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10.4 电容器的电容
水可以用容器储存起来，电荷也可以用一个“容器”储存起来。图中的元件就是这样的“容器”——电容器。那么，它内部的构造是怎样的？它是怎样“装进”和“倒出”电荷的呢？
电容器
思考与讨论P38
储存（充电）
释放（放电）
1.定义：任意两个相互靠近但彼此绝缘的导体构成的电学元件。
3.作用：存储电荷(存储电场能)。
一、电容器：
4.电路图符号：
2.平行板电容器：由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）构成。
绝缘物质（电介质）
5.电容器分类
以聚苯乙烯薄膜为电介质，两层铝箔为极板.
符号：
（1）固定电容器
②电解电容器：
用铝箔做一个极板，以铝箔上很薄的一层氧化膜为电介质，用浸过电解液的纸做另一个极板。
有正负极之分，连接时不能接错,不能接交流电
＋
符号：
①聚苯乙烯电容器：
(2)可变电容器：
两极由两组铝片组成，固定的一组铝片叫做定片；可以转动的一组铝片叫做动片;空气为电介质。
通过转动动片，使两组铝片的正对面积发生变化，使得电容器的电容变化。
符号：
1.充电过程：
电子从电源的负极出发，流向下极板，电子从上极板出发流向电源正极（电子定向移动），导致两极板带等量异号电荷。
二、平行板电容器的充放电过程:
++++
----
充电现象（将开关拨到1）：
(1)电流表指针右偏，说明有顺时针的电流；
(2)与电源正极连接的极板失电子，带正电；与电源负极连接的极板得电子，带负电；
(3)极板间形成从上到下的匀强电场；
(4)充电时，电容器储存电场能；
(5)充电完毕，电流表指针回到原位，电路中电流为0。
I
-
2. 放电过程：
用导线将充电后的电容器两极接通，电子从负极板出发，流向正极板，两极板电荷发生中和，最终不带电。
++++
----
放电现象（将开关拨到2):
(1)电流表指针左偏，说明有逆时针的电流
(2)放电时，电容器储存电场能放出；
(3)放电完毕，电场极板间电场为零；
极板所带电量为零；
电路中电流为零；
两极板之间电压为0。
-
I
3.充电（放电）过程中电流（电压）随时间的变化图像
充电过程
放电过程
1.用图10.4-1的电路给电容器充、放电。开关S接通1，稳定后改接2，稳定后又改接1，如此往复。下表记录了充、放电过程中某两个时刻通过电流表的电流方向，试根据该信息。在表格内各空格处填上合理的答案。
练习：课本P43
减小
增大
2
1
减小
增大
电场能—焦耳热
电源能量—电场能
放电
充电
小结：
充 电 放 电
电流方向
电 压
电 荷 量
能 量
电源正极流向电容器正极板
电容器负极板流向电源负极
两极所带电荷量增加
两极间电压逐渐增加
直到与充电电压相等
电源的能量转化为电场能
电容器正极板流向
电容器负极板
两极所带电荷量减少
两极间电压逐渐减小
直至为0
电场能转化为其他形式能量
思考1.在放电I-t 图中画一个竖立的狭长矩形，它的面积的物理意义是什么？
t =0.2s可以认为电流I不变，因Q=I t ，即面积表示在0.2s内电容器的放电量。
思考2.怎样根据 I-t 图像估算电容器在全部放电过程中释放的电荷量？试着算一算。
算出每一个格子的面积，大于半格算一个，小于半格舍去，图像所包含的格子的总面积为全过程释放的电荷量。
思考讨论课本P39
思考3：电容器充电过程中，两极板所带电荷量变多，两极板的电势差也在增大；放电过程中，两极板的电荷量变少，极板间的电势差也在减少。
那么，电容器所带电荷量和极板间电势差之间有怎样的定量关系呢？
三、电容：
电容器所带电量Q与两极板间的电势差U比值叫电容器的电容，用C表示（课本P40）。
3.单位：
1F = 106μF = 1012pF
2.定义式：
1.定义：
（采用比值定义）
4.物理意义：反映电容器容纳电荷（储存能量）的本领。
注意：这里的电容器所带的电荷量Q是指单个极板所带电荷量的绝对值。
法拉 F
电容器的电容在数值上等于使两个极板间电势差为1V时电容器需要带的电荷量。
5.公式变形：
Q=CU
6.固定电容器（C一定）两极板间电压与电荷量关系图像：
ΔQ
U
Q1
Q2
U1
U2
Q
ΔU
C== =
注：该公式是电容的定义式，但电容本身不由Q、U决定!
8.击穿电压和额定电压：
(1)击穿电压：加在电容器两极板上的电压不能超过某一个限度，超过这个限度，电介质将被击穿，此时电容器将不能继续储存电荷。
(2)额定电压：电容器正常工作时两极板上的最大电压，称为额定电压。
额定电压比击穿电压低
外壳上标的电压是额定电压
试计算该电容器能储存的最大电荷量？
拓展：电容器储存电场能的本领计算公式：
请用图像法证明
E===
四、平行板电容器的电容（课本41页）
静电计：用来测电压，两板间电压越大，指针偏转角度越大。
控制Q、d不变
控制Q、S不变
控制Q、d、S不变
1.研究影响平行板电容器大小的因素
控制变量法
3.电容决定式:
k—静电力常量;
εr—相对介电常数;
S—两极板正对面积;
d—极板距离;
电容器电容C与Q、U无关，由电容器本身性质（如s、d、 εr）决定。
2.实验结论：减小平行板电容器两板的正对面积，增大两板之间的距离都能够减小平行板电容器的电容。而在两极板之间插入电介质，却能增大平行板电容器的电容，反之亦然。
公式 内容
公式类别 定义式 决定式
适用范围 任何电容器 平行板电容器
意义 对一个固定电容器C是不变的，Q与U成正比，C反映容纳电荷本领 对于平行板电容器，电容C与εr、S成正比，与d成反比
联系 对于电容器，电容C可以由Q/U来度量，但平行板电容器的电容C的值却是由εr、S、d决定的，与Q和U无关
拓展：公 式 与 的比较
2.有人用图10.4-9描述某电容器充电时，其电荷量Q、电压U、电容C之间的相互关系，请判断它们的正误，并说明理由。
课本P43
典例：有一充电的平行板电容器，两板间电势差为3 V，现使它的电荷量减少3×10－4 C，于是电容器两板间的电势差降为原来的1/3，则此电容器的电容是多大？电容器原来带的电荷量是多少？若将电容器极板上的电荷量全部放掉，电容器的电容是多大？
五、可变电容器动态分析
1.充满电后，仍连接电源，电容两端电压U不变。
（1）改变两板间距d
d增大
d减小
E增大
C增大
E减小
C减小
Q减小
Q增大
电容器放电
电容器充电
（2）改变两板正对面积S
S增大
S减小
C增大
C减小
Q减小
Q增大
电容器充电
电容器放电
（3）改变εr
εr增大
C增大
Q增大
电容器充电
Q减小
εr减小
C减小
电容器放电
U=Q/C
E=U/d=4πkQ/Sεr
（1）改变两板间距d
d增大
d减小
C增大
C减小
U=Q/C
U减小
U增大
（2）改变两板正对面积S
S增大
S减小
E减小
C增大
E增大
C减小
U减小
U增大
（3）改变εr
εr增大
E减小
C增大
U增大
U减小
εr减小
E增大
C减小
E=U/d=4πkQ/Sεr
2.充满电后，断开电源，电容器所带电量Q不变。
例1.如图所示电容器充电结束后保持与电源连接，电源电压恒定，带电油滴在极板间静止，若将板间距变大些，则油滴的运动将（ ）
A．向上运动
B．向下运动
C．保持静止
D．向左运动
B
例2.一个平行板电容器充电后与电源断开，负极板接地，两极板间有一正电荷(电荷量小)固定在P点，如图所示.以E表示两极板间的场强，U表示电容器两极板间的电压，EP表示正电荷在P点的电势能.若保持负极板不动，将正极板移到图中虚线所示的位置，那么( )
A．U变小，E不变
B．E变大， EP变大
C．U变小， EP不变
D．U不变， EP不变
AC

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