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

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1、人教版物理必修三人教版物理必修三第十章第十章 静电场中的能量静电场中的能量第四节第四节 电容器的容器（电容器的容器（1 1）水可以用容器储存，电荷也可以用容器水可以用容器储存，电荷也可以用容器储存，储存电荷的容器称为电容器。它储存，储存电荷的容器称为电容器。它内部的构造是怎样的？它是怎样内部的构造是怎样的？它是怎样“装进装进”和和“倒出倒出”电荷的呢？电荷的呢？引入引入2 2电容器的作用电容器的作用储存电荷，同储存电荷，同时也储存能量电容器带电时，时也储存能量电容器带电时，两个极板带等量异种电荷两个极板带等量异种电荷一、电容器一、电容器1 1电容器电容器两个相互靠近但又彼此绝缘的导体就组成一个

2、两个相互靠近但又彼此绝缘的导体就组成一个电容器物理上常用两个平行的金属板中间夹上一层绝缘电容器物理上常用两个平行的金属板中间夹上一层绝缘物质物质电介质电介质(空气也是电介质空气也是电介质)，组成平行板电容器，组成平行板电容器电容器的极板电容器的极板电介质新课教学：新课教学：3 3电容器充电电容器充电:将电容器两个极板带上等量异种电荷的过程，将电容器两个极板带上等量异种电荷的过程，叫电容器的充电。叫电容器的充电。把电容器两极与电源两极相连，与电源正极把电容器两极与电源两极相连，与电源正极相连的金属极板上的一部分自由电子流向电源，从而该极板带相连的金属极板上的一部分自由电子流向电源，从而该极板带正

3、电正电(正极板正极板)；与电源负极相连的金属极板从电源负极得电子；与电源负极相连的金属极板从电源负极得电子带负电带负电(负极板负极板)整体上来看，充电过程中电源把电子从电容整体上来看，充电过程中电源把电子从电容正极板移到负极板，这个过程中要克服电场力做功，所以电容正极板移到负极板，这个过程中要克服电场力做功，所以电容器中就会储存电势能，放电时储存的电势能会再释放出来，如器中就会储存电势能，放电时储存的电势能会再释放出来，如图所示图所示充电过程特征：充电过程特征：电流减小，电荷增加，电流减小，电荷增加，电压增大，电势能增加，电场增强电电压增大，电势能增加，电场增强电流方向：充电时电流由电源正极经

4、电容流方向：充电时电流由电源正极经电容器器(实际上没有电荷从电容器正极板流向实际上没有电荷从电容器正极板流向负极板负极板)流回电源负极流回电源负极4 4电容器放电电容器放电:用导线将充电后的电容器两极接通，两极失用导线将充电后的电容器两极接通，两极失去电荷的过程，叫电容器的放电。去电荷的过程，叫电容器的放电。电容器负极板的电子经外电容器负极板的电子经外电路流向电容器正极板，但无论充电还是放电，没有电子通电路流向电容器正极板，但无论充电还是放电，没有电子通过电容器极板间的电介质放电过程电子从负极板流向正极过电容器极板间的电介质放电过程电子从负极板流向正极板，电场力做正功，电势能转化为其它能板，电

5、场力做正功，电势能转化为其它能电流方向：电流方向：放电时电流从电容器带放电时电流从电容器带正电极板经外电路流向带负电极板正电极板经外电路流向带负电极板(与电子定向运动方向相反与电子定向运动方向相反)放电过程特征：放电过程特征：电流减小，电荷减少，电压减小，电势能减电流减小，电荷减少，电压减小，电势能减少，电场减弱少，电场减弱1 1电容器的电容电容器的电容:充电后的电容器两极间的电压，叫电容充电后的电容器两极间的电压，叫电容器的电压器的电压.电容器的带电量电容器的带电量Q Q越多，电压越多，电压U U越高。越高。电容器的带电量与两极间电压电容器的带电量与两极间电压(电势差电势差)的比值叫电容器的

6、的比值叫电容器的电容电容(量量)二、电容器的电容二、电容器的电容3 3推论方程推论方程由由Q Q1 1CUCU1 1，Q Q2 2CUCU2 2，得，得C C(Q)/(Q)/UU.2 2定义式定义式:C CQ/UQ/U，国际单位：法拉，国际单位：法拉(符号符号F).F).常用单位常用单位微法微法(符号符号 F)F)、皮法、皮法(符号符号pF)pF)1F 1F10106 6 F F10101212 pF.pF.当一个电容器带当一个电容器带1C1C电量时，两极间电压是电量时，两极间电压是1V1V，那么这个电，那么这个电容器的电容就是容器的电容就是1F 1F(1)(1)电容器的带电量：电容器的两极板

7、带电量总是相等的，电容器的带电量：电容器的两极板带电量总是相等的，所以单个极板带电量所以单个极板带电量Q Q就可以表示电容器所带电量的多少，就可以表示电容器所带电量的多少，我们把单个极板带电量叫电容器的带电我们把单个极板带电量叫电容器的带电(荷荷)量量(3)(3)电容与电容器结构有关，是由电容器自身因素决定的，电容与电容器结构有关，是由电容器自身因素决定的，与所带电荷量和电压无关与所带电荷量和电压无关(2)(2)电容器的电容越大，表示在相同电压时所带电荷量越电容器的电容越大，表示在相同电压时所带电荷量越多，说明电容储存电荷的能力越强多，说明电容储存电荷的能力越强对公式对公式C=Q/UC=Q/U

8、的的理解：理解：（4 4）通过通过QUQU图象来理解图象来理解C CQ/Q/U U电容的电容的QUQU图象是一条过原点图象是一条过原点的直线，其斜率等于电容器的电容其中的直线，其斜率等于电容器的电容其中Q Q为一个极板上所带为一个极板上所带电荷量的绝对值，电荷量的绝对值，U U为两极板间的电势差，可以看出，电容器为两极板间的电势差，可以看出，电容器电容也可以表示为电容也可以表示为C CQ/Q/UU，即电容器的电容的大小在数，即电容器的电容的大小在数值上等于两极板间的值上等于两极板间的电压增加电压增加(或减小或减小)1 V)1 V所需增加所需增加(或减小或减小)的电荷量的电荷量电容器和电容的比较

9、：电容器和电容的比较：电容器是盛放电荷的一种容器，电容是描述这种容电容器是盛放电荷的一种容器，电容是描述这种容器盛放电荷本领大小的一个物理量，如果把电容器器盛放电荷本领大小的一个物理量，如果把电容器比作水缸，则电容就是这个水缸的横截面积水缸比作水缸，则电容就是这个水缸的横截面积水缸的横截面积越大，水缸容纳水的本领就越大的横截面积越大，水缸容纳水的本领就越大三、平行板电容器三、平行板电容器 基本结构：基本结构：由两块彼此绝缘、互相靠近的平行金属板组成，是由两块彼此绝缘、互相靠近的平行金属板组成，是最简单的，也是最基本的电容器最简单的，也是最基本的电容器板间电场：板间电场：板间板间(除边缘外除边缘

10、外)形成匀强电场，电场强度大小为形成匀强电场，电场强度大小为E EU/U/d d，方向垂直极板平面，方向垂直极板平面平行板电容器的电容大小的决定因素探究：平行板电容器的电容大小的决定因素探究：(1)(1)方法：采取控制变量法，在电容器带电荷量方法：采取控制变量法，在电容器带电荷量Q Q不变的情况不变的情况下，只改变电容器的极板正对面积下，只改变电容器的极板正对面积S S，板间距离，板间距离d d，板间电介，板间电介质质r r中的一个量中的一个量(2)(2)静电计电势差的意义：由于静电计的金属球与其中一个静电计电势差的意义：由于静电计的金属球与其中一个极板相连，两者电势相等，静电计的金属外壳与另

11、一个极板极板相连，两者电势相等，静电计的金属外壳与另一个极板相连相连(或同时接地或同时接地)，两者电势相等所以静电计的电势差实，两者电势相等所以静电计的电势差实质上也反映了电容器两极板间的电势差的大小质上也反映了电容器两极板间的电势差的大小电容器带电与水桶盛水类比：电容器带电与水桶盛水类比：水桶水桶S S大，容纳水的本领越强大，容纳水的本领越强h=1cmh=1cmV=1SdmV=1Sdm3 3h=1cmh=1cmV V=4Sdm=4Sdm3 3S S与与V V、h h无关无关公式理解：公式理解：平行板电容器的电容平行板电容器的电容C C与与r r、S S成正比，与成正比，与d d成反比成反比.

12、平行板电容器的电容平行板电容器的电容(实验结论实验结论)决定式：决定式：平行板电容器的电容平行板电容器的电容C C与极板的正对面积与极板的正对面积S S及板间的电介质的及板间的电介质的相对介电常数相对介电常数r r成正比，与极板间距离成正比，与极板间距离d d成反比，成反比，则则C C(r rS)/S)/4kd.4kd.(1)(1)上述实验只能证明电容上述实验只能证明电容C C与与r r、S S和和d d有关，公式有关，公式C C(r rS)/S)/4kd4kd是进一步精确实验得出的式中的是进一步精确实验得出的式中的k k为静电力为静电力常量常量(2)(2)公式中，公式中，r r是一个常数，与

13、电介质的性质有关，称是一个常数，与电介质的性质有关，称为电介质的相对介电常数真空的相对介电常数为为电介质的相对介电常数真空的相对介电常数为1 1，空气的，空气的相对介电常数与相对介电常数与1 1十分接近十分接近(3)(3)公式公式C C(r rS)/S)/4kd4kd为平行为平行板电容器的决定式，此式表明电容器板电容器的决定式，此式表明电容器C C完全由电容器本身决定，完全由电容器本身决定，与电容器所带电荷量与电容器所带电荷量Q Q及极板间电压及极板间电压U U无关无关特别提醒：特别提醒：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

14、璃云母云母水水1.00051.00052 22.0-2.12.0-2.16 64-114-116-86-88181空气的相对介电常数与空气的相对介电常数与1 1十分接近，研究中，空气对电容的十分接近，研究中，空气对电容的影响一般可以忽略。影响一般可以忽略。公式公式内容内容公式类别公式类别定义式定义式决定式决定式适用范围适用范围任何电容器任何电容器平行板电容器平行板电容器意义意义对一个固定电容器对一个固定电容器C C是是不变的，不变的，Q Q与与U U成正比，成正比，C C反映容纳电荷本领反映容纳电荷本领对于平行板电容器，电对于平行板电容器，电容容C C与与r r、S S成正比，与成正比，与d

15、d成反比成反比 联系联系对于电容器，电容对于电容器，电容C C可以由可以由Q/UQ/U来度量，但平行板来度量，但平行板电容器的电容电容器的电容C C的值却是由的值却是由r r、S S、d d决定的，与决定的，与Q Q和和U U无关无关 公式 与 的比较1 1电容器分类电容器分类(1)(1)固定电容器：容量不变的电容器固定电容器：容量不变的电容器,常见的常见的有聚苯乙烯电容器与电解电容器，电解电容器的容量一般有聚苯乙烯电容器与电解电容器，电解电容器的容量一般较大较大(F(F或或mFmF数量级数量级)电解电容器有正极和负极，使用电解电容器有正极和负极，使用中正极电势要高于负极电势中正极电势要高于负

16、极电势四、常见电容器四、常见电容器(3)(3)法拉电容：常见电容器的容量都不到一法拉但法拉电法拉电容：常见电容器的容量都不到一法拉但法拉电容容量可以达到法拉级别，但充、放电要比一般电容器慢得容容量可以达到法拉级别，但充、放电要比一般电容器慢得多一般用做电子设备多一般用做电子设备(如手机如手机)时钟后备电源供电时钟后备电源供电 (2)(2)可变电容器：容量可以改变的电容器，由一组固定和一可变电容器：容量可以改变的电容器，由一组固定和一组可动的金属片组成，一般容量较小组可动的金属片组成，一般容量较小(pF(pF数量级数量级)(4)(4)按电介质不同按电介质不同纸介电容器、陶瓷电容器和电解电容纸介电

17、容器、陶瓷电容器和电解电容器等器等.聚苯乙烯电容器及其符号聚苯乙烯电容器及其符号电解电容器及其符号电解电容器及其符号击穿电压和额定电压击穿电压和额定电压 (1)(1)击穿电压：加在电容器两极板上的电压不能超过某一限击穿电压：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限电压称为击穿电压(2)(2)额定电压：电容器长期工作时所能承受的电压电容器额定电压：电容器长期工作时所能承受的电压电容器外壳上标的就是额定电压，它比击穿电压要低外壳上标的就是额定电压，它比击穿电压要低2 2电容器规

18、格电容器规格电容器外壳上除标明容量外，还标识有电容器外壳上除标明容量外，还标识有电压，这个电压是正常工作的最高电压，电压，这个电压是正常工作的最高电压，也叫额定电压，如图电容器电压高到也叫额定电压，如图电容器电压高到一定程度，电容器中间的介质就会由绝一定程度，电容器中间的介质就会由绝缘体变为导体，俗称击穿，击穿后电容缘体变为导体，俗称击穿，击穿后电容器会损坏，这个电压叫击穿电压，额定器会损坏，这个电压叫击穿电压，额定电压低于击穿电压电压低于击穿电压讨论交流：讨论交流：静电计是测量电压的，电压表也是测量电压的，在静电计是测量电压的，电压表也是测量电压的，在电容实验中为什么不用电压表测量电压？电容

19、实验中为什么不用电压表测量电压？静电计和电压表都是用来测量电压的，但是工作原理不同，静静电计和电压表都是用来测量电压的，但是工作原理不同，静电计改装自验电器，指针是利用电荷同性相斥原理偏转，因为电计改装自验电器，指针是利用电荷同性相斥原理偏转，因为静电计外壳接地，所以静电计指针偏转角显示出指针对地电势静电计外壳接地，所以静电计指针偏转角显示出指针对地电势差大小指针与外壳是绝缘的，工作时没有电流流过静电计，差大小指针与外壳是绝缘的，工作时没有电流流过静电计，它是测量静电电压的，测量范围从几千伏到几万伏电压表是它是测量静电电压的，测量范围从几千伏到几万伏电压表是利用通电导线在磁场中受安培力原理制作

20、成的，工作时需要有利用通电导线在磁场中受安培力原理制作成的，工作时需要有持续的电流流过电压表持续的电流流过电压表(虽然电流很小虽然电流很小)，它是测量恒定电流电，它是测量恒定电流电路的电压的，一般测量范围是几毫伏到几百伏路的电压的，一般测量范围是几毫伏到几百伏如果用电压表测量静电电压，由于电压表是相当于一个电阻，如果用电压表测量静电电压，由于电压表是相当于一个电阻，会把电容器的电荷快速释放掉，这样就测量不出电压了同会把电容器的电荷快速释放掉，这样就测量不出电压了同样用静电计也不能测量恒定电流电路的电压因为电压太低，样用静电计也不能测量恒定电流电路的电压因为电压太低，静电计根本没有明显反应静电计

21、根本没有明显反应(1)(1)平行板电容器连接在电源两端，电容器的平行板电容器连接在电源两端，电容器的d d、S S、r r发生发生变化时，将引起变化时，将引起C C、Q Q、U U、E E变化变化五五.平行板电容器的两类问题的分析方法：平行板电容器的两类问题的分析方法：条件：如图所示，条件：如图所示，S S闭合，电容器与电源闭合，电容器与电源保持连接，两极板间的电势差保持连接，两极板间的电势差U U保持不变保持不变方法：由决定式方法：由决定式C C(r rS)/S)/4kd4kd判断出判断出C C随随S S、r r、d d的变的变化由化由Q QCUCU(U(Ur rS)/S)/4kd4kd判断

22、出判断出Q Q随随r r、S S、d d的变化的变化由由E EU/U/d d判断出判断出E E随随d d的变化情况的变化情况(2)(2)平行板电容器充电后，切断与电源的连接，电容器的平行板电容器充电后，切断与电源的连接，电容器的d d、S S、r r发生变化时，将引起电容的发生变化时，将引起电容的C C、Q Q、U U、E E怎样变化怎样变化条件：电容器充电后与电源断开，极板上所带电荷量保条件：电容器充电后与电源断开，极板上所带电荷量保持不变持不变方法：由方法：由C C(rS)/(rS)/4kd4kd 判断出判断出C C随随S S、r r、d d的变化。的变化。由由U UQ/Q/C CQ/Q/

23、(r rS/S/4kd4kd)(4kdQ)/(4kdQ)/r rS S判断出判断出U U随随d d、r r、S S的变化由的变化由E EU/U/d dQ/Q/dCdCQ/(dQ/(dr rS/S/4kd4kd(4kQ)/(4kQ)/r rS S判断出判断出E E随随S S、r r的变化情况的变化情况讨论与电容器相关的各物理量的变化依据主要有三个：讨论与电容器相关的各物理量的变化依据主要有三个：(1)(1)平行板电容器的电容的决定式平行板电容器的电容的决定式C C(rS)/(rS)/4kd.(2)4kd.(2)平行板电容器内部是匀强电场平行板电容器内部是匀强电场E EU/U/d d.(3).(3)电容器所带电电容器所带电量量Q QCU.CU.特别提醒：特别提醒：