第十章 静电场中的能量 4 电容器的电容-【金版教程】2023-2024学年新教材高中物理必修第三册创新导学案word（人教版2019）

4.电容器的电容 1．知道电容器的组成，认识平行板电容器，通过实验感知电容器的充、放电现象。2.理解电容的概念及定义方法，掌握电容的定义、定义式、单位，并会应用定义式进行简单的计算。3.了解影响平行板电容器电容大小的因素，了解平行板电容器的电容决定式。4.认识常见电容器，了解它们的特点和优点。 一　电容器 1．电容器：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。 2．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——电介质而组成，是最简单的电容器。 3．电容器的充、放电过程 电容器充电的过程中，两极板的电荷量增加，极板间的电场强度增大，电源的能量不断储存在电容器中；放电的过程中，电容器把储存的能量通过电流做功转化为电路中其他形式的能量。 二　电容 1．定义：电容器所带的电荷量Q与电容器两极板之间的电势差U之比，用C表示，公式为C＝。 2．物理意义：表征电容器储存电荷的特性。 3．国际单位：法拉，简称法，符号是F。常用的单位还有微法()和皮法(pF)，它们与法拉的关系是：1 μF＝10－6 F，1 pF＝10－12 F。 4．电容器的击穿电压和额定电压 (1)击穿电压：加在电容器两极板上的极限电压，若电压超过这一限度，电介质将被击穿，电容器损坏。 (2)额定电压：电容器外壳上标的工作电压，比击穿电压低。 5．平行板电容器的电容 (1)决定因素：两极板之间的距离d，两极板的正对面积S，两极板之间电介质的相对介电常数εr。 (2)决定式：C＝。 三　常用电容器 1．分类 (1)固定电容器：电容是固定不变的。常用的有聚苯乙烯电容器和电解电容器。 (2)可变电容器：电容是可以改变的。 2．超级电容器：根据电化学原理研发的一种新型电容器。优点是：充电时间短，储存电能多，放电功率大，使用寿命长。 判一判 (1)电容器放电的过程就是两极板电荷中和的过程。(　　) (2)电容大的电容器所带电荷量一定多。(　　) (3)电容的单位有F、μF、pF，1 F＝103 μF＝106 pF。(　　) (4)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。(　　) (5)电容器所带的电荷量Q是指电容器的一个极板上所带电荷量的绝对值。(　　) (6)公式C＝可用来计算任何电容器的电容。(　　) 提示：(1)√　(2)×　(3)×　(4)×　(5)√　(6)× 探究1　电容器及电容 仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。 活动1：水可以用容器储存起来，电荷可以用如图甲、乙所示的电容器储存，如图乙所示是最简单的一种电容器，根据图乙分析电容器的构造是怎样的？ 提示：电容器由两个彼此绝缘又相距很近的导体中间夹上一层电介质组成。 活动2：如图丙所示实验电路，C表示电容器，将开关S断开时，电压表的示数为0，将开关S接1，可以看到电压表的示数迅速增大，随后逐渐稳定在某一数值，电流表中有短暂的从电源正极流向电容器正极板(与电源正极连接的极板)的电流，同时电流从电容器的负极板(与电源负极连接的极板)流向电源负极，随着电压表示数增大并逐渐稳定在某一数值，电流表的示数逐渐减小到0。之后，把开关S接2，观察电流表发现电流由电容器的正极板经过电阻R流向电容器的负极板，且电压表和电流表的示数不断减小，最后为0。根据该实验分析电容器是怎样“装进”和“倒出”电荷的？ 提示：将电容器的两个极板分别与电源的正、负极相连，电容器充电，“装进”电荷，与电源正极连接的极板带正电，与电源负极相连的极板带负电。充电时，电容器两个极板间的电压不断增大，最后稳定在某一数值。电容器充电后，将电容器的两个极板用导线(经过电阻)连接，电容器放电，“倒出”电荷，电容器两极板上的电荷中和，最后两极板都不带电，这也表明电容器充电时，两极板上带等量异种电荷。 活动3：如图丁所示，电容器A、B相同，开始时A、B均不带电，S1、S2断开，然后把开关S1接1，使电容器A充电，充电结束后，电压表示数为一定值。接着，把开关S1接2，使A、B并联(注意不要让手或其他导体跟电容器的两极板接触，以免所带电荷漏失)，可以看到电压表示数变为原来的一半；断开开关S1，闭合开关S2，让B的两极板完全放电，随后再断开开关S2，把B和A并联，电压表的示数再次减少一半。继续上述的操作，观察发现每次把B和A并联后，电压表的示数都再次减少一半，这说明了什么？ 提示：每次把B与A并联前，电容器B都不带电，每次把B与A并联后，由于电容器A、B相同，电容器A上的电荷量都有一半分配给电容器B，即电容器A上的电荷量都减少为原来的一半，而电压表示数每次同时减少为原来的一半，说明电容器A上的电荷量与两极板间的电压的比值是一个定值。 活动4：如图戊所示，用不同的容器装水，使容器中的水深为1 cm，横截面积大的容器需要的