2012高中物理 1.8電容器的電容3學(xué)案 新人教版選修3-1
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2012高中物理 1.8電容器的電容3學(xué)案 新人教版選修3-1
1.8 電容器的電容 學(xué)案【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1、了解電容器的構(gòu)造和常用電容器。2、知道電容器充電和放電過程是能量轉(zhuǎn)化的過程。3、了解電容器的電容。4、經(jīng)歷影響平行板電容器電容因素的實(shí)驗(yàn)探究過程,知道決定平行板電容器電容大小的因素。【學(xué)習(xí)重點(diǎn)】:電容器的概念、定義式及影響平行板電容器電容因素。【學(xué)習(xí)難點(diǎn)】:電容的定義和引入;對(duì)平行板電容器的動(dòng)態(tài)分析?!局R(shí)梳理】1電容器所帶的電荷量是指一個(gè)極板帶電荷量的絕對(duì)值2平行板電容器的電容公式C.3電容器所帶電荷量QCU.4電容器的兩類問題(1) 與電源一直連接,電容器兩板電勢差U保持不變由C和C求出U,再代入E,可得平行板電容器兩極板間的電場強(qiáng)度為E,即Q不變時(shí),E與S成反比結(jié)論:只改變板間距離,場強(qiáng)不變(2)充電后,與電源斷開,電容器的帶電荷量Q保持不變已知平行板電容器兩極板間的距離d和兩極板之間的電壓U,可用下式計(jì)算兩極板間的電場強(qiáng)度E,即電壓不變時(shí)E與d成反比結(jié)論:只改變正對(duì)面積,場強(qiáng)不變【典型例題】【例1】一種靜電除塵器,由兩塊距離為1的平行金屬板A、B組成,如圖所示,兩板間接上9×103V的值流電壓時(shí),在兩板間產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)電場,如果一粒塵埃,其質(zhì)量為1.0×10-5,電荷量為4.8×109C,試通過計(jì)算來比較塵埃所受的重力和電場力的大小,并說明除塵原理。【解析】塵埃所受的重力G=mg=1.0×10-5×10=1.0×10-4N兩板間的場強(qiáng) 為E=U/d=9×103/(1×10-2)=9×105(V/m),塵埃受到的電場力F=qE=4.8×10-9×9×105=4.32×10-3N,F/G=43. 在實(shí)際應(yīng)用中,塵埃所帶的電荷來自被強(qiáng)電場電離的空氣分子,空氣分子被電離后成為電子和正離子,正離子被吸引到負(fù)極板上得到電子,又成為分子,而電離出的電子在向正極板運(yùn)動(dòng)過程中,遇上塵埃,而使塵埃帶上負(fù)電,這樣帶負(fù)電的塵埃被吸附到到正極板上而被收集。【例2】三塊相同的金屬平板A、B、D自上而下水平放置,間距分別為 和 ,如圖所示,A、B兩板中心開孔,在A板的開孔上擱有一金屬容器P,P與A板接觸良好,其內(nèi)盛有導(dǎo)電液體,A板通過閉合的電鍵S與電壓為 的電源正極相連,B板與電源的負(fù)極相連并接地,容器P內(nèi)的液體在底部小孔O處形成質(zhì)量為 、帶電量為 的液滴后自由下落,穿過B板的開孔 落在D板上,其電荷被D板吸附,液體隨即蒸發(fā),接著容器底部又形成相同的液滴自由下落,如此繼續(xù),整個(gè)裝置放在真空中(1)第1個(gè)液滴到達(dá)D板時(shí)的速度為多少?(2)D板最終達(dá)到多高的電勢?(3)設(shè)液滴的電量是A板所帶電量的 倍( ),A板與B板構(gòu)成的電容器的電容為 , , , ,試計(jì)算D板最終的電勢能(4)如果電鍵S不是始終閉合,而只是在第一個(gè)液滴形成前閉合一下,隨即打開,其他條件與(3)相同,在這種情況下,D板最終可達(dá)到的電勢值為多少?說明理由【解析】液滴落下后,由電場力和重力共同對(duì)它做功,由此可算出它到達(dá)D板的速度,液滴落下后,D板上出現(xiàn)正電荷,在DB間形成一個(gè)方向向上的場強(qiáng),將阻礙以后繼續(xù)下落的液滴,使D板的帶電量有一限度,其電勢也有一個(gè)最大值. (1)設(shè)第一個(gè)液滴到達(dá)D板的速度為v1,對(duì)于液滴從離開小孔O到D板的全過程,其功能關(guān)系qU0+mg(h+d)= mv21,得v1=(2)隨著下落液滴的增多,D板帶的正電荷不斷積累,在DB間形成向上的電場E,通過O后的液滴在BD間作勻減速運(yùn)動(dòng),當(dāng)液滴到達(dá)D板的速度恰為零時(shí),D板的電勢達(dá)最高,設(shè)為m,由qU0+mg(h+d)-qm=Ek=0,得m=U0+(3)A板帶電量Q0=C0U0,故每一液滴的電量q=aQ0=0.02C0U0,代入上式得m=U0+,=1000v+=2.01×105V(4)1000V,理由:S閉合能使A板帶有 的正電荷,由于S的斷開,液滴下落到D將電荷傳給D,而A板上沒有電荷的補(bǔ)充,所以最終A板帶電量為零,D板的帶電量為QB、D兩板與A、B兩板距離相等,B、D兩板構(gòu)成的電容器的電容 ,因此 【反思】收獲疑問【基礎(chǔ)練習(xí)】一、選擇題1、如圖(甲)所示,兩平行金屬板間距為d,在兩極板間加上如圖(乙)所示的電壓,在第1s內(nèi)質(zhì)量為m、帶電量為q的電荷處于靜止?fàn)顟B(tài)。關(guān)于該電荷在第2s內(nèi)的運(yùn)動(dòng)(設(shè)電荷末與極板接觸),下列說法中正確的是()(A)做勻加速直線運(yùn)動(dòng),加速度大小為g(B)做變加速直線運(yùn)動(dòng),平均加速度大小為g/2(C)做變加速直線運(yùn)動(dòng),2s末的加速度大小為g(D)2s末的加速度大小為g/22、如下圖所示,一帶負(fù)電小球懸掛在豎直放置的平行板電容器內(nèi)部,接通S后,懸線與豎直方向的夾角為,則( )A.S閉合,減小AB板間的距離,則夾角增大B.S閉合,減小AB板間的距離,則夾角減小C.S斷開,使B豎直向上移動(dòng)一小段距離,則夾角減小D.S斷開,增大AB板間的距離,則夾角不變二、填空題3、兩平行板電容器的電容之比為C1C232,帶電量之比為Q1Q231若兩個(gè)電子分別從兩電容器的負(fù)極板運(yùn)動(dòng)到正極板,它們的動(dòng)能增量之比Ek1Ek2_4、如下圖所示,電容器兩板間距離為d,電源兩板間電壓為6V,閉合開關(guān)S后將板間距離減來d/4,再斷開S,又將兩板間距離恢復(fù)到d,此時(shí)電容器兩極板間的電壓是V. 三、計(jì)算題5、原有一油滴靜止在極板水平放置的平行板電容器中,給電容器再充一些電荷Q,油滴開始向上運(yùn)動(dòng),經(jīng)t(s)后,電容突然放電失去一部分電荷Q,又經(jīng)t(s),油滴回到原來位置,假設(shè)在油滴運(yùn)動(dòng)過程中電量一定,則QQ=?參考答案選擇題1、A 2、AD 填空題3、21 4、24計(jì)算題5、3.41提示:電容器充電后C,板間電場場強(qiáng)E,此時(shí)油滴靜止在極板之間qEmg.電容器補(bǔ)充電荷Q后,極板間場強(qiáng)E和電場力都增大,油滴由靜止開始向上做加速度a1電容器放電Q后,極板間場強(qiáng)E和電場力都減小,油滴以初速v1a1t向上做加速度大小為a2的勻減速運(yùn)動(dòng),經(jīng)ts發(fā)生位移-s1,則-s1v1t+a2t2qt2,由位移關(guān)系,得qt2-,化簡得.5用心 愛心 專心