高三上册物理 电容器 逐字稿-4,043字
师:同学们,这节课我们开始学习电容器。首先进行知识回顾。什么叫电容器?它主要由两个彼此绝缘且相互靠近的导体构成。电容器所带的电荷量指什么呢?特别强调,通常是指一个极板所带电荷量的绝对值。
那电容器充电、放电是什么意思?充电就是使电容器获得电荷的过程,通常充电后电容器两个极板带上等量的异种电荷,充电过程中电容器储存了电能。放电则是使电容器失去电荷的过程,从能量角度看,放电过程是电能转化为其他形式的能。
电容器储存电荷的本领有大有小,我们用电容这个物理量来表示。电容是怎么定义的呢?用电容器所带的电荷量与电容器两个极板间电势差的比值来表示,其物理意义是表示电容器容纳电荷本领的大小。电容大,容纳电荷本领就强;电容小,容纳电荷本领就弱。由此可得电容的定义公式:(C = \frac{Q}{U}),有时也用(\frac{\Delta Q}{\Delta U})表示,因为对一个确定的电容器,其电容是不变的,所以这样的定义可以连等。
电容的单位是法拉,用(F)表示,常用的还有微法和皮法,(1)微法( = 10^{-6})法拉,(1)皮法( = 10^{-12})法拉。
平行板电容器是最简单的电容器,它的电容跟哪些因素有关呢?主要跟三个因素有关,体现在决定式中,即与正对面积(S)、两极板的距离(d),以及中间电介质的介电常数有关。
概念回顾完了,下面大家根据刚才的概念辨析一些问题。
第一道,任何两个彼此绝缘且相互靠近的导体组成一个电容器,与这个导体是否带电无关,这个说法对吗?对的。
第二个,电容器所带的电荷量是指每个极板带电量的代数和,对吗?这是错的,应该是指一个极板带电量的绝对值。
能不能说电容器的电容由它所带电荷量和两极板间电势差决定呢?不能这么说,因为电容器的电容是由它本身的性质决定的。一个电容器组装好后,即便不带电,它容纳电荷的本领也是客观存在的,就像玻璃杯能装多少水与玻璃杯大小有关一样。所以这个说法是错的,电容值是不变的。
下面我们重点解读一些问题。电容器有两个公式,我们来比较一下。一个公式(C = \frac{Q}{U}),这是电容器电容的定义式,适用于一切电容器,不仅适用于平行板电容器,也适用于球形电容器、圆柱形电容器等等。这个公式的意义是,对某一个电容器来说,它的电容是确定的,虽然可以用(\frac{Q}{U})的比值来衡量,但它仅仅反映电容器容纳电荷的本领。
另一个公式(C = \frac{\varepsilon S}{4\pi kd}),这是平行板电容器电容的决定式,只适用于平行板电容器,表明对一个平行板电容器来说,它的电容与正对面积、两板间距以及中间电介质的成分有关。
看这道题目,根据电容器的公式,这里的(Q)应该是指一个极板的电荷量的绝对值,所以答案选(B)。
再看这道题,我们有时会调节收音机、电视的开关,其实调节的是可变电容器。当定片跟动片逐渐重合时,改变的是什么呢?改变的是正对面积,重合过程中,正对面积变大,因此电容应该变大,答案选增大。
通过这两道例题,我们发现电容器的定义式适用于一切电容器,采用比值法定义。电容可以用(\frac{Q}{U})的比值来衡量,但电容大小与(Q)、(U)没有关系,由电容器本身的因素决定。对平行板电容器来说,由上述决定式中的因素决定。对于其他电容器,中学阶段不做要求,有兴趣的同学可以看一些参考书。
接下来,我们说一说平行板电容器的动态问题分析。基本思路是,首先确定在电容器动态变化过程中,哪个量不变,最主要的是电压不变还是电荷量不变,然后看改变了什么,是改变了两个板的距离,还是改变了正对面积,以此判断平行板电容器的电容如何变化,再用公式分析带电荷量怎么变、电压怎么变,也用公式分析匀强电场的场强变化。
平行板电容器动态分析问题常见有两种类型:一种是电容器始终跟电源相连接,此时电压不变;另一种是电容器充好电后与电源断开,此时电荷量不变。
看这道题,给平行板电容器充好电后断开电源,这就表明极板的电荷量不变。(A)选项,如果把板往右移,什么变了呢?根据公式,往右移是距离变化,距离变大,电容变小,那(A)选项对吗?对的。(B)选项,把(B)板往下移少许,就是正对面积减小,正对面积减小,电容变小,电荷量(Q)不变,电容变小,那么电势差就应该变大,所以(B)选项也是对的。
(C)选项,这个夹角主要看场强,我们对电荷做受力分析,三力平衡,其中(qE = mg\tan\theta),即(\tan\theta = \frac{qE}{mg}),所以(\theta)怎么变主要看场强怎么变。在断开电源的情况下,电荷量(q)不变,改变距离,最后根据(E = \frac{4\pi kq}{\varepsilon S}),发现场强跟距离没有关系,所以此时场强不变,夹角也就不变,(C)选项是错的。