資源簡介

(共18張PPT)
新人教版 必修三
第十章 靜電場中的能量
第4節(jié) （第二課時） 電容器的電容
電路中電流大小可以用電流傳感器測量,用電流傳感器和計算機可以方便地測出電路中電流隨時間變化的曲線.某興趣小組要測定一個電容器的電容,選用器材如下:待測電容器(額定電壓為16 V);電流傳感器和計算機;直流穩(wěn)壓電源;定值電阻R0=100 Ω、單刀雙擲開關;導線若干.
實驗過程如下:
①按照圖甲正確連接電路;
②將開關S與1端連接,電源向電容器充電;
③將開關S擲向2端,測得電流隨時間變化的I-t圖線如圖乙
中的實線a所示;
④利用計算機軟件測出I-t曲線和兩坐標軸所圍的面積.
例題1
請回答下列問題:
(1)已知測出的I-t曲線和兩坐標軸所圍的面積為42.3 mA·s,根據(jù)圖像算出電容器全部放電過程中釋放的電荷量為　　　　C,最大電壓為　　　　V,電容器的電容
C=　　　　F;(均保留兩位有效數(shù)字)
(2)若將定值電阻換為R1=180 Ω,重復上述實驗步驟,則電流隨時間變化的I-t圖線應該是圖丙中的曲線　　　　(選填“b”或“c”).
[解析]（1） I-t圖像的曲線和兩坐標軸所圍的面積即表示電容器的電荷量,由圖像及題意可知電容器全
部放電過程中釋放的電荷量為Q=42.3 mA·s=4.2×10-2 C
由I-t圖像得到開始時電流為Im=90 mA=0.09 A,故電容器兩端的最大電壓為U=ImR0=0.09 A×100 Ω=9.0 V,電容為C== F=4.7×10-3 F.
（2）換用阻值為180 Ω的電阻,根據(jù)Im= 可知,第2次實驗的最大電流小些, 放電時間長些,故c正確.
如圖所示，用靜電計可以測量已充電的平行板電容器兩極板之間的電勢差U.在保持極板上的電荷量Q不變的條件下，下列判斷正確的是(　　)
A．增大兩極板之間的距離，靜電計指針張角變大
B．將A板稍微上移，靜電計指針張角將變大
C．減小兩極板之間的距離的同時將A板稍微上移，靜電計指針張角將變大
D．若將玻璃板插入兩極板之間，則靜電計指針張角變大

解析：由 知，d增大，C減小，Q不變時，U增大，即靜電計指針張角變大，選項A正確；A板稍微上移，S減小，C減小，同理靜電計指針張角變大，選項B正確；d減小，S減小，C、U變化無法確定，選項C錯誤；在兩極板間插入電介質，εr增大，C增大，Q不變時，U減小，靜電計指針張角變小，選項D錯誤．

例題2
AC
如圖所示是一種通過測量電容器電容的變化，檢測液面高低的儀器原理圖，電容器的兩個電極分別用導線接到指示器上，指示器可顯示出電容的大小，下列關于該儀器的說法中正確的是（　　）
A．金屬芯線粗細決定電容的大小
B．芯柱外套的絕緣管越厚，該電容器的電容越大
C．該儀器中電容的兩個電極分別是芯柱和電介質
D．指示器顯示出電容增大了，則電容器中液面升高了
D
變式選練1
如圖，電容器充電后開關S保持閉合，現(xiàn)使B板向下移一斷距離，則：電容器的電容C、AB兩板間電壓U、極板上電量Q、板間電場E分別如何變化？
解析：開關S保持閉合U不變
例題3
若B板接地，φP怎么變？在板間P點放一正點電荷，則EP怎么變？若放一負電荷EP怎么變？A接地呢？
解析：B板下移：U不變，C變小，Q變小，E變小
例題3
小結：電容器始終與電源連接，U保持不變。
S定d
C
Q=C U
Q
E=U/d
d定S
C
Q=C U
Q
E=U/d
E不變
E
例題3
如圖，電容器充電后把開關S斷開，現(xiàn)使B板向下移一斷距離，則：電容器的電容C、AB兩板間電壓U、極板上電量Q、板間電場E分別如何變化？
解析.開關S斷開Q不變
例題4
若B板接地，φP怎么變？在板間P點放一正點電荷，則EP怎么變？若放一負電荷EP怎么變？A接地呢？
解析：B板下移：U不變，C變小，Q變小，E變小
例題4
小結：電容器始終與電源斷開，Q保持不變。
S定d
C
U=Q/C
U
E不變
d定S
C
U=Q/C
U
E=U/d
E
例題4
E=U/d
當堂達標檢測
1.一個已充電的電容器，若使它的電荷量減少1.5×10-4 C，則其電壓減小為原來的三分之二，則（　　）
A．電容器原來的帶電荷量為9×10-4 C
B．電容器原來的帶電荷量為4.5×10-4 C
C．電容器原來的電壓為1 V
D．電容器的電容變?yōu)樵瓉淼娜种?br/>B
當堂達標檢測
2、(多選)如圖所示，是一個由電池、電阻R與平行板電容器組成的串聯(lián)電路，在增大電容器兩極板間距離的過程中(　　)
A．電阻R中沒有電流
B．電容器的電容變小
C．電阻R中有從a流向b的電流
D．電阻R中有從b流向a的電流
解析：圖中電容器被充電，A極板帶正電，B極板帶負電，根據(jù)平行板電容器的電容公式 可知，當增大電容器兩極板間的距離d時，電容C變小，由于電容器始終與電池相連，電容器極板間的電壓UAB保持不變，由C＝QU，當C減小時，電容器兩極板所帶電荷量Q減小，電容器放電，即電阻R中有從a流向b的電流，選項B、C正確．
當堂達標檢測
3、如圖所示，平行板電容器與電壓為U的直流電源連接，下極板接地．一帶電油滴位于電容器中的P點且恰好處于平衡狀態(tài)．現(xiàn)將平行板電容器的上極板豎直向上移動一小段距離(　　)
A．帶電油滴將沿豎直方向向上運動
B．P點的電勢將降低
C．帶電油滴的電勢能將減少
D．若電容器的電容減小，則極板帶的電荷量將增大

解析：電容器與電源相連，電壓U不變，當上極板向上移動時，極板間距離d增大，電場強度 減小，靜電力減小，帶電油滴將向下運動，選項A錯誤；由U＝Ed知，P點與下極板間電勢差減小，P點電勢降低，選項B正確；由Ep＝qφ知，油滴帶負電，電勢能增加，選項C錯誤；由 知C減小，U不變，Q將減小，選項D錯誤
當堂達標檢測
4.所圖所示，平行板電容器帶有等量異種電荷，與靜電計相連，靜電計金屬外殼和電容器下極板都接地．在兩極板間有一固定在P點的點電荷，以E表示兩板間的電場強度，Ep表示點電荷在P點的電勢能，θ表示靜電計指針的偏角．若保持下極板不動，將上極板向下移動一小段距離至圖中虛線位置，則(　　)
A．θ增大，E增大　　
B．θ增大，Ep不變
C．θ減小，Ep增大　　
D．θ減小，E不變
解析：極板移動過程中帶電荷量Q保持不變，靜電計指針張角變化反映板間電勢差U的變化，由 可知，極板下移，d減小，C增大，U減小，θ減小，又 ，則E不變，Ep不變，綜合上述，選項D正確．
D
當堂達標檢測
5.一平行板電容器充電后與電源斷開，負極板接地，兩板間有一個正檢驗電荷固定在P點，如圖所示，以C表示電容器的電容、E表示兩板間的場強、φ表示P點的電勢，W表示正電荷在P點的電勢能，若正極板保持不動，將負極板緩慢向右平移一小段距離l0，則下列關于各物理量與負極板移動距離x的關系圖像中正確的是（　　）
解析：當負極板右移時，兩板間的距離減少，由 可知，C與x的圖象不是一次函數(shù)圖象，A錯誤；由 可知 則 ，E與d、x無關，B錯誤；因負極板接地，設P點開始距負極板的距離是d，則P點的電勢 ，C正確；正電荷在P點的電勢能 所以W x圖象是一條傾斜的直線，D錯誤。
D
6.如圖所示，一平行板電容器的兩個極板豎直放置，電容為C，極板間距離為d．在兩極板間有一質量為m、帶電荷量為q的帶電小球，小球用一絕緣輕線懸掛于O點．先給電容器緩慢充電，當懸線與豎直方向的夾角為 時停止充電．重力加速度為g．求：
（1）充電完畢后，電容器正極板所帶的電荷量為多少？
（2）再給電容器緩慢充電，當懸線與豎直方向的夾角為 時停止充電，求第二次充電使電容器正極板增加的電荷量．
（1）平行板間的電勢差為 ，場強為 對 小球受力分析，有共點力平衡可得：
解得：
（2）第二次充電后，電容器帶電量為 ：對小球受力分析，有共點力平衡可得：
解得：
故正極板增加的電荷量為
當堂達標檢測

展開更多......

收起↑