第2章 第5节 科学探究：电容器-2021-2022学年新教材高中物理必修第三册【名师导航】同步Word教参(鲁科版)

第5节　科学探究：电容器 学习目标：1.[物理观念](1)知道电容器的概念，认识常见电容器。(2)理解电容的概念及定义方法。(3)知道平行板电容器的电容，并了解影响电容器电容大小的因素。2.[科学思维](1)应用电容的定义式进行简单的计算，体会比值定义的方法。(2)掌握改变平行板电容器电容大小的方法。3.[科学探究]观察电容器的充、放电现象，探究影响平行板电容器电容大小的因素。4.[科学态度与责任]体会电容器在实际生活中的广泛应用，培养探究新事物的兴趣。 一、观察电容器的充、放电现象 1．能储存电荷的电学元件称为电容器。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。 2．电容器的充、放电现象 电容器充电 电容器放电 两极板分别带上等量异种电荷 两极板上电荷互相中和 有瞬时的充电电流流向正极板 有瞬时的放电电流流向负极板 两极板间形成电场储存电能 两极板间失去电场，电能转化为其他形式的能 说明：平行板电容器所带的电荷量，是指一个极板上所带电荷量的绝对值。 二、电容器的电容 1．电容 (1)定义：电容器所带的电荷量Q跟两极板间电势差U的比值。 (2)公式：C＝。 (3)单位 ①国际单位：法拉，符号：F。 ②常用单位：微法(μF)，皮法(pF)。 ③单位关系：1 F＝106μF＝1012pF。 2．平行板电容器 (1)决定电容的因素：平行板电容器的电容C与正对面积S成正比，与极板间的距离d成反比，与极板之间电介质的相对介电常数εr成正比。 (2)计算式：C＝。 ，真空中时：C＝ 注意：定义式C＝中，C与Q无关，C与U无关，与其本身构造有关。 三、常见电容器及其应用 1．电容器的分类 (1)按电介质分：空气电容器、云母电容器、纸质电容器、陶瓷电容器、涤纶电容器、电解电容器等。 (2)按电容是否可变分：可变电容器和固定电容器。 2．(1)额定电压：电容器安全工作的最高电压值称为标称电压，也称额定电压。 (2)击穿电压：电容器耐压的极限值称为击穿电压，击穿后电容器的两极板因导通而损坏。 3．应用：利用电容器可监测水位的变化。当水位升高时，平行板电容器的电容增大，当水位降低时电容减小，根据电容的变化即可测出水位的变化。 注意：电容器外壳上标的电压是标称电压也称额定电压，低于击穿电压。 1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)电容器和电容是一回事。 (×) (2)电容为C的电容器所带电荷量为Q，若电荷量增大为2Q，则电容变为2C。 (×) (3)平行板电容器的S、d变大时，其电容变大。 (×) (4)C＝中εr是相对介电常数，空气的相对介电常数约为1。 (√) 2．(多选)下列关于电容器的叙述正确的是(　　) A．电容器是储存电荷和电能的容器 B．任何两个彼此绝缘而又相互靠近的导体，就组成了电容器 C．电容器所带的电荷量是指两个极板所带电荷量的绝对值之和 D．电容器的充电过程是将其他形式的能转化为电容器的电能并储存起来 ABD　[电容器是任何两个彼此绝缘而又相互靠近的导体组成的能够储存电荷和电能的装置，与导体是否带电无关，故选项A、B正确；电容器所带电荷量是指一个极板所带电荷量的绝对值，故选项C错误；电容器的充电过程是将其他形式的能转化为电能并储存起来，故选项D正确。] 3．(多选)如图所示的各图描述的是对给定的电容器充电时其电荷量Q、电势差U、电容C之间相互关系的图像，其中正确的是(　　) A　　　　 B　　　　C　　　　　D CD　[电容器的电容是由电容器本身属性决定的，与电容器所带电荷量Q的大小和两极板间的电势差U的大小无关，不能认为C与Q成正比，与U成反比，故选项D正确，A、B错误；而C图表示电容器所带电荷量与极板间的电势差成正比，其比值即电容器的电容，故选项C正确。] 观察电容器的充、放电现象 电容器充电时，两极板上的电荷量如何变化？电容器放电时，能量如何转化？ 提示：充电时，两板电荷量增加；放电时，电场能转化为其他形式的能量。 1．实验原理 (1)电容器的充电过程 如图所示，当开关S接1时，电容器接通电源，在电场力的作用下自由电子从正极板经过电源向负极板移动，正极板因失去电子而带正电，负极板因获得电子而带负电。正、负极板带等量的正、负电荷。电荷在移动的过程中形成电流。在充电开始时电流比较大，以后随着极板上电荷的增多，电流逐渐减小，当电容器两极板间电压等于电源电压时，电荷停止移动，电流I＝0。 (2)电容器的放电过程 如图所示，当开关S接2时，将电容器的两极板直接用导线连接起来，电容器正、负极板上电荷发生中和。在电子移动过程中，形成电流，放电开始电流较大，随着两极板上的电荷量逐渐减小，电路中的电流逐渐减小，两极板间的电压也逐渐减小，最后减小到零。 2．实验器材 6 V的直流电源