【课件】电容器的电容+课件-2022-2023学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册.pptx

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1、4.电容器的电容第十章 静电场中的能量导入新课小实验：自制电容器放电游戏【操作】将两只相同的不锈钢碗，中间隔着一层保鲜膜，摞在一起。请三位学生站在讲台上，手拉手排成一排，第一位学生托住其中一只碗的碗底，教师用橡胶棒摩擦不断对另一只碗充电，然后让最后一位学生用另一只手去拿上面的碗。【现象】在最后一位学生的手接触上面碗的瞬间，三位学生同时感到被电击了一下。【思考】三位同学被电击说明什么？一、电容器1.用来储存电荷的“容器”叫电容器（电路符号：）。根据以上小实验和常见电容器结构（如图），交流归纳电容器内部的主要构造。极板和绝缘介质交流讨论一、电容器(1)开关S分别拨到1、2时，电流表指针会发生偏转吗

2、？指针偏转方向相同吗？电流会一直存在吗？开关S分别拨到1、2时，电流表指针发生偏转；指针偏转方向相反；电路稳定后，电流表读数为0。2.电容器是怎样“装进”和“倒出”电荷的呢？观察电路（如图）实验现象，电流表指针可指示经过的电流大小及方向，思考：一、电容器(2)开关S拨到1（充电）时电压表读数如何变化？电流表指针对应的偏转情况如何？电压表读数最大时，电流表的读数有何特点；此时断开电源，电压表还有读数吗？开关S拨到1时，电压表读数增大到某一值；电流表指针向右偏转，偏转角度逐渐减小；电压表读数最大时，电流表的读数为0；此时断开电源，电压表读数不变。2.电容器是怎样“装进”和“倒出”电荷的呢？观察电路

3、（如图）实验现象，电流表指针可指示经过的电流大小及方向，思考：一、电容器(3)开关S拨到2（放电）时电压表读数如何变化？电流表指针对应的偏转情况如何？电压表读数为0时，电流表的读数有何特点？开关S拨到2时，电压表读数逐渐减小到0；电流表指针向左偏转，偏转角度逐渐减小；电压表读数为0时，电流表的读数也为0。2.电容器是怎样“装进”和“倒出”电荷的呢？观察电路（如图）实验现象，电流表指针可指示经过的电流大小及方向，思考：一、电容器(1)电容器的充电电流方向与放电电流方向有何关系？充电电流方向与放电电流方向相反(2)电容器的充电电流和放电电流的大小如何变化？充电电流和放电电流的大小都是逐渐减小到0，

4、即有短暂的充、放电电流。3.根据上述实验现象思考下列问题：一、电容器(3)充电过程中，电容器两极板间的电势差如何变化？能量如何转化？随着电容器极板所带的电荷量越来越多，两极板间的电场强度越来越大，电势差也越来越大。当两极板之间的电势差增大到电源电压时，充电结束，能量储存最多，充电过程中，电源的能量不断储存在电容器中。3.根据上述实验现象思考下列问题：一、电容器(4)放电过程中，电容器两极板间的电势差如何变化？能量如何转化？随着电容器极板所带的电荷量越来越少，两极板间的电场强度越来越小，电势差也越来越小。当两极板之间的电势差减小到0时，放电结束，能量储存为0，放电的过程中，电容器把储存的能量通过

5、电流做功转化为电路中其他形式的能量。3.根据上述实验现象思考下列问题：一、电容器1、电容器定义及组成（1）定义：电路中具有储存电荷功能的装置叫作电容器。梳理深化（2）组成：由两个互相靠近，彼此绝缘的导体组成。如平行板电容器。一、电容器2、电容器的充、放电过程 项目充电过程放电过程电流方向电流大小极板电荷量板间电场结果增大减小增加减少增强减弱板间电压与电源相同，两极板带等量异种电荷板间电压为零，极板电荷中和【例1】如图所示实验中，关于平行板电容器的充、放电，下列说法正确的是（）A开关接1时，平行板电容器充电，且上极板带正电B开关接1时，平行板电容器充电，且上极板带负电C开关接2时，平行板电容器充

6、电，且上极板带正电D开关接2时，平行板电容器充电，且上极板带负电A一、电容器巩固提升取一个电容器A和数字电压表相连，把开关S1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。二、电容1、电容器所带的电荷量跟两极板间的电势差是否存在某种定量关系？如何探究？实验：探究电容器两极板间电势差跟所带电荷量的关系（电路图如图）交流讨论二、电容操作1：把开关S1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板接触，以免所带电荷漏失），观察电压表示数有何变化；电压表示数变为原来的一半。操作2：断开开关S1，闭合开关S2，让B的两极板完全放电，随后再

7、断开开关S2，把B和A并联，观察电压表示数有何变化；电压表示数再次减少一半。继续上述操作二、电容思考下列问题：(1)根据上述实验结果，可以看出电容器的电荷量与两极板间的电势差有怎样的关系？电容器所带的电荷量Q与两极板之间的电势差U之比是不变的。(2)将实验中的电容器A、B换成另外两个相同的电容器C、D，重复上述操作，不同的电容器，电容器所带的电荷量Q与两极板之间的电势差U的比值是否相同？不同的电容器，这个比值一般是不同的。可见电荷量Q与电势差U之比表征了电容器储存电荷的特性。二、电容(4)是否可以根据 认为，电容器的电容与电容器所带电荷量成正比，与电容器两极板间的电势差成反比？不可以。电容是电

8、容器本身的一种属性，大小由电容器自身的构成情况决定，与电容器是否带电、带多少电荷量以及电容器两极板间的电势差均无关。(3)如何描述电容器储存电荷的特性？电容器所带的电荷量Q与电容器两极板间的电势差U的比值，叫作电容器的电容。表达式：二、电容2.电容器的电容是由哪些因素决定的？如何探究？平行板电容器是最简单的，也是最基本的电容器。几乎所有电容器都是平行板电容器的变形。实验：探究平行板电容器电容的影响因素如图所示，用静电计测量已经充电的平行板电容器两极板之间的电势差 U。根据 ，由实验中电势差的变化判断电容的变化，从而得出电容与影响因素的关系。二、电容S减小，电势差U增大，说明电容C减小；S增大，

9、电势差U减小，说明电容C增大。操作1：保持极板上的电荷量Q不变，两极板间的距离d也不变，改变两极板的正对面积S，通过静电计指针的变化得到两极板之间电势差的变化。根据 ，由电势差的变化判断电容的变化，从而得到正对面积S对电容C的影响。二、电容d增大，电势差U增大，电容C减小；d减小，电势差U减小，电容C增大。操作2：保持极板上的电荷量Q不变，两极板的正对面积S也不变，改变两极板间的距离d，通过静电计指针的变化得到两极板之间电势差的变化。根据 ，由电势差的变化判断电容的变化，从而得到两极板之间的距离d 对电容C的影响。二、电容插入电介质，电势差U减小，电容C增大。操作3：保持Q、S、d都不变，在两

10、极板间插入电介质，例如有机玻璃板。通过静电计指针的变化得知两极板间电势差的变化。根据 ，由电势差的变化判断电容的变化，从而得到两极板之间电介质的存在对电容C的影响。二、电容通过上述实验可以得出电容C由哪些因素决定？与各因素的关系如何？平行板电容器的电容C由两极板的正对面积S、两极板之间的距离d、两极板之间的电介质决定。理论分析表明，当平行板电容器的两极板之间充满同一种介质时，电容C与极板的正对面积S、极板间的距离d的关系为 式中k为静电力常量，r是电介质的相对介电常数。插入电介质，U，CS，U，C ；S，U，Cd，U，C ；d，U，C二、电容3.如图所示，若电容器充电后保持和电源相连，此时电容

11、器两极板间的电压不变。(1)当两极板的正对面积S增大时，电容器的C、Q、E如何变化？根据 知，S增大时，C增大；根据 知，Q增大；根据 知，电场强度E不变。二、电容根据 知，d增大时，C减小；根据 知，Q减小；根据 知，电场强度E减小。3.如图所示，若电容器充电后保持和电源相连，此时电容器两极板间的电压不变。(2)当两极板的间距d增大时，电容器的C、Q、E如何变化？二、电容4.如图所示，电容器充电后和电源断开，此时电容器两极板的带电荷量不变。(1)当两极板的正对面积S增大时，电容器的C、Q、E如何变化？根据 知，S增大时，C增大；根据 知，U减小；根据 知，电场强度E减小。二、电容根据 知，d

12、增大时，C减小；根据 知，U增大；根据 知，电场强度E不变。4.如图所示，电容器充电后和电源断开，此时电容器两极板的带电荷量不变。(2)当两极板的间距d增大时，电容器的C、Q、E如何变化？二、电容1、电容（1）定义：电容器所带的电荷量Q与电容器两极板间的电势差U的比值。（3）单位及换算：国际单位是法拉，常用单位有微法和皮法，换算关系为1 F=106 F=1012 pF。梳理深化（2）公式：（4）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，但电容的大小与Q、U无关，是由电容器本身的构造决定的。二、电容（5）通过Q-U图像理解电容，如图所示，QU图像是一条过原点的直线，其中Q为一个

13、极板上所带电荷量的绝对值，U为两板间的电势差，直线的斜率表示电容大小。因而电容器的电容也可以表示为 ，即电容的大小在数值上等于两极板间的电压增加（或减小）1 V所增加（或减小）的电荷量。2、加在电容器两极板上的电压不能超过某一限度，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。电容器外壳上标的是额定电压，这个数值比击穿电压低。二、电容4、平行板电容器的两类典型问题：（1）若电容器始终和电源接通，则表示电容器两极板的电压U一定，此时电容器的带电荷量将随电容的变化而变化。（2）若电容器充电后再将电源断开，则表示电容器的带电荷量Q一定，此时电容器两板的电势差将随电容的变化而变化

14、。3、平行板电容器的电容与两平行极板正对面积S成正比，与电介质的相对介电常数r成正比，与极板间距离d成反比，其表达式为 ，两板间为真空时相对介电常数r=1，其他任何电介质的相对介电常数r都大于1。二、电容6、常用电容器的分类及应用（1）分类：从构造上可以分为固定电容器和可变电容器。（2）应用：照相机的电子闪光灯，测量水位，高能物理实验或工程、驻极体话筒等。聚苯乙烯电容器电解电容器固定电容器可变电容器5、适用于所有电容器；仅适用于平行板电容器。二、电容【例2】一个平行板电容器，使它每板电荷量从Q1=3.0105 C增加到Q2=3.6105 C时，两板间的电势差从U1=10 V增加到U2，问：（1

15、）这个电容器的电容多大？（2）U2为多少？（3）如要使两极板电势差从10 V降为U2=6 V，则每板需减少多少电荷量？解析：（1）根据，解得C=3 F（2）根据，解得U2=12 V（3）根据，解得Q=1.2105C巩固提升练习1、对于“1000pF，220V”的云母电容器，下列说法中不正确的是（）A所带电荷量总是2.2107CB所带电荷量是1.0107 C时，两极间电压是100 VC每当两极间电压增加10 V时，所带电荷量增加1.0108 CD使它所带电荷量增加Q，两极板间电压随之增加U，且 =1.0109 FA二、电容【例3】（多选）如图所示，用静电计可以测量已充电的平行板电容器两极板间的电

16、势差U，现使B板带正电，则下列判断正确的是（）AB二、电容A增大两极板之间的距离，静电计指针张角变大B将A板稍微上移，静电计指针张角将变大C若将玻璃板插入两板之间，则静电计指针张角变大D若将A板拿走，则静电计指针张角变为零练习2、（多选）如图所示，闭合开关S，电容器的两极板和电源的正、负极相连，下列说法正确的是（）CD二、电容A两极板的正对面积减小，则电容器所带的电荷量变大B两极板的正对面积减小，两极板间的电场强度变大C两极板间的距离减小，两极板间的电场强度变大D两极板间插入电介质，则电容器所带的电荷量增大课堂小结 1 2 3 4电容 平行板电容器电容器的构造结构极板、绝缘介质电容器的充、放电动态分析