第2章 第5节 科学探究：电容器-【正禾一本通】2023-2024学年新教材高二物理必修3同步课堂高效讲义教师用书（鲁科版）

第5节　科学探究：电容器 【核心素养目标】 物理观念 知道电容器和电容的概念，认识常见电容器，知道平行板电容器的电容。 科学思维 应用电容的定义式进行简单的计算，体会比值定义的方法。 科学探究 探究影响平行板电容器电容大小的因素。 科学态度与责任 体会电容器在实际生活中的广泛应用，培养探究新事物的兴趣。 一、观察电容器的充、放电现象 1．能储存电荷的电学元件称为电容器。两块彼此绝缘的平行金属板可组成最简单的电容器，即平行板电容器。 2．电容器的充、放电 电容器充电 电容器放电 两极板分别带上等量异种电荷 两极板上电荷互相中和 有瞬时的充电电流流向正极板 有瞬时的放电电流流向负极板 两极板间形成电场储存电能 两极板间失去电场，电能转化为其他形式的能 二、电容器的电容 1．电容 (1)定义：电容器所带的电荷量Q跟两极板间电势差U的比值。 (2)公式：C＝。 (3)单位 ①国际单位：法拉，符号：F。 ②常用单位：微法(μF)，皮法(pF)。 ③单位关系：1 F＝106μF＝1012pF。 2．平行板电容器 (1)决定电容的因素：平行板电容器的电容C与正对面积S成正比，与极板间的距离d成反比，与极板之间电介质的相对介电常数εr成正比。 (2)计算式：C＝，真空中时：C＝。 三、常见电容器及其应用 1．电容器的分类 (1)按电介质分：空气电容器、云母电容器、纸质电容器、陶瓷电容器、涤纶电容器、电解电容器等。 (2)按电容是否可变分：可变电容器和固定电容器。 2．(1)额定电压：电容器安全工作的最高电压值称为标称电压，也称额定电压。 (2)击穿电压：电容器耐压的极限值称为击穿电压，击穿后电容器的两极板因导通而损坏。 3．应用：利用电容器可监测水位的变化。当水位升高时，平行板电容器的电容增大，当水位降低时电容减小，根据电容的变化即可测出水位的变化。 学生用书第53页 1．判断正误 (1)两个靠近的导体一定能构成一个电容器。(　　) (2)电容器所带的电荷量是指每个极板所带电荷量的代数和。(　　) (3)电容器的电容与电容器所带电荷量成反比。(　　) (4)公式C＝可用来计算任何电容器的电容。(　　) (5)将电介质插入平行板电容器时，电容器的电容将变小。(　　) 答案：　(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×　 2．链接实景 如图所示是我们常见的形形色色的电容器，思考最后一个电容器上所标注的“50 V”，指的是电容器的什么电压？ 提示：　额定电压。 知识点一　观察电容器的充、放电现象 1．当原本不带电的电容器的两个极板与电源的正负极相连(图甲)，闭合开关时，发生什么现象？对电容器来说这个带电过程叫什么？ 提示：　电路中有短暂电流通过。两个极板上就分别带上了等量的异种电荷。这个过程叫做充电。 2．用导线将原本带电的电容器两极板连接起来(图乙)，闭合开关时，发生什么现象？对电容器来说这个带电过程叫什么？ 提示：　由于电路中有电势差，有电流通过。两极板上的电荷互相中和，电容器就不带电了，这个过程叫放电。 1．实验原理与设计 实验电路如图所示。当开关拨到位置“1”时，电源E对电容器充电；当开关拨到位置“2”时，电容器放电。在充电和放电过程中，利用电流计观察电路的电流大小和方向的变化，利用电压表观察电容器两极板间电压的变化，进而判断电容器两极板储存电荷量的变化。 2．实验器材 电解电容器、直流电源、电流计、 电压表、单刀双掷开关、 导线。 3．实验步骤 (1)按图连接好电路。 (2)把单刀双掷开关S接1，观察电容器的充电现象，并将结果记录在表格中。 学生用书第54页 (3)将单刀双掷开关S接2，观察电容器的放电现象，并将结果记录在表格中。 (4)记录好实验结果，关闭电源。 4．实验现象分析 实验项目 实验现象 电容器 电压表 电压表的读数由小到大最后与电源电压相等 充电 电流计 电流计的读数由大到小最后为零 电容器 电压表 电压表的读数由大到小最后为零 放电 电流计 电流计的读数由大到小最后为零 5.注意事项 (1)电流计要选用小量程的灵敏电流计。 (2)要选择大容量的电容器。 (3)实验要在干燥的环境中进行。 (4)在做放电实验时，在电路中串联一个电阻，以免烧坏电流计。 某同学利用图(a)所示电路测量电容器充电时两极板间的电压随时间的变化。实验中使用的器材为：电池E(内阻很小)、开关S1和S2、电容器C(约100 μF)、电阻R1(约200 kΩ)、电阻R2(1 kΩ)、电压表(量程6 V)、秒表、导线若干。 (1)按图(a)所示的电路原理图将图(b)中实物图连接起来。 (2)先闭合开关S2，再断开开关S2；闭合开关S1，同时按下秒表开始计时．若某时刻电压表的示数如