资源简介

(共31张PPT)
第4节 电容器的电容
第十章
人教版 高中物理必修三
水可以用容器储存起来，电荷是不是也可以用一个“容器”储存起来。图中的元件就是这样的“容器” ——电容器。
新课导入
电容器是电气设备中的一种很重要的元件，在电子技术和电工技术中有很重要的应用。那么，它的内部构造是怎样的？
新课导入
1.构造：在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（空气也是一种电介质），就组成了一个最简单的电容器，叫作平行板电容器。
2.作用：储存电荷
思考：相邻的两个同学是否能构成电容器？
3.电路图符号：
任何两个彼此绝缘又相互靠近的导体都能构成电容器。
那么，如何往电容器内“装” 电荷呢？
一、电容器
使电容器的两个极板分别带上等量的异种电荷，这个过程叫充电。
U
（1）两极板带等量异种电荷； （2）电路中无电流。
（3）两极板间有与电源相等的电压；
（4）两极板间有匀强电场； （5）两极板间储存有电场能；
充电完成后：
V
R
C
S
a
b
1
2
E
电能
电场能
1.1、电容器的充电
U
V
R
C
S
a
b
E
已经充电的电容器两极板上的电荷的中和过程，叫放电。
（1）两极板带电量为0； （2）两极板间电压U=0；
（3）两极板间场强E=0； （4）两极板间无电场能。
放电完成后：
1
2
其他形式能
电场能
1.2、电容器的放电
思考：放电过程中灵敏电流计中电流的方向？
（2）若保持与电源连接，则板间电压 U 不变；
（3）若断开电源，则极板所带电量 Q 不变。
（1）充放电时间极短，充放电完成后，灵敏电流计的指针不偏转，
说明此时电路中没有电流。
关键点拨
在实际应用中需要注意：
电流传感器可以向电流表一样测量电流，不同的是，它的反应非常快，可以捕捉到瞬间的电流变化。
按照下图连接电路,先使开关S与1端连接,电源向电容器充电。然后把开关S掷向2端,电容器通过电阻R放电,传感器将放电电流的信息输入计算机,观察计算机屏幕上显示出的放电电流随时间变化的I-t图像,并思考下列问题:
(1)I-t图像与坐标轴所围成的“面积”的物理意义是什么
(2)怎样估算I-t图像与坐标轴所围成的“面积”,请计算
本次实验电容器放出的电荷量。
拓展学习：用传感器观察电容器的放电过程
实验设计
微元法: Q =I t
I-t图像“面积”表示电荷量
I
-
t图像
拓展学习：用传感器观察电容器的放电过程
照相机的闪光灯原理
照相机的闪光灯，在不到0.001s的短暂时间内发出强烈闪光，
瞬间电流很大，各种电池都不能承受。在实际中，常常用电容器帮助
闪光实现它的功能。拍照前用较长的时间（一般几秒）给电容器充电，
拍照时触发闪光灯，使电容器通过灯管瞬间
放电，发出耀眼的白光。然后电源又给电容
器充电，为下次闪光做准备。
闪光灯的内部结构
课堂练习
AD
既然电容器能储存电荷，那么如何反映电容器容纳电荷的本领大小呢？
把开关接1,用几节干电池串联后给A充电,可以看到A充电后两极板具有一定的电压。把开关接2,使另一个相同的但不带电的电容器B跟A并联(注意不要让手或其他导体跟电容器的两极接触）。电容器A所携带的电荷量发生怎样的变化,电压表示数有什么变化
实验探究
断开开关S1,闭合开关S2,让B的两极板完全放电,随后再断开开关S2,把B和A并联,电容器A所携带的电荷量变成原来的多少,电压表示数有什么变化
实验结论：对于同一电容器，电容器所带的电荷量Q与电容器两极板间的电势差U成正比，即比值Q/U 是一个常量；对于不同的电容器，这个比值一般不同。这个比值就表示了电容器储存电荷的特性。
实验探究
4.物理意义：描述电容器容纳电荷的本领。电容越大，表明在相同电势差情况下，电容器所带的电荷越多。
1.定义：电容器所带电量Q与电容器两极板间电势差 U 的比值，叫电容器的电容。用C表示;
2.定义式：
3.单位：法拉（F）
1F=1C/ V 1F=106μF=1012pF
二、电容
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，电容器损坏。这个极限电压称为击穿电压。
表示电容器性能的两个重要物理量
（1）电容器电容C
（2）电容器的耐压值：电容器所能承受的最大电压
额定电压
额定电压U
<
击穿电压Um
课堂练习
C
两平行金属板便可以制成一个简单的电容器，若想要制造一个容量较大的电容器，该怎么做？
请同学们参考课本P41拓展学习部分。
电容器的电容跟哪些因素有关？
问题与思考
有机玻璃板
+
+
+
+
+
+
-
-
-
-
--
改变d
改变S
改变
电介质

多媒体实验室
说明：静电计是在验电器的基础上制成的，用来测量导体间的电势差，从指针的偏转角度就可以知道两个导体间的电势差的大小。
三、探究影响平行板电容器电容的因素
保持电量Q不变时
决定式：
2．电容C随正对面积S减小而减小
1．电容C随极板距离d减小而增大
3．电容C会随着极板间不同的介质而变化
实验结论：
三、探究影响平行板电容器电容的因素
电介质 空气 煤油 石蜡 陶瓷 玻璃 云母 水
1.0005
2
6
6～8
4～11
2.0～2.1
81
空气的相对介电常数与1十分接近，研究中，空气对电容的影响一般可以忽略。
几种常用电介质的相对介电常数
三、探究影响平行板电容器电容的因素
几种常用电介质的相对介电常数
控制电压不变
例：（多选）平行板电容器充电平衡后仍与电源相连，两极板间的电压是U，充电荷量为Q，两极板间场强为E，电容为C，现将两极板间距离减小，则 （ ）
A.Q变大
B.C变大
C.E不变
D.U变小
AB
3.1、平行板电容器的动态分析
第一步：由题目首先确定电容器两端电压U不变还是电荷量Q不变；
控制电压不变
分析思路：
电容器与电源连接，U不变；
电容器与电源连接后断开，Q不变。
第二步：根据电容的决定式 判断电容C的变化；
第三步：根据电容的定义式 判断电荷量Q或两端电压U的变化；
第四步：根据匀强电场中电场强度关系 判断电场强度E的变化
3.1、平行板电容器的动态分析
控制电压不变
练1：用控制变量法，可以研究影响平行板电容器电容的因素，如图所示。设两极板正对面积为S，极板间的距离为d，静电计指针偏角为θ。实验中，极板所带电荷量不变，若(　　)
A．保持d不变，减小S，则θ不变
B．保持d不变，减小S，则θ变小
C．保持S不变，增大d，则θ变小
D．保持S不变，增大d，则θ变大
D
3.1、平行板电容器的动态分析
控制电压不变
练2：(多选)一平行板电容器充电后与电源断开,负极板接地。在两极板间有一电荷(电荷量很小)静止在P点,如图所示,以E表示电容器两极板间的电场强度大小,U表示电容器两极板间的电压,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。则(　　)
A.C变小
B.U变小
C.E不变
D.
BC
3.1、平行板电容器的动态分析
四、常用电容器
1.固定电容器
（1）聚苯乙烯电容器：
以聚苯乙烯薄膜为电介质，两层铝箔为极板。
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“+”、“-”极之分，不能接反，不能接交流电。
（2）电解电容器：
四、常用电容器
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。转动动片，使两组铝片的正对面积发生变化，电容相应变化。
可变电容器按其使用的介质材料可分为空气介质可变电容器和固体介质可变电容器。
四、常用电容器
3.超级电容器：
超级电容器是指介于传统电容器和充电电池之间的一种新型储能装置，它既具有电容器快速充放电的特性，同时又具有电池的储能特性。
课堂总结
1、电容器的结构和作用：
2、电容器充电和放电的特点：
3、电容的定义和物理意义：
4、影响平行板电容器的因素：
5、平行板电容动态分析思路：
6、常用电容器：
【练习1】如图，由两块相互靠近的平行金属板组成的平行板电容器，极板N与静电计相接，极板M和静电计的外壳都接地。用静电计测量平行板电容器两极板间的电势差U。在整个实验过程中，保持电容器所带电量Q不变，下面哪些操作将使静电计指针张角变小（　　）
A．将N板向下平移
B．将M板沿水平向左方向远离N板
C．在M、N之间插入介质
D．将M板向上移动的同时远离N板
【正确答案】C
课堂练习
【练习2】电容器是一种重要的电学元件，它能够储存电荷。电容器储存电荷的特性用电容表征。如图所示，在研究电容器充、放电的实验中，使开关S掷向1端，电源E对电容器C充电。下列图像中，能正确反映电容器充电过程中电流与时间、电荷量与电压关系的是（　　）
A． B．
C． D．
【正确答案】A
课堂练习
【练习3】在生产纺织品、纸张等绝缘材料过程中，为了实时监控材料的厚度，生产流水线上设置如图所示的传感器，其中甲、乙为平行板电容器的上、下两个固定极板，分别接在恒压直流电源的两极上。当通过极板间的材料厚度减小时，下列说法正确的是（　　）
A．有负电荷从a向b流过灵敏电流计G
B．甲、乙两板间材料内的电场强度为零
C．乙板上的电荷量变小
D．甲、乙平行板构成的电容器的电容增大
【正确答案】C
课堂练习

展开更多......

收起↑