【高中物理】电容器的电容(课件) 高中物理同步备课（人教版2019必修第三册）.pptx

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1、第九章 静电场及其应用10.4 电容器的电容2022-20232022-2023学年高中物理同步备课必修第三册目录contents电容器01010202电容0303实验探究0404常用电容器0505动态分析新课导入 能盛装东西的物体称为容器，能盛水的容器就可以称为水容器能盛装东西的物体称为容器，能盛水的容器就可以称为水容器。水水可以用容可以用容器储存起来，器储存起来，电荷电荷是否也可以用一个是否也可以用一个“容器容器”储存起来呢？储存起来呢？图中的元件就是这样的图中的元件就是这样的“容器容器”电容器电容器。电容器是电气设备中的一种电容器是电气设备中的一种很重要很重要的元件，在电子信息技术和电子

2、工程技的元件，在电子信息技术和电子工程技术中有很重要的应用。术中有很重要的应用。那么，什么是电容器？它的内部那么，什么是电容器？它的内部构造构造是怎样的是怎样的？它是怎样？它是怎样“装进装进”和和“倒出倒出”电荷的呢？电荷的呢？想一想电容器011.电电容容器器：任任何何两两个个彼彼此此绝绝缘缘（电电介介质质）又又相相隔隔很很近近的的导导体体（两两极极板板），组成一个电容器。组成一个电容器。最简单的电容器最简单的电容器平行板电容器平行板电容器 一、电容器一、电容器金属极板金属极板绝缘物质绝缘物质(电介质电介质)2.电电容器的容器的作用：作用：储存储存电荷电荷3.电路图符号：电路图符号：【问题【问

3、题1】相邻两同学是否构成电容器？】相邻两同学是否构成电容器？构成。中间空气绝缘，人是导体且靠很近构成。中间空气绝缘，人是导体且靠很近 。任何两个彼此绝缘又相互靠近的导体都能构成电容器。任何两个彼此绝缘又相互靠近的导体都能构成电容器。【问题【问题2】两个平行金属板夹上一层绝缘物质能否构两个平行金属板夹上一层绝缘物质能否构成一个电容器？成一个电容器？构成。金属板导电是导体，这种电容器叫平行板构成。金属板导电是导体，这种电容器叫平行板电容器电容器 ，其中的绝缘物质称之为电介质。，其中的绝缘物质称之为电介质。想一想3.平行板电容器：在两个相距很近的平行金属板中间夹上一层绝缘物质平行板电容器：在两个相距

4、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），就构成了一个最简单的电容器，电介质（空气也是一种电介质），就构成了一个最简单的电容器，叫作叫作平行板电容器平行板电容器。金属极板金属极板绝缘物质绝缘物质(电介质电介质)4 4、带电特点：、带电特点：两极板电荷等量异号，分布在相对的两板内侧。两极板电荷等量异号，分布在相对的两板内侧。（“电容器所带的电荷量电容器所带的电荷量”指一个极板所带电荷量的指一个极板所带电荷量的绝对值绝对值）5 5、板间电场：、板间电场：匀强电场（匀强电场（）)，方向垂直于板面，方向垂直于板面。那么，如何往那么，如何往电容器内电容器内“装装”电荷呢？电荷呢？

5、电容器及充放电演示1、电容器的充电：、电容器的充电：QQ正正极板极板负负极板极板有短暂有短暂的的电流电流两极间有两极间有电压电压两板分别带两板分别带等量异等量异种种电荷，电荷，每个极板每个极板带电量的带电量的绝对值绝对值叫叫电容器的电容器的带电量带电量E注注意：意：若电容器保持若电容器保持与电源连接与电源连接，则板间，则板间电压电压U不变不变；若；若断开电源断开电源，则极板，则极板所所带电量带电量Q不变不变。充电充电：把电容器的两个极板和电池的正负：把电容器的两个极板和电池的正负极相极相连，两个极板就分别连，两个极板就分别带带上了等量的异种电荷上了等量的异种电荷，这个这个过程叫过程叫充电充电。

6、充电完成后：充电完成后：a、充电电流、充电电流：充电瞬间有短暂的电流，电流方向从：充电瞬间有短暂的电流，电流方向从电源正极流出，电流由大变小。电源正极流出，电流由大变小。A.两极板带两极板带等量异种电荷等量异种电荷B.两极板间两极板间有电有电压压（且与电源电压相等）（且与电源电压相等）C.两极板间两极板间有匀强电场有匀强电场D.两极板间两极板间储存有电场能储存有电场能充电过程的充电过程的特点特点：b、与电源正极相连的极板带正电，电容器所带电荷量增加。、与电源正极相连的极板带正电，电容器所带电荷量增加。c、两极板间电压升高。、两极板间电压升高。d、两极板间电场强度增大。、两极板间电场强度增大。e

7、、其它形式能转其它形式能转化化为电场能为电场能。2、电容器的放电：、电容器的放电：QQ在在放电放电过程中导过程中导线上有线上有短暂的电短暂的电流流产生产生U=0放电放电：把充电后的电容器两极板接通，两极板上的电荷中把充电后的电容器两极板接通，两极板上的电荷中和和失去电荷失去电荷，电电容器不再带电，这个过程叫容器不再带电，这个过程叫放电放电。a、放电电流、放电电流：电流方向从电容器正极板流出，电流由大变小。：电流方向从电容器正极板流出，电流由大变小。放电过程的放电过程的特点特点：b、电容器所带电荷量减少。、电容器所带电荷量减少。c、两极板间电压降低。、两极板间电压降低。d、两极板间电场强度减小。

8、、两极板间电场强度减小。e、电场能转化为其它形式的能。、电场能转化为其它形式的能。放放电电完成后：完成后：A.两极板两极板带量为带量为0B.两极板两极板间间电压电压U=0C.两极板两极板间间场强场强E=0D.两极板两极板间间无电无电场能场能放电过放电过程实质程实质：是正、负：是正、负电电荷荷中和中和的过程。的过程。电容器放电过程利电容器放电过程利用用I-t图像测量电荷量图像测量电荷量QQ=I1t1ItItI1t1I-t图像图像“面积面积”表示表示电荷量电荷量电容器放电过程电容器放电过程I-t图图像，像，是是瞬间放电瞬间放电。照相机的闪光灯照相机的闪光灯原理原理 照相机的闪光灯，在不到照相机的闪

9、光灯，在不到0.001s0.001s的短暂时间内发出强烈闪光，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，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。器充电，为下次闪光做准备。闪闪光光灯灯的的内内部部结结构构生活应用生活应用注意：蓄电池储存

10、的不是电荷，是化学能。注意：蓄电池储存的不是电荷，是化学能。1、电容器是、电容器是储存电荷储存电荷的装置。的装置。2、电容器的电荷量、电容器的电荷量 Q：一个一个极板所带电量的极板所带电量的绝对值绝对值。若保持与电源连接，则板间电压若保持与电源连接，则板间电压 U 不变；不变；若断开电源，则极板所带电量若断开电源，则极板所带电量 Q 不变。不变。关键点拨关键点拨想一想类比法：类比法：类比类比圆柱型水杯容器的储水圆柱型水杯容器的储水h hh hA AB BC C1.1.水位每升高水位每升高h h，试比较，试比较A A、B B、C C的储水量；的储水量；2.2.哪个储水本领大？哪个储水本领大？如何

11、反映其储水本领？如何反映其储水本领？既然电容器能储存电荷，那么如何反映电容器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容纳电荷的本领大小呢？大小呢？容纳储存水容纳储存水容纳储存电荷容纳储存电荷电荷量电荷量 Q水量水量 V电势差电势差 U水位差水位差 h横截面横截面 S电容器电容器水容器水容器？大胆猜想 人们通过实验研究发现：人们通过实验研究发现：对于同一电容器，电容器所带的电荷量对于同一电容器，电容器所带的电荷量Q Q与电容器两极板间的电势差与电容器两极板间的电势差U U成正比，即成正比，即比值比值Q/U Q/U 是一个常量；对于不同的电容是一个常量；对于不同的电容器，这个比值一般

12、不同。这个比值就表征器，这个比值一般不同。这个比值就表征了电容器储存电荷的特性。了电容器储存电荷的特性。实验电路图实验电路图于是人们这样于是人们这样定义：电容021、定义定义：电：电容器所带的容器所带的电荷量电荷量Q与电容器两极板间的与电容器两极板间的电势差电势差U的比的比值，叫值，叫做电容器的电容。做电容器的电容。2、定义式定义式：，或者或者3、物理意义物理意义：电容：电容C是表示电容器容纳电荷本领的物理是表示电容器容纳电荷本领的物理量。量。电容越大，表电容越大，表明在相同电势差情况下，电容器所带的电荷越多明在相同电势差情况下，电容器所带的电荷越多。4、单位单位：在：在国际单位制中单位是国际

13、单位制中单位是法拉（法拉（F）1F=1C/V 常用单位常用单位：微：微法（法（F);皮法（皮法（pF)1F=10-6F 1F=10-12FQ指一指一个极个极板所带电荷量得绝板所带电荷量得绝对值对值（如果一个电容器带（如果一个电容器带1C电量时，两极间电压是电量时，两极间电压是1V，这个电容器的电容就是，这个电容器的电容就是1F）电电 容容 5、对电容器和电容的理解：对电容器和电容的理解：（1）电容器一个）电容器一个电学元件电学元件，而电容是一个，而电容是一个物理量物理量，它，它表征表征了电容器容纳电荷了电容器容纳电荷的本领。的本领。（2）电容电容C是比值法定义的，是比值法定义的，由电容器本身的

14、，由电容器本身的性质性质决定，与决定，与Q、U无无关，不能说关，不能说C与与Q成正比、与成正比、与U成反比。成反比。6、由由 推导推导 对对于一个确定的电容器电容于一个确定的电容器电容C是不变的，所以是不变的，所以 或或 ，则，则Q1=CU1，Q2=CU2故故（3）说明单位电压下储存电荷量越多的电容越大。说明单位电压下储存电荷量越多的电容越大。（4）电容电容器器Q不可能无限增大，当不可能无限增大，当Q足够大时会使空气电离。足够大时会使空气电离。（1）电容器）电容器的的击穿电压击穿电压 加在电容器两极板上的电压加在电容器两极板上的电压不能超过某一限度不能超过某一限度，超过这个限度，电介质，超过这

15、个限度，电介质将被击穿，电容器损坏，这个将被击穿，电容器损坏，这个极限电压极限电压称为击穿电压。称为击穿电压。（2）电容器）电容器的的额定电压额定电压电容器电容器长长期正常工期正常工作作时所能承受的时所能承受的电压。电压。电容器外壳电容器外壳上标的就是额定电上标的就是额定电压和电容，压和电容，它它比击穿电压比击穿电压要要低低。6电容器的额定电压和击穿电压电容器的额定电压和击穿电压对于对于给定的电容器，在描述电容给定的电容器，在描述电容量量 C、带电、带电量量 Q、两板间、两板间电势差电势差 U 的的相相互关系中，下列图中正确互关系中，下列图中正确的是的是()ACE小试牛刀某某一电容器，当所带电

16、量为一电容器，当所带电量为410-6C，两极板间的电势差为，两极板间的电势差为20v，求：，求：（1）电）电容器的电容容器的电容.（2）当）当所带电量减半时，电容器的电容为多少所带电量减半时，电容器的电容为多少?（3）如）如果电容器不带电呢？果电容器不带电呢？解解:（1)（2）仍）仍是是210-7 F（3）仍）仍是是210-7 F小试牛刀你可以动手你可以动手制做制做一个容量较大的电容器，该怎么做一个容量较大的电容器，该怎么做？请同学们参考课本请同学们参考课本P P4141拓展学习部分。拓展学习部分。电容器的电容器的电容电容跟哪些因素有关？跟哪些因素有关？想一想实验探究03极板面积极板面积极板距

17、离极板距离电介质电介质 平平行板电容器是最简单，也是最基本的电容器，几乎所有电容器都是平行板电容器是最简单，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。平行板电容的大小也是由电容器本身决定，与哪些因行板电容器的变形。平行板电容的大小也是由电容器本身决定，与哪些因素有关？素有关？大胆猜想大胆猜想实验方法实验方法：控制变量法：控制变量法+实验探究实验探究：影响平行板电容器电容的因素：影响平行板电容器电容的因素-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

18、。指针的偏转角度就可以知道两个导体间的电势差的大小。多媒体实验室多媒体实验室方案：方案：电量电量Q不变不变平行板电容器的电容平行板电容器的电容C 板间距离板间距离d；正对面积正对面积S；介电常数介电常数 r；探探究平行板电容器究平行板电容器电容电容C：(探究、理论表明探究、理论表明)-+反比于反比于正比于正比于正比于正比于平行板电容器的电容决定式：平行板电容器的电容决定式：两极板间距离两极板间距离两极板正对面积两极板正对面积静电力常量静电力常量介电常数介电常数真空真空r=1几种常用电介质的相对介电常数几种常用电介质的相对介电常数电介质电介质空气空气煤油煤油石蜡石蜡陶瓷陶瓷玻璃玻璃云母云母水水r

19、1.000526684112.02.181空空气的相对介电常数与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。十分接近，研究中，空气对电容的影响一般可以忽略。电容器工作原理电容器工作原理两个公式的比较两个公式的比较只适用于平行板电容器只适用于平行板电容器普遍适用式普遍适用式判一判判一判(1)两个靠近的导体一定能构成一个电容器。两个靠近的导体一定能构成一个电容器。()(2)电容大的电容器带电量不一定多。电容大的电容器带电量不一定多。()(3)电容的常用单位有电容的常用单位有F和和pF,1 F103 pF。()(4)其其他他条条件件不不变变时时，平平行行板板电电容容器器的的电

20、电容容随随极极板板正正对对面面积积的的增增大大而而增增大大。()(5)其其他他条条件件不不变变时时，平平行行板板电电容容器器的的电电容容随随极极板板间间距距离离的的增增大大而而增增大大。()(6)任何电介质的相对介电常数都大于任何电介质的相对介电常数都大于1。()【例题例题】（多选）下列哪些措施可以使电介质为空气的平行板电容（多选）下列哪些措施可以使电介质为空气的平行板电容器的电容变大些器的电容变大些()A使两极板靠近些使两极板靠近些 B增大两极板的正对面积增大两极板的正对面积 C把两极板的距离拉开些把两极板的距离拉开些 D在两极板间放入云母在两极板间放入云母 ABD小试牛刀【例题例题】对于一

21、个确定的电容器的电容正确的理解是对于一个确定的电容器的电容正确的理解是()A电容与带电量成正比电容与带电量成正比 B电容与电势差成反比电容与电势差成反比 C电容器带电量越大时，电容越大电容器带电量越大时，电容越大 D对确定的电容器对确定的电容器,每板带电量增加每板带电量增加,两板间电势差必增两板间电势差必增加加D小试牛刀常用电容器04电电容器的分类：容器的分类：（1）按结构分按结构分：固定电容器和可变电容器。：固定电容器和可变电容器。（2）按形状分按形状分：圆柱电容器、平行板电容器、球形电容器。：圆柱电容器、平行板电容器、球形电容器。（3）按电介质分按电介质分：空气电容器、真空电容器、聚苯乙烯

22、电容器、云母电：空气电容器、真空电容器、聚苯乙烯电容器、云母电容器、陶瓷电容器、电解电容电容器等。容器、陶瓷电容器、电解电容电容器等。（1 1）聚苯乙烯电容器：）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。以聚苯乙烯薄膜为电介质，两层铝箔为极板。（2 2）电解电容器：）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解液的纸做另一个极板。有。有“+”、“-”极之分，不能接反，不能接交流极之分，不能接反，不能接交流电。电。符号：符号：固定电容器固定电容器可变电容器可变电容器 两极由

23、两组铝片组成，固定的一组铝片叫做两极由两组铝片组成，固定的一组铝片叫做定片定片；可以转动的一组；可以转动的一组铝片叫做铝片叫做动片动片。转动动片，使两组铝片的转动动片，使两组铝片的正对面积发生变化正对面积发生变化，电容相应，电容相应变化。变化。可变电容器按其使用的介质可变电容器按其使用的介质材料材料可分为可分为空气介质空气介质可变电容器和可变电容器和固体介质固体介质可可变电容器。变电容器。符号：符号：超级电容器超级电容器是指介于传统电容器和充电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，同时又具有电容器快速充放电的特性，

24、同时又具有电池的储能特性。有电池的储能特性。超级电容器超级电容器动态分析05（1）电容器始终与电源连接，）电容器始终与电源连接，U保持不变保持不变。由由 判断电容判断电容C的变化。（的变化。（C随随 r r 、S、d的变化而变化。）的变化而变化。）由由 判断判断Q的变化。的变化。由由 判断判断E的变化。的变化。d增加增加C减小减小Q=CUQ减小减小E=U/dE减小减小S减小减小U不不变变C减小减小Q=CUQ减小减小E不变不变E=U/d（2）电容器充电后与电源断开，）电容器充电后与电源断开，Q保持不变保持不变。由由 判断电容判断电容C的变化。（的变化。（C随随、S、d的变化而变化。）的变化而变化

25、。）由由 判断判断U的变化的变化。由由 判断判断E的变化。的变化。(Q不变时，不变时，E与与d无关，只随无关，只随r、S变化。）变化。）C C减小减小U=Q/CU=Q/CU U增加增加E E不变不变C C减小减小U=Q/CU=Q/CU U增加增加E E增加增加d增加增加S减小减小Q不不变变【例例例例题题题题】水平放置的平行板电容器与一电池相连，在电容器的两板间有一水平放置的平行板电容器与一电池相连，在电容器的两板间有一带正电的质点处于静止状态，现将电容器两板间的距离增大，则带正电的质点处于静止状态，现将电容器两板间的距离增大，则()A.电容变大，质点向上运动电容变大，质点向上运动B.电容变大，

26、质点向下运动电容变大，质点向下运动C.电容变小，质点保持静止电容变小，质点保持静止D.电容变小，质点向下运动电容变小，质点向下运动小试牛刀【例题例题例题例题】两块大小形状完全相同的金属平板平行放置，构成一平行板电容器，与两块大小形状完全相同的金属平板平行放置，构成一平行板电容器，与它相连接的电路如图所示，接通开头，电源即给电容器充电它相连接的电路如图所示，接通开头，电源即给电容器充电()A.保持接通，减小两极板间的距离，则两极板间的电场强度减小保持接通，减小两极板间的距离，则两极板间的电场强度减小B.保持接通，在两极板间插入一块介质，则极板上的电荷量增大保持接通，在两极板间插入一块介质，则极板

27、上的电荷量增大C.断开，减小两极板间的距离，则两极板间的电势差减小断开，减小两极板间的距离，则两极板间的电势差减小D.保持接通，在两极板间插入一块介质，则极板间的电势差增大保持接通，在两极板间插入一块介质，则极板间的电势差增大C C小试牛刀 【例题】【例题】平行板电容器充电平衡后平行板电容器充电平衡后仍与电源相连仍与电源相连，两极板间的电，两极板间的电压是压是U，充电荷量为，充电荷量为Q，两极板间场强为，两极板间场强为E，电容为，电容为C，现将两极板，现将两极板间距离减小，则间距离减小，则（）A.Q变大变大 B.C变大变大 C.E不变不变 D.U变小变小AB小试牛刀 【例题】【例题】平行板电容

28、器充电平衡后平行板电容器充电平衡后与电源断开与电源断开，两极板间的电压是，两极板间的电压是U，充电荷量为充电荷量为Q，两极板间场强为，两极板间场强为E，电容为，电容为C，现将两极板间距离减小，现将两极板间距离减小，则（则（）A.Q变大变大 B.C变大变大 C.E不变不变 D.U变小变小BCD小试牛刀【例题】如图所示，将平行板电容器两极板分别接在电压【例题】如图所示，将平行板电容器两极板分别接在电压是是6V的电池组的电池组正负极，跟电池组负极相连的极板带电量正负极，跟电池组负极相连的极板带电量为为-9.010-8C，则电容器的带电，则电容器的带电量为量为 C，电，电容器的电容为容器的电容为 pF

29、。若将此电容器两极板与。若将此电容器两极板与电动势为电动势为12V的电池组相连，则电容器的电容为的电池组相连，则电容器的电容为 pF。QQ9.010-8 1.5104 1.5104 小试牛刀【例题】【例题】【例题】【例题】电容器的电容电容器的电容电容器的电容电容器的电容C=C=2.010-8F，如果电容器两极板电压增加了，如果电容器两极板电压增加了，如果电容器两极板电压增加了，如果电容器两极板电压增加了10V10V，则，则，则，则电容器的带电量变化了多少？电容器的带电量变化了多少？电容器的带电量变化了多少？电容器的带电量变化了多少？电容的另一种定义式电容的另一种定义式【例题】如图所示，平行板电

30、容器【例题】如图所示，平行板电容器【例题】如图所示，平行板电容器【例题】如图所示，平行板电容器A A、B B间有一带电油滴间有一带电油滴间有一带电油滴间有一带电油滴P P正好静止在正好静止在正好静止在正好静止在极板正中间，现将两极板间稍错开一些，其它条件不变。则（极板正中间，现将两极板间稍错开一些，其它条件不变。则（极板正中间，现将两极板间稍错开一些，其它条件不变。则（极板正中间，现将两极板间稍错开一些，其它条件不变。则（）A A油滴将向上加速，电流计中电流由油滴将向上加速，电流计中电流由油滴将向上加速，电流计中电流由油滴将向上加速，电流计中电流由b b流向流向流向流向a a B B油滴将向下

31、加速，电流计中电流由油滴将向下加速，电流计中电流由油滴将向下加速，电流计中电流由油滴将向下加速，电流计中电流由a a流向流向流向流向b b C C油滴将静止不动，电流计中电流由油滴将静止不动，电流计中电流由油滴将静止不动，电流计中电流由油滴将静止不动，电流计中电流由b b流向流向流向流向a a D D极板带电量减少，两板间电势差和场强不变极板带电量减少，两板间电势差和场强不变极板带电量减少，两板间电势差和场强不变极板带电量减少，两板间电势差和场强不变D小试牛刀【例题】【例题】平行平行板电容器充电后与电源断开，负极板接地，板电容器充电后与电源断开，负极板接地，在两在两板间有一正电板间有一正电荷（电荷量很少）固定荷（电荷量很少）固定在在 P 点点，如图如图所示，所示，以以 U 表示表示电容两极板间的电压，电容两极板间的电压，E 表示表示两极板间的场强，两极板间的场强，Ep 表示表示正电荷正电荷在在 P 点点的电势能，若保持负极板不动，的电势能，若保持负极板不动，而将正极板移至图中虚线所示的置而将正极板移至图中虚线所示的置，则下列说法正确的是（，则下列说法正确的是（）A.U 变变大大，Ep 不变不变 B.E 变变大大，Ep 不变不变 C.U 变变小小，Ep 变变大大 D.U 不变，不变，Ep 不变不变 A小试牛刀