资源简介

第二章 电势能与电势差
第5节 科学探究：电容器
据记载，1752年，美国科学家富兰克林用风筝引“天电”，并收集在瓶中。
“费城实验”
这就是著名的：
“莱顿瓶”
为什么“莱顿瓶”能储存电荷？
电容器
能收集储存电荷
1.知道电容器的概念，通过实验感知电容器的充、放电现象。
2.理解电容的定义、公式，并会应用定义式进行简单的计算。
3.了解影响平行板电容器大小的因素及平行板电容器电容公式。
4.认识常用的电容器，知道电容器在生活中的应用。
知识点一：观察电容器的充、放电现象
当原来不带电的电容器的两极板连接电源时，电容器充电，两极板会分别带上等量异种电荷，如图（a）所示。
能储存电荷的电学元件称为电容器（capacitor）。两块彼此绝缘的平行金属板可组成最简单的电容器，即平行板电容器。
电容器充电后，两极板间存在电场，电荷因受静电力的作用而储存在极板上。当充电后的电容器两极板通过电流计接通时，电路中会形成瞬时电流而发生放电，使两极板的电荷中和而不再带电，如图 （b）所示。
下面我们通过实验来研究电容器的充电和放电。
实验：观察电容器的充放电现象
实验目的：观察了解电容器充放电过程中，两极板间电压和电流的变化
实验原理：
实验器材：电解电容器、直流电源、电流计、电压表、电阻、单刀双掷开关、导线。
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。

(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。
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。

(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。
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
电容器充电后的特点：
＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋
－ － － － － － － －
＋Q
－Q
两极间有电压U
充电后的电容器两极间的电压，叫电容器的电压。
电容器的带电量Q越多，电压U越高。
知识点二：电容器的电容
不同的电容器容纳电荷的能力是不一样的。
怎么来表示电容器容纳电荷的本领呢？
1.定义：电容器所带电量Q与电容器两极间的电压U的比值，叫电容器的电容。
2.公式：C＝????????.
?
＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋
－ － － － － － － －
＋Q
－Q
容纳电荷的本领，
与水桶截面积S类比
3.单位：在国际单位制中，电容的单位是法拉，简称法，符号是F，常用单位还有微法（μF）和皮法（pF）
1 F＝106 μF＝1012pF.
?
电容由电容器本身的构造决定：
电容器的电容是反映电容器容纳电荷本领的物理量，用比值 来定义，但它却是由电容器自身的构造决定的，与所带电荷量Q和所加电压U无关．即使电容器不带电，其电容仍然存在，并且是一个确定的值
静电计：静电计本身是一个电容器。当指针所带的电量越多时，指针的打开角度就会越大，指针与壳之间的电势差也就越大。
让静电计的金属球与平行板电容器通过导线相连，当电荷停止运动后，静电计球与壳间的电势差就与平行板电容器两极板间的电势差相等。
从静电计指针的打开角度可以定性的知道平行板电容器两端的电势差变化。
结论：
平行板电容器的电容C与极板的正对面积S成正比，与极板间距离d成反比。
4.电容决定式：在真空中，电容的大小
如果极板间充满电介质，电容的大小
k为静电力常数
电介质介电常数
平行板电容器的动态分析
例题：如图所示，一平行电容板的两端与电压为 U 的恒压电源相连。极板上带电荷量为 。若只将两极板间的距离增大为原来的 2 倍，求电容器极板上的电荷量。
解：由C=????r????4π????????和已知条件，可得：
C’=????4π????????×2????=????2
?
又由于 = CU
所以Q′= C′U = ????2
?
知识点三：常用电容器及其应用
可变电容器
固定电容器
1.按电容是否可变：电容分为
符号
符号
2.按电介质分：
聚苯乙烯电容器
电解电容
陶瓷电容器
纸介质电容器
等……
标称电压也是额定电压。
电容不能在高于这个电压下工作
电容能承受的最大电压称为击穿电压
高于这个电压电容器将被击穿。
电容器的外壳标有电压值和电容值
1.用两节相同的电池给两个电容器C1和C2充电，已知C1＜C2，当达到稳定状态时，两电容器的电势差分别为U1和U2，则( )
A．U1＞U2
B．U1=U2
C．U1＜U2
D．无法确定U1与U2的大小关系
B
2.用两节相同的电池给两个原来不带电的电容器C1和C2充电，已知C1＜C2，当达到稳定状态时，两电容器每板的带电量分别为Q1和Q2，则 (　 )
A．Q1＞Q2
B．Q1=Q2
C．Q1＜Q2．
D．无法确定Q1与Q2的大小关系．
C
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，电容器所带的电荷量可能不变
C．该电容器给手机电池充电时，电容器存储的电能变少
D．充电结束后，电容器不带电，电容器的电容为零
C
4.如图所示，指纹采集装置中的半导体基板上有大量相同的小极板，外表面绝缘。当手指的指纹一面与绝缘表面接触时，由于指纹凸凹不平，凸点处与凹点处分别与半导体基板上的小极板形成一个个正对面积相同的电容器，若每个电容器的电压保持不变，则在指纹采集过程中，下列说法正确的是（　　）
A．指纹的凹点处与小极板距离远，电容大
B．指纹的凸点处与小极板距离近，电容小
C．手指挤压绝缘表面，电容器两极间的距离减小，电容器带电量减小
D．手指挤压绝缘表面，电容器两极间的距离减小，电容器带电量增大
D

展开更多......

收起↑