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10.4 电容器的电容
第十章 静电场中的能量
教学目标
1.知道电容器的概念,认识常见的电容器
2.掌握电容的定义、公式、单位,并会应用定义式进行简单的计算
3.知道平行板电容器的电容公式,知道改变平行板电容器的电容大小的办法
引入
功放音响的线路板
引入
计算机的线路板
引入
形形色色的电容器
电容器
1.基本构造:任何两个彼此绝缘又相距很近的导体,都可以看成一个电容器
2.电容器的作用：用来容纳(存储)电荷
电容器
3.充电、放电:使电容器两个极板分别带上等量的异种电荷,这个过程叫充电
使电容器两极板上的电荷中和,电容器不再带电,这个过程叫放电
充电、放电过程中电路中有短暂的充电电流
电容器
4.从能量的角度区分充电与放电:充电是从电源获得能量储存在电容器中,放电是把电容器中的电场能转化为其他形式的能
5.电容器的电荷量:其中一个极板所带电荷量的绝对值
电容器
1.充电过程的特点
(1)充电电流从电容器正极板流入,从电容器负极板流出
(2)充电时电容器所带电荷量增加,极板间电压升高,极板间电场强度增大
(3)电容器充电结束后,电容器所在电路中无电流,电容器两极板间电压与充电电压相等
(4)充电过程中,其他能转化为电容器中的电场能
电容器
2.放电过程的特点
(1)放电电流从电容器正极板流出,从电容器负极板流入
(2)放电时电容器所带电荷量减少,极板间电压降低,极板间电场强度减弱
(3)电容器放电结束后,电容器所在电路中无电流,电容器不再带有电荷,电容器两极板间电压为零
(4)放电过程中,电场能转化为其他能
电容器
例1(多选)关于电容器的充、放电过程,下列说法中正确的是(　　)
A.充、放电过程中外电路有变化电流
B.充、放电过程中外电路有恒定电流
C.充电过程中电源提供的电能全部转化为内能
D.放电过程中电容器中的电场能逐渐减小
解析:电容器充、放电过程中,外电路中有短暂的变化电流,且电流是逐渐减小的,选项A对,B错;充电过程中电源提供的电能有一部分储存到电容器两板间的电场中,选项C错;放电过程中,随着电容器两板间所带的电荷量逐渐减小,电场强度也逐渐减小,电场能也逐渐减小,选项D对
AD
电容
电容器有储存电荷和电场能的本领
如何标定电容器的这种本领的大小？
电容
1.定义:电容器所带的电荷量Q与电容器两极板之间的电势差U的比值,叫作电容器的电容,用C来表示
2.定义式:C=
3.物理意义:电容是表示电容器容纳电荷本领的物理量,数值上等于使两极间的电势差为1 V时,电容器需要带的电荷量
4.单位:法拉,简称法,用F表示。常用单位还有:pF、μF,单位间的关系是:1 pF=10-6 μF=10-12 F
电容
“电容器带电越多,电容越大,不带电时,电容为零”.此说法对吗 为什么？
不对，电容是电容器本身的性质，与电容器是否带电没有关系
不对，电容是电量与电压的比值，AB 的电压大小情况未知。
“若A电容器带电比B电容器带电量多,则A的电容就比B的电容大”此说法对吗 为什么？
C1
电容
画出电容器的Q-U图象
C2
图中C1和C2的关系如何
C1>C2
平行板电容器的电容
两极板间的距离d
两极板间的正对面积S
是否插入电介质或电介质的种类
平行板电容器的电容跟哪些因素有关？
利用控制变量法进行实验验证
平行板电容器的电容
影响平行板电容器电容大小的因素
操作：向上移动B板
现象：静电计张角变大
结论：保持电量Q和两板距离d不变,两极板的正对面积S越小,电势差越大,表示电容越小
平行板电容器的电容
操作：向左移动B板
现象：静电计张角变大
结论：保持电量Q和正对面积S不变,两极板的距离d越大,电势差越大,表示电容越小。
平行板电容器的电容
操作：在两极板间插入电介质
现象：静电计张角变小
结论：插入电介质后,电势差减小,表示电容变大
平行板电容器的电容
1.公式:
εr是电介质的介电常数
S是两极板的正对面积
k是静电力常量
d是两极板的距离
2.决定因素:平行板电容器的电容与两板正对面积成正比,与两板间的距离成反比,与两板间电介质的介电常数成正比
平行板电容器的电容
平行板电容器的电容
例2 对电容C=Q/U,以下说法正确的是(　　)
A.电容器充电电荷量越多,电容增加越大
B.电容器的电容跟它两极板间所加电压成反比
C.电容器的电容越大,所带电荷量就越多
D.对于确定的电容器,它所充的电荷量跟它两极板间所加电压的比值保持不变
解析:电容是描述电容器储存电荷特性的物理量,一旦电容器确定了,电容C便不再变化。C=Q/U是定义式,不是决定式,无论带电荷量Q和电压U如何变化,其比值始终不变
D
平行板电容器的电容
例3 (多选)下列关于电容的说法正确的是 (　　)
A.电容是反映电容器容纳电荷本领的物理量
B.电容器A的电容比B的大,说明A的带电荷量比B多
C.电容在数值上等于使两极板间的电势差为1 V时电容器需要带的电荷量
D.由公式C= 知,若电容器两极板间电压为10 V,极板带电荷量为2×10-5 C,则电容器电容大小为5×105 F
解析:电容反映电容器容纳电荷本领的大小,A对;电容器A的电容比B的大,只能说明电容器A容纳电荷的本领比B强,与带电荷量多少无关,B错;根据电容的定义式可知C对;电压为10 V,电荷量为2×10-5 C时,电容C= =2×10-6 F,D错
AC
电容器的动态分析
两类情况:
①平行板电容器两极板始终与电源两极相连(此时板间电压U保持不变);
②电容器充电后与电源断开(此时电荷量Q保持不变)。
分析思路:
电容器的动态分析
电容器的动态分析
例4 (多选)如图所示,电路中A、B为两块竖直放置的金属板,C是一只静电计,开关S合上后,静电计指针张开一个角度,下述做法可使静电计指针张角增大的是 (　　)
A.使A、B两板靠近一些
B.使A、B两板正对面积减小一些
C.断开S后,使B板向右平移一些
D.断开S后,使A、B正对面积减小一些
CD
电容器的动态分析
解析:静电计显示的是A、B两极板间的电压,指针张角越大,表示两板间的电压越高。当合上S后,A、B两板与电源两极相连,板间电压等于电源电压不变,静电计指针张角不变;当断开S后,板间距离增大,正对面积减小,都将使A、B两板间的电容变小,而电容器所带的电荷量不变,由C= 可知,板间电压U增大,从而静电计指针张角增大,所以选项C、D正确
电容器的动态分析
例5 (多选)如图所示,平行板电容器两极板A、B与电池两极相连,一带正电小球悬挂在电容器内部。闭合开关S,充电完毕后悬线偏离竖直方向夹角为θ,则(　　)
A.保持S闭合,将A板向B板靠近,则θ增大
B.保持S闭合,将A板向B板靠近,则θ不变
C.断开S,将A板向B板靠近,则θ增大
D.断开S,将A板向B板靠近,则θ不变
解析:保持开关S闭合,电容器两端间的电势差不变,带正电的A板向B板靠近,极板间距离减小,电场强度E增大,小球所受的静电力变大,θ增大,故A正确,B错误;断开开关S,电容器所带的电荷量不变, C=,E=,知d变化,E不变,静电力不变,θ不变,故C错误,D正确
练习
1.某电容器上标有“25 μF　450 V”字样,下列对该电容器的说法正确的是(　　)
A.要使该电容器两极板之间电压增加1 V,所需电荷量为2.5×10-5 C
B.要使该电容器带电荷量为1 C,两极板之间需加电压2.5×10-5 V
C.该电容器能够容纳的电荷量最多为2.5×10-5 C
D.该电容器能够承受的最大电压为450 V
解析:由电容器的定义式C=可得C=,所以ΔQ=C·ΔU=2.5×10-5×1 C=2.5×10-5 C,A正确。若Q=1 C,则U==4×104 V,B错误。当电容器的电压为450 V时,电容器的电荷量Q'=CU'=2.5×10-5×450 C=1.125×10-2 C,C错误。450 V是电容器的额定电压,低于击穿电压,D错误
A
练习
2.(多选)连接在电源两极上的平行板电容器,当两极板间距离减小时(　　)
A.电容器的电容C变大
B.电容器极板的带电荷量变大
C.电容器两极板间的电势差U变大
D.电容器两极板间的电场强度E变大
ABD
解析:电容器两极板间距离减小,由C∝得其电容变大,所以A正确;因为电容器连在电源上,所以两极板间的电压保持不变,故C错误;由Q=CU得电容器所带电荷量变大,所以B正确;由E=知,两极板间的电场强度变大,所以D正确
练习
3.据国外某媒体报道,科学家发明了一种新型超级电容器,能让手机几分钟内充满电。某同学假日登山途中用该种电容器给手机电池充电,下列说法正确的是(　　)
A.该电容器给手机电池充电时,电容器的电容变大
B.该电容器给手机电池充电时,电容器存储的电能变少
C.该电容器给手机电池充电时,电容器所带的电荷量可能不变
D.充电结束后,电容器不带电,电容器的电容为零
解析:电容是描述电容器的容纳电荷的本领大小的物理量,与电容器的电压及电荷量无关,故AD错;当该电容器给手机电池充电时,电容器存储的电荷量减小,则电能变少,故B对,C错。选B
B
本课结束

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