16 J　(4)1.6×10－16 J 12．(1)　(2)