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云南省德宏州梁河县第一中学高中物理选修3-1第一章静电场2
1.知道电容器的概念和平行板电容器的主要构造.2.理解电容的概念及其定义式和决定式.3.掌握平行板电容器电容的决定式,并能用其讨论有关问题.
一、电容器
1.在两个相距很近的平行金属板中间夹上一层绝缘物质——电介质(空气也是一种电介质),就组成一个最简单的电容器,叫做平行板电容器.
2.把电容器的一个极板与电池组的正极相连,另一个极板与负极相连,两个极板就分别带上了等量的异号电荷,这个过程叫做充电.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,电容器又不带电了,这个过程叫做放电.
二、电容
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,叫做电容器的电容,公式C=,单位是法拉,符号是F,1 F=1 C/V,1 F=106μF=1012 pF.电容是表示电容器储存电荷的特性的物理量.
三、平行板电容器的电容
平行板电容器的电容C与极板的正对面积S成正比,跟两极板间的距离d成反比,公式表达式为C=,式中k为静电力常量,εr是一个常数,与电介质的性质有关,称为电介质的相对介电常数.
四、常见电容器
1.常见的电容器,从构造上看,可以分为固定电容器和可变电容器两类.
2.加在电容器两极板上的电压不能超过某一限度,超过这个限度,电介质将被击穿,电容器损坏,这个极限电压称为击穿电压.电容器外壳上标的是工作电压,或称额定电压,这个数值比击穿电压低.
一、电容器 电容
照相机的闪光灯是通过电容供电的,拍照前先对电容器充电,拍照时电容器瞬间放电,闪光灯发出耀眼的白光.拍照前、后的充电过程和放电过程,能量发生怎样的变化?
答案 拍照前的充电过程由电源获得的电能储存在电容器中;拍照后的放电过程,两极板间的电场能转化为其他形式的能量.
1.任何两个彼此绝缘又相距很近的导体,都可以看成一个电容器.
2.电容器的电容在数值上等于两极板间每升高(或降低)单位电压时增加(或减少)的电荷量.
C==,对任何电容器都适用.Q为电容器的带电荷量,是其中一个极板上带电荷量的绝对值.
是否可以根据C=认为,电容器的电容与电容器所带电荷量成正比,与电容器两极板间的电势差成反比?
答案 不可以.电容是电容器本身的一种属性,大小由电容器自身的构成情况决定,与电容器是否带电、带多少电荷量均无关.
二、平行板电容器的电容
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1所示,保持Q和d不变,增大(或减少)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C=,分析电容C的变化.
图1
(2)如图2所示,保持Q和S不变,增大(或减小)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C=,分析电容C的变化.
图2
(3)如图3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C=,分析电容C的变化.
图3
答案 (1)实验结论:S增大,电势差U减小,电容C增大.
(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.
1.平行板电容器的电容与两平行极板正对面积S成正比,与电介质的相对介电常数εr成正比,与极板间距离d成反比,其表达式为C=,两板间为真空时相对介电常数εr=1,其他任何电介质的相对介电常数εr都大于1.
2.C=适用于所有电容器;C=仅适用于平行板电容器.
三、平行板电容器的动态分析
1.如图4所示,电容器充电后保持和电源相连,此时电容器两极板间的电压不变.
图4
(1)当两极板的正对面积S增大时,电容器的C、Q、E如何变化?
(2)当两极板间距d增大时,电容器的C、Q、E如何变化?
答案 (1)根据C=,S增大时,C增大.根据C=得Q=CU,所以Q增大,电场强度E=不变.
(2)根据C=,d增大时,C减小,由于Q=CU,所以Q减小,电场强度E=减小.
2.在图4中,电容器充电后和电源断开,此时电容器的带电荷量不变.
(1)当两极板的正对面积增大时,电容器的C、U、E将如何变化?
(2)当两极板间距d增大时,电容器的C、U、E将如何变化?
答案 (1)根据C=,S增大时,C增大,由于U=,所以U减小,电场强度E=减小.
(2)根据C=,d增大时,C减小,由于U=,所以U增大,电场强度E====,所以E不变.
1.分析方法:抓住不变量,分析变化量.其理论依据是:
(1)电容器电容的定义式C=;
(2)平行板电容器内部是匀强电场,E=;
(3)平行板电容器电容的决定式C=.
2.两种典型题型
(1)电压不变时:若电容器始终与电源相连,这时电容器两极板间的电压是不变的,以此不变量出发可讨论其他量的变化情况.
(2)电荷量不变时:若电容器在充电后与电源断开,这时电
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