5.2研究电容器的充放电（课件）-《电工技术基础与技能》同步教学（苏教版）

模块5 电容 任务二 研究电容器的充放电 任务三 任务一 认识电容器的连接关系 认识电容 本模块学习内容 学习目标 任务描述 任务分析 知识链接 任务二 研究电容器的充放电 电容器的充电与放电 电容器中电流与电压的关系 电容器中的电场能量 任务二学习重点 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 学习目标 ●了解电容器的充放电过程。 ●理解电容器的特点。 ●理解电容器两端电压与电流的关系，会利用 公式求解电容器储能的多少。 任务二 研究电容器的充放电 任务描述 ● 我们先观察一个实验。实验电路图如图2-59所 示，实验前开关S置于位置“2”时，电容器上没有电 荷。当开关置于位置“1”时，灯泡会亮，随后逐渐变暗，最后熄灭，这是为什么呢？将开关S由位置"1 "合向位置"2"时，电路中没有电源，但是灯泡也 会亮，同样是由亮变暗，最后熄灭，这又是为什么 呢？ 任务二 研究电容器的充放电 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 任务分析 ● 电容器的主要特点是能够充放电，即可以储存和 释放能量。电容器在电路中的基本工作方式就是进行 充放电。电容器在电子电路和电气线路中应用广泛是 因为它有储存电场能量的特性，这一特性的具体体现 就是电容器的充放电。通过本任务的学习，我们可以 了解电容器充放电的过程和规律，对于以后理解和掌 握含有电容器的电路有重要意义。 任务二 研究电容器的充放电 知识链接 一、电容器的充电与放电 1.电容器的充电过程 当开关置于位置“1”时，其电路图如图2-60（a）所 示，电容器两极板与电源正负极相连，电容器开始充 电，灯泡发光，并且是由亮逐渐变暗。可发现：电流 表A1的读数由大到小，电压表 V的读数由小到大，经过 一定时间，电流表A1读数为零，灯泡熄灭，即电路中 已无电流，而电压表V的读数等于电源电压值。 任务二 研究电容器的充放电 知识链接 为什么电容器在充电过程中，电流和电容器两端的电压 都在变化呢？这是因为充电时，在直流电压作用下，电源 正极向电容器A极板供给正电荷，电源负极向电容器B极板 供给负电荷，于是电荷在电路中作定向移动形成电流，即 充电电流。由于S与位置“1” 接通的瞬间，电源正极与电容器A极板之间存在较大的电位差，所以开始时充电电大， 灯泡较亮。随着充电过程的进行，电容器极板上的电荷不 断聚积而使电容器两端的电压 UC不断上升，两者的电位差 逐渐减小，充电电流也就越来越小，当电容器两端的电压。 任务二 研究电容器的充放电 知识链接 UC等于电源电压时，两者电位差等于零，充电电流等于 零，充电过程结束，这个过程是非常短暂的。 2.电容器的放电过程 将开关 S 由位置"1"合向位置"2"时，其电路如图2-60 （b）所示，电容器便开始放电。 电容器A极板的正电荷 与B极板的负电荷不断中和。此时，从电流表A2看出电路 中有电流流过，而且由大到小变化，灯泡由亮变暗，最后 熄灭。通过电压表V我们可以观察到 电容器两端的电压UC 逐渐下降，经过一段时间后下降到零，放电过程结束，这 任务二 研究电容器的充放电 知识链接 个过程也是非常短暂的。 任务二 研究电容器的充放电 知识链接 二、电容器中电流与电压的关系 若在t的时间内，电容器极板上的电荷量增加了Q， 则电路中的电流为 即电路中电容器上的电流等于电容器极板上电荷量的变化率。 由公式 可得 那么 所以 任务二 研究电容器的充放电 知识链接 三、电容器中的电场能量 1.电容器的电场能量 经数学推导，电容器中储存的电场能量为 上式中　C——电容器的电容量，单位为法（F）； U——电容器两极板间的电压，单位为伏（V）； WC——电容器中储存的电场能量，单位为焦（J）。 任务二 研究电容器的充放电 知识链接 2.电容器的特点 （1） 电容器能够“隔直通交” 电容器只是在接通直流电源的瞬间进行充电，由于 直流电源电压恒定不变，充电后的电容器两端电压也 恒定不变，因此电容器中不会再有电流通过，这相当 于电容器把直流电流隔断，即电容器的"隔直"作用。 当电容器接通交流电源时，由于交流电的大小和方向 在不断的交替变化，使得电容器正反向反复进行充、 放电，在电路中会出现连续的交流电流，这就是电容器的"通交"作用。 任务二 研究电容器的充放电 知识链接 （2）电容器是一种储能元件 当电容器两端电压增加时，电容器便从外界吸收能量 储存在它的电场中，当电容器两端电压降低时，它便把 原来储存的电场能量释放出来。电场能量和其他能量一 样，只能逐渐积累或逐