第10章 第4节 电容器的电容(Word教参)-【优化指导】2022-2023学年新教材高中物理必修第三册（人教版2019）

第4节　电容器的电容 核心素养 物理观念 科学思维 科学态度与责任 1．观察常见电容器的构造，建构电容器模型。 2．理解电容概念，知道电容的单位。 3．了解电容器的类型、特性及作用 经历实验探究电容器两极板间电势差与所带电荷量关系和用物理量之比定义电容的过程 1．通过实验，观察电容器在充、放电过程中电流与电压的变化，分析电荷量变化及能量转化情况。 2．通过探究得出影响平行板电容器电容的因素 [对应学生用书P47] 知识点一 电容器 1．平行板电容器❶：在两个相距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)，就组成一个最简单的电容器，叫作平行板电容器。 2．电容器❷：任何两个彼此绝缘又相距很近的导体，都可以看成一个电容器。 1．任意两个彼此绝缘且又相互靠近的导体都可组成电容器。(　√　) 2．使电容器带电的过程叫作充电。(　√　) 3．因为电容器不导电，所以充、放电过程时电路中也没有电流。(　×　) 知识点二 电容 1．定义：电容器所带的电荷量Q❸与电容器两极板之间的电势差U之比，用C表示。 2．定义式：C＝❹。 3．物理意义：表征电容器储存电荷本领的特性。 4．单位：在国际单位制中，电容的单位是法拉，简称法，符号为F。电容的单位还有微法(μF)和皮法(pF)，1 μF＝10－6 F，1 pF＝10－12 F。 5．电容器的额定电压和击穿电压 (1)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。这个极限电压叫作击穿电压❺。 (2)额定电压：电容器外壳上标的是工作电压，或称额定电压，这个数值比击穿电压低。 6．平行板电容器 (1)平行板电容器电容的决定因素：电容C与两极板间电介质的相对介电常数εr成正比，跟极板的正对面积S成正比，跟极板间的距离d成反比❻。 (2)电容的决定式：C＝❼，εr为电介质的相对介电常数。当两极板间是真空时，C＝，式中k为静电力常量。 1．电容器充电电荷量越多，电容增加越大。(　×　) 2．电容器放电的过程就是两极板电荷中和的过程。(　√　) 3．其他条件不变，只增大电容器极板的正对面积，则电容增大。(　√　) 知识点三 常用电容器❽ 1．固定电容器 (1)定义：电容固定不变的电容器。 (2)常用类型：聚苯乙烯电容器和电解电容器。 2．可变电容器由两组铝片组成。固定的一组铝片叫作定片，可以转动的一组铝片叫作动片。转动动片，使两组铝片的正对面积发生变化，电容就随着改变。 批注❶：平行板电容器只是众多电容器中的一种，对于一个孤立的导体，比如金属球，也有容纳电荷的本领，另一个电极可认为在无穷远处。 批注❷：电容器是储存电荷的元件，在电路中的符号为“”。 批注❸：电容器的正负极板带等量的异种电荷，电容器的带电量为一个极板带电量的绝对值。 批注❹：电容是通过比值法定义的物理量，电容既不与Q成正比，也不与U成反比。 批注❺：在使用电容器时，加在电容器两端的最大电压不能达到或超过击穿电压。 批注❻：平行板电容器的电容由电容器本身来决定，但也可以应用C＝来计算。 批注❼：当两极板间为真空时，相对介电常数取1，有其他电介质时，相对介电常数都大于1。 批注❽：电解电容器 可变电容器 [对应学生用书P49] 探究点一　对电容的理解　(物质观念之形成) ►情境探究 图甲为一个水杯，图乙为一个电容器，电容器的电容C＝用来表征电容器储存电荷的本领，通过类比，指出水杯的哪一物理量可表征水杯容纳水的本领？ 提示：横截面积。 ►探究归纳 1．C＝与C＝的比较 公式 C＝ C＝ 公式特点 定义式 决定式 意义 对某电容器Q∝U，＝C不变，反映容纳电荷本领 平行板电容器C∝εr，C∝S，C∝，反映了影响电容大小的因素 联系 电容器容纳电荷的本领由来量度，由本身的结构(如平行板电容器的εr、S、d等因素)来决定 2.对Q ­U图像的理解 如图所示，对固定的电容器，Q ­U图像是一条过原点的直线，其中Q为一个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C＝，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。 3．电容器的充、放电现象 把直流电源、电阻、电容器、电流表、电压表以及单刀双掷开关组装成实验电路，如图所示。 电容器的充放电 (1)充电：把开关S接1，电源给电容器充电，电容器两极所带电荷量逐渐增大，电流表示数减小，电压表示数增大，当电流表示数为0，电压表示数不变时，电容器充电结束。 (2)放电：把开关S接2，电容器对电阻R放电，电流表示数减小，电压表示数减小，当电流表示数为0，电压表示数为0时放电结束。 (3)电容器充、放电过程中