淺談高中物理學習中電容器知識點的學習方法

紀泓宇

（江蘇省運河中學，江蘇邳州 221300）

1 電容器的介紹

什么是電容器？很多同學也許在學習電容器之后還缺少對電容器有一個大概的認識，本文便先從介紹何為電容器開始。

電容器，簡而言之就是一種可以容納電荷的電子元件，在物理學中通常用“C”代表電容器。在日常生活中我們經常可以見到電容器，尤其是在一些電子設備中，電容器被大量使用于控制電荷，廣泛應用于電路中的隔直通交，耦合，旁路，濾波，調諧回路，能量轉換，控制等方面。

2 高考中電容器的考點

2.1 平行板電容器的特點

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 平行板電容器簡化模型

2.2 充、放電過程

充電與放電：把電容器的一個極板與電池組的正極相連，另一個極板與負極相連，使電容器帶電叫充電，使充電后的電容器失去電荷叫放電。充電時兩個極板上的電荷由于相互吸引而保存下來，兩極板間有電場存在。充電時是由其他形式能轉化為電場能儲存在電容器中，放電時由電場能轉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，此時的充電電流，電流方向均為為逆時針運行，電流強度也是由大向小產生變化；此過程伴隨著板間電壓提高；電場強度上升；電場能增大：同理，當充電結束時電容器的電流也會停止運動，此時的板間電壓與充電電壓會保持一個相同的數值。

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電荷中和，電容器又不帶電了，電流強度和充電時比較，由大向小反向發生變化；此過程伴隨著板間電壓降低；電場強度減弱；電場能減小。放電后，電兩極板間不再有電場。

2.3 基本公式

2.4 解題基本規律

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。當電容器的板間距離d、正對面積S、介電常數ε發生變化時，由以上公式可知C、Q和E會隨著發生變化。

電容器充電后斷開電源，極板的電荷量Q不變。當電容器的板間距離d、正對面積S、介電常數ε發生變化時，由以上公式可知C、Q和E會隨著發生變化。

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。因為直流電的大小和方向不變，當把電容器剛接入直流電路時，因為電容器的充電使得電路是通路，穩定后電路是斷路。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”。在交流電路中當交流電的頻率增大時，交流電的大小和方向的變化更快，電容器的容抗會減小，所以在交流電路中電容器的另一個作用是“通高頻阻低頻”。例如：如圖3，要求前級輸入包含低頻與高頻成分的信號，后級輸出僅含低頻成分的信號。我們知道，電容的容抗與頻率有關，頻率越高，容抗越低，相當于小電阻。圖中的電容器的容抗十分小，相當于一條電阻十分小的支路，于是高頻信號就在此處被短路了，而不能到達后級輸出。相反，對于低頻信號，圖中的電容容抗大，故不會被短路，同時能到達后級輸出。

3 具體例題

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

老師為了向同學們解釋眼前所發生的情況，將盒中的現象做成了圖中的一個簡化模型。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：若小球與極板發生碰撞，則碰撞后小球的速度立即變為零，帶電狀態也立即改變，改變后，小球所帶電荷符號與該極板相同，電量為極板電量的α倍（α<<1）。不計帶電小球對極板間勻強電場的影響。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動，電動勢ε至少應大于多少？

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動，小球所受的向上的電場力至少應大于重力，則：

其中q=αQ，又有Q=Cε

綜上所述，對于平行板電容器只要作到明確其結構、性質、原理，知道其在實際電路中對電流所起的作用，運用電場以及其他相關知識，便可以根據上述方法解決涉及電容器的實際問題。

4 高考考點總結

在進行高中物理的總體學習時最應該注意的就是基本的物理概念，規律和老師為解體步驟所總結的很多基本概念，也就是我經常提到的基本知識。在高中物理中一些基本概念和結論的理解并不難。如果對近幾年的高考物理題目進行總結，我們不難發現對于電容器這一部分的考核內容并沒有難度太高的問題，往往都是圍繞最簡單，最基礎的概念與知識進行展開。尤其是在電容器、電容的出題方式總會以選擇題的題型考核學生對于電容器知識點基礎概念的理解，同時會將電場力做功、電場強度等一些與電磁場有關的知識點結合出題，綜合考查。通常考查的問題有：電容器的電容動態變化問題、平行板電容器的定義式即平行板間電場的應用問題。電容器知識與帶電粒子及功能關系的綜合運用。

5 學習方法總結

當我們進行對于電容器相關知識點進行學習的時期，一定要充分記憶教材的電容器知識體系，熟練地把握相關重難點、考試范圍和公式要求。尤其是對于電容器概念和解體規律牢記于心，同時也要聯系其它物理概念和區分相似規律的相同點，盡量避免做題時出現一些小失誤。

當然還要提高課堂聽課的效率，爭取老師在課堂進行講解時，就已經對相對應的知識點有了一個整體的把握，這樣才能做到事半功倍的效果。尤其是對待電容器這樣重要的知識點時更要帶著問題進行課堂前的預習，在聽課時就能相關知識點進行理解。通過這樣整體且綜合的復習方法，不僅可以讓我們高效地去理解電容器的有關知識，不斷提高我們的思維能力，還能提高學習效率，不僅僅是在電容器進行學習方面，其他方面也可以取得更加優秀的成果。