10.4 电容器的电容 课件-2023-2024学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册

问题与目标 1.知道什么是电容器及常见的电容器。从物理学的视角认识自然、理解自然，建构关于自然界的物理图景。 2.引导学生经历科学探究过程，知道电容器充电和放电时的电流情况，理解电容器电容的概念及物理意义，养成科学思维习惯。 3.掌握平行板电容器的决定式并能运用其讨论相关问题。体会科学研究方法，增强创新意识和实践能力，注重体现物理学科的本质，培养学生的物理核心素养。 第十章 静电场中的能量 第4节 电容器的电容 用照相机拍照时，闪光灯会发光。如果我把电池拿出来，闪光灯还能发光吗? 可以！！！ 为什么还能发光呢？ 因为相机中有电容器 水可以用容器储存起来，电荷也可以用一个“容器”储存起来。在前面的学习中，经常提到带电体、带电小球、电池等，这说明它们容纳了电荷，具有容纳电荷的本领，图中的元件就是这样的“容器”——电容器。其实，照相机闪光灯就是利用电容器的放电来发光的。那么，它内部的构造是怎样的?它是怎样“装进”和“倒出”电荷的呢? 电容器到底是什么样的元件?它的作用、构造、原理是什么？这节课我们就来学习电容器的电容。 电容器是一种重要的电学元件。在我们的日常生活中，哪些电器中用到了电容器? （一）电容器 1.电容器的概念 莱顿瓶的结构和功能是怎样的? 用手接触与充了电的莱顿瓶连接的导线的时候会感觉到电击。 瓶子可以容纳电荷。 2.电容器的充、放电 (1)充电实验演示：如图所示，单刀双掷开关先接通1，再接通2，观察实验现象。 ①你观察到了什么现象?请解释这一现象。 ②电容器的上极板带什么电荷，下极板带什么电荷? ③电容器容纳的电荷为何不会很快消失? ④开关接通1后，电源会不会永不停止地给电容器充电? ⑤何时充电完毕?为什么两极板间的电压等于电源电压后电容器就停止充电? ⑥是否可以不断增加充电电压，使电容器两端的电压不断增加? 当电压超过某个限度时电介质被击穿，电容器会损坏，这个极限电压称为击穿电压。电容器外壳上标的是工作电压或额定电压。 (2)用传感器观察电容器的放电过程。 电流传感器可以像电流表一样测量电流。不同的是，它的反应非常快，可以捕捉到瞬间的电流变化。此外，由于它与计算机相连，还能显示出电流随时间变化的I-t图像。 ①在图中画一个竖立的狭长矩形(在图的最左边)，它的面积的物理意义是什么? ②怎样根据I-t图像估算电容器在全部放电过程中释放的电荷量?试着算一算。 ③如果要测绘充电时的I-t图像，应该怎样连接电路? 怎样进行测量?得到的I-t图像可能是什么形状的? 电容器是存储电荷量的装置，从放电的过程，我们如何得知其所带的电荷量呢? 如果是不规则图像，该如何计算面积呢? 数格子法。 （二）电容 电容器所带的电荷量跟两极板间的电势差是否存在某种定量关系? 思路引导：电容器充电后两极板间的电压如何测量?在什么时候进行测量？ 实验器材：两个规格分别为(25V，4700μF)和(25V，10000μF)的电解电容器、学生电源、DIS传感器和相应软件、小灯泡、导线若干、开关等。 实验步骤：电路图如图所示。 测同一电容器在不同的充电电压下所带的电荷量：开关接1让电容器充电，充电完毕时电容器两端的电压等于电源电压。此电压可以通过电压传感器测得。开关接2改变电压，重复实验三到四次。 记录数据于表格中，或者作Q-U图像。让电容器放电测放电电流随时间变化的关系图像，通过软件操作求出电容器所带的电荷量并填入表格。 实验次数 充电电压（U/V） 充入电量（Q/C） Q与U的比值 1       2       3       4       实验结论：精确的实验表明，一个电容器所带的电荷量Q与两极板之间的电势差U之比是不变的。不同的电容器，这个比一般是不同的，可见，电荷量Q与电势差U之比表征了电容器储存电荷的特性。 不同的电容器，Q与U的比值一样吗? 用同一电源给不同电容器充电，再将两个电容器反着接，发现电荷量并没有全部中和掉，即得出不同电容器用同一电源充电，电荷量不同，即Q与U的比值不同。 （三）探究平行板电容器的电容 水杯可以盛水，可称为水容器。水杯存水的本领大小由什么决定?电容器储存电荷的本领大小又是由哪些因素决定的呢? 静电计是在验电器的基础上制成的，可以用来测量电势差。使用时把它的金属球跟一个导体连接，金属外壳与另一个导体连接(或者金属外壳与另一个导体同时接地)，从指针偏转角度的大小便可以推知两个导体间电势差的大小。 问题1：为获得电容值较大的电容器，首先应解决什么问题？ 问题2:平行板电容器的电容可能与哪些因素有关? 问题3：研究多因素问题时，应采用什么方法进行实验? 与两极板的正对面积S、两极板间的距离d、两极板间插入的电介质等因素有关。 控制变量法。 平行板电容器的电容决定因素 问题4：如何给平行板电容器充电? 问题5：