淺談高中物理學(xué)習(xí)中電容器知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)方法

紀(jì)泓宇

（江蘇省運(yùn)河中學(xué)，江蘇邳州 221300）

1 電容器的介紹

什么是電容器？很多同學(xué)也許在學(xué)習(xí)電容器之后還缺少對(duì)電容器有一個(gè)大概的認(rèn)識(shí)，本文便先從介紹何為電容器開始。

電容器，簡(jiǎn)而言之就是一種可以容納電荷的電子元件，在物理學(xué)中通常用“C”代表電容器。在日常生活中我們經(jīng)?？梢砸姷诫娙萜鳎绕涫窃谝恍╇娮釉O(shè)備中，電容器被大量使用于控制電荷，廣泛應(yīng)用于電路中的隔直通交，耦合，旁路，濾波，調(diào)諧回路，能量轉(zhuǎn)換，控制等方面。

2 高考中電容器的考點(diǎn)

2.1 平行板電容器的特點(diǎn)

圖1 電容器充電

圖2 電容器放電

圖3 高頻旁路電容器

圖4 平行板電容器簡(jiǎn)化模型

2.2 充、放電過程

充電與放電：把電容器的一個(gè)極板與電池組的正極相連，另一個(gè)極板與負(fù)極相連，使電容器帶電叫充電，使充電后的電容器失去電荷叫放電。充電時(shí)兩個(gè)極板上的電荷由于相互吸引而保存下來，兩極板間有電場(chǎng)存在。充電時(shí)是由其他形式能轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能儲(chǔ)存在電容器中，放電時(shí)由電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為其他形式能釋放出來。

2.2.1 充電過程（如圖1）

從圖1可以看出，此時(shí)的充電電流，電流方向均為為逆時(shí)針運(yùn)行，電流強(qiáng)度也是由大向小產(chǎn)生變化；此過程伴隨著板間電壓提高；電場(chǎng)強(qiáng)度上升；電場(chǎng)能增大：同理，當(dāng)充電結(jié)束時(shí)電容器的電流也會(huì)停止運(yùn)動(dòng)，此時(shí)的板間電壓與充電電壓會(huì)保持一個(gè)相同的數(shù)值。

2.2.2 放電過程（如圖2）

從圖2可以看出，放電過程中極板正負(fù)電荷中和，電容器又不帶電了，電流強(qiáng)度和充電時(shí)比較，由大向小反向發(fā)生變化；此過程伴隨著板間電壓降低；電場(chǎng)強(qiáng)度減弱；電場(chǎng)能減小。放電后，電兩極板間不再有電場(chǎng)。

2.3 基本公式

2.4 解題基本規(guī)律

平行板電容器充電后，若保持其始終與直流電源相連，則板間電壓U不變。當(dāng)電容器的板間距離d、正對(duì)面積S、介電常數(shù)ε發(fā)生變化時(shí)，由以上公式可知C、Q和E會(huì)隨著發(fā)生變化。

電容器充電后斷開電源，極板的電荷量Q不變。當(dāng)電容器的板間距離d、正對(duì)面積S、介電常數(shù)ε發(fā)生變化時(shí)，由以上公式可知C、Q和E會(huì)隨著發(fā)生變化。

2.5 電容器在交流電中的作用

電容在交流電路中對(duì)交變電流有阻礙作用，稱為容抗。容抗的大小與電容器的電容和交流電的頻率有關(guān)。因?yàn)橹绷麟姷拇笮『头较虿蛔?，?dāng)把電容器剛接入直流電路時(shí)，因?yàn)殡娙萜鞯某潆娛沟秒娐肥峭?，穩(wěn)定后電路是斷路。而交流電的大小和方向不斷變化，電容器不斷地充放電，電路一直是有電流通過。所以電容器的作用之一是“通交流隔直流”。在交流電路中當(dāng)交流電的頻率增大時(shí)，交流電的大小和方向的變化更快，電容器的容抗會(huì)減小，所以在交流電路中電容器的另一個(gè)作用是“通高頻阻低頻”。例如：如圖3，要求前級(jí)輸入包含低頻與高頻成分的信號(hào)，后級(jí)輸出僅含低頻成分的信號(hào)。我們知道，電容的容抗與頻率有關(guān)，頻率越高，容抗越低，相當(dāng)于小電阻。圖中的電容器的容抗十分小，相當(dāng)于一條電阻十分小的支路，于是高頻信號(hào)就在此處被短路了，而不能到達(dá)后級(jí)輸出。相反，對(duì)于低頻信號(hào)，圖中的電容容抗大，故不會(huì)被短路，同時(shí)能到達(dá)后級(jí)輸出。

3 具體例題

如圖4所示，老師們正在與同學(xué)進(jìn)行一項(xiàng)物理實(shí)驗(yàn)。老師讓同學(xué)們將一些錫箔紙揉成小球并且放在一個(gè)玻璃容器中，這個(gè)玻璃容器頂部與底部均是由一塊金屬板組成。當(dāng)同學(xué)們將小球放入后，老師把玻璃盒的頂部與底部加上電壓，驚人的一幕出現(xiàn)了小球隨著電壓的不斷提高不停地進(jìn)行上下跳動(dòng)。

老師為了向同學(xué)們解釋眼前所發(fā)生的情況，將盒中的現(xiàn)象做成了圖中的一個(gè)簡(jiǎn)化模型。由圖可見，電容量為C的平行板電容器的極板A和B水平放置。已知：若小球與極板發(fā)生碰撞，則碰撞后小球的速度立即變?yōu)榱?，帶電狀態(tài)也立即改變，改變后，小球所帶電荷符號(hào)與該極板相同，電量為極板電量的α倍（α<<1）。不計(jì)帶電小球?qū)O板間勻強(qiáng)電場(chǎng)的影響。重力加速度為g。

欲使小球能夠不斷地在兩板間上下往返運(yùn)動(dòng)，電動(dòng)勢(shì)ε至少應(yīng)大于多少？

答案：解：用Q表示極板電荷量的大小，q表示碰后小球電荷量的大小。要使小球能不停地往返運(yùn)動(dòng)，小球所受的向上的電場(chǎng)力至少應(yīng)大于重力，則：

其中q=αQ，又有Q=Cε

綜上所述，對(duì)于平行板電容器只要作到明確其結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、原理，知道其在實(shí)際電路中對(duì)電流所起的作用，運(yùn)用電場(chǎng)以及其他相關(guān)知識(shí)，便可以根據(jù)上述方法解決涉及電容器的實(shí)際問題。

4 高考考點(diǎn)總結(jié)

在進(jìn)行高中物理的總體學(xué)習(xí)時(shí)最應(yīng)該注意的就是基本的物理概念，規(guī)律和老師為解體步驟所總結(jié)的很多基本概念，也就是我經(jīng)常提到的基本知識(shí)。在高中物理中一些基本概念和結(jié)論的理解并不難。如果對(duì)近幾年的高考物理題目進(jìn)行總結(jié)，我們不難發(fā)現(xiàn)對(duì)于電容器這一部分的考核內(nèi)容并沒有難度太高的問題，往往都是圍繞最簡(jiǎn)單，最基礎(chǔ)的概念與知識(shí)進(jìn)行展開。尤其是在電容器、電容的出題方式總會(huì)以選擇題的題型考核學(xué)生對(duì)于電容器知識(shí)點(diǎn)基礎(chǔ)概念的理解，同時(shí)會(huì)將電場(chǎng)力做功、電場(chǎng)強(qiáng)度等一些與電磁場(chǎng)有關(guān)的知識(shí)點(diǎn)結(jié)合出題，綜合考查。通?？疾榈膯栴}有：電容器的電容動(dòng)態(tài)變化問題、平行板電容器的定義式即平行板間電場(chǎng)的應(yīng)用問題。電容器知識(shí)與帶電粒子及功能關(guān)系的綜合運(yùn)用。

5 學(xué)習(xí)方法總結(jié)

當(dāng)我們進(jìn)行對(duì)于電容器相關(guān)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行學(xué)習(xí)的時(shí)期，一定要充分記憶教材的電容器知識(shí)體系，熟練地把握相關(guān)重難點(diǎn)、考試范圍和公式要求。尤其是對(duì)于電容器概念和解體規(guī)律牢記于心，同時(shí)也要聯(lián)系其它物理概念和區(qū)分相似規(guī)律的相同點(diǎn)，盡量避免做題時(shí)出現(xiàn)一些小失誤。

當(dāng)然還要提高課堂聽課的效率，爭(zhēng)取老師在課堂進(jìn)行講解時(shí)，就已經(jīng)對(duì)相對(duì)應(yīng)的知識(shí)點(diǎn)有了一個(gè)整體的把握，這樣才能做到事半功倍的效果。尤其是對(duì)待電容器這樣重要的知識(shí)點(diǎn)時(shí)更要帶著問題進(jìn)行課堂前的預(yù)習(xí)，在聽課時(shí)就能相關(guān)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行理解。通過這樣整體且綜合的復(fù)習(xí)方法，不僅可以讓我們高效地去理解電容器的有關(guān)知識(shí)，不斷提高我們的思維能力，還能提高學(xué)習(xí)效率，不僅僅是在電容器進(jìn)行學(xué)習(xí)方面，其他方面也可以取得更加優(yōu)秀的成果。