2.5科学探究：电容器-2022-2023学年高二物理同步备课系列（鲁科版2019必修第三册）

第5节 科学探究：电容器 制作：沈雄斌 授课：东山二中高二物理组 高中物理必修三 第2章 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 电容器的充、放电 一 1、电容器：能储存电荷的电学元件称电容器。 2、平行板电容器：两块彼此绝缘且靠得很近的金属板组成的最简单的电容器。 平行板电容器 极板 极板 3、电容器充电：让电容器带上等量导种电荷的过程。 电容器的充、放电 一 a b c d + - 电子移动方向：a→b d→c 4、电容器放电：让电容器储存的电荷释放的过程。 电容器的充、放电 一 a b c d 电子移动方向: b→a c→d 电容器的充、放电 一 电容器可以储存电荷。 在电容器充电时，电路电流瞬间达到最大值，然后逐渐减小至0;两板间电压逐渐增大后保持不变；两板间电荷量逐渐增加后保持不变。 在电容器放电时，电路电流瞬间达到最大值，然后逐渐减小至0;两板间电压逐渐减小至0;两板间电荷量逐渐减小至0。 实验结论： 接开关1时：D2亮；接开关2时： D1亮。 现象： 二极管导通与截止： + - 电势高 电势低 导通 - + 电势低 电势高 截止 在只受静电力时，正电荷是从电势高向电势低移动，负电荷是从电势低向电势高移动。 + - B A 接1时： 电子是从B向A移动 ∴D2导通，亮；D1截止，不亮。 接2时： 电子是从A向B移动 I I I I I I ∴D1导通，亮；D2截止，不亮。 电流方向：与正电荷定向移动方向相同，与负电荷移动方向相反。 相关知识 电容器充电 电容器放电 电容器的电容 二 电容器充电时，极板的电压U随极板的电量Q增加而增大。 电容器放电时，极板的电压U随极板的电量Q减少而减小。 同一电容器 不同电容器 物理学中，用Q与U的比值来表示电容器的储存电荷的本领 电容 1、定义：电容器所带电量Q与电容器两极板间的电势差U的比值，称为电容器的电容。 符号：C 2、定义式： Q是一个极板所带电荷量 3、国际单位： 法拉 简称：法 符号：F 1F=1C/V 常用单位还有： 电容器的Q—U图象 U/V Q/C △U △Q C1 C2 C=Q/U C=△Q/△U 电容器的电容 二 Q1 Q2 U1 U2 Q=CU 对于同一电容。C值固定时，Q与U成正比。 O 图象斜率：表示电容 C1>C2 11 本资料来自于资源最齐全的２１世纪教育网www.21cnjy.com 电容器的电容 二 电容定义式 思考： “电容与极板带电量成正比与极板间电势差成反比。” 这个说法正确吗？ 电容器的电容大小与什么因素有关呢？ 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。 电容器的电容 二 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 结论： 接在电路中时，电容器两端电压U不变，但电容器电容如果出现变化，极板所带电量也会发生变化。 讨论： 这个过程电场也会发生变化吗？ E发生变化 如果电容器充满电后断开电源，然后改变电容器的电容，电容器的带电量、两极板的电势差、板间电场又会出现什么样的变化呢？ 例 ：平行板电容器，带电量为Q，板间电压为U。断开电源后，若只将极板正对面积S减少为原来的3/4，求极板间的电压 。 结论： 从电路断开后，电容器带电量Q不变，当电容器电容出现变化，极板间电势差也会发生变化。 解： 讨论： 1、这个过程电场也会发生变化吗？ E发生变化 2、如果只改变两极板间的距离，电场会发生变化吗？ E不变 练习 分析 mg qE 开始时静止，重力与静电力平衡。 极板间距d增大，因电容接在电源两端电压U不变， ∴E变小，F变小，qE<mg，电荷向下加速。B对。 Q=CU，U不变，d变大，C变小，所以Q变小，有电荷流动。D对。 常见电容器 三 常见电容器 三 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 常见电容器 三 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