(讲义)第2章 第5节 科学探究：电容器-【提分教练】2023-2024学年新教材高中物理必修第三册(鲁科版2019)

第5节　科学探究：电容器 学习任务 1．知道并理解电容器、电容的概念，认识常见的电容器，了解影响平行板电容器电容大小的因素。 2．应用电容的定义式及平行板电容器电容的决定式进行简单的计算，体会比值定义的方法，提高分析解决问题的能力。 3．观察电容器的充、放电现象，探究影响平行板电容器电容大小的因素。 4．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。 知识点一　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、放电现象 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 　平行板电容器所带的电荷量，是指一个极板上所带电荷量的绝对值。 1．思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)电容器是储存电荷和电能的容器，只有带电的容器才称为电容器。 (×) (2)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。 (×) 知识点二　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)定义式：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)决定式：C＝，真空中时：C＝。 　定义式C＝中，C与Q无关，C与U无关，与其本身构造有关。 2．思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)平行板电容器的S、d变大时，其电容变大。 (×) (2)C＝中εr是相对介电常数，空气的相对介电常数约为1。 (√) 知识点三　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。 　电容器外壳上标的电压是标称电压也称额定电压，低于击穿电压。 3．思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)可变电容器，一般是使两极板的正对面积发生变化，来改变电容的。 (√) (2)某电容器上标有“25 μF　450 V”字样，要使该电容器两极板之间电压增加1 V，所需电荷量为2.5×10－5 C。 (√) 平行板电容器由两块平行放置的金属板组成。利用平行板电容器进行如下实验： (1)如图所示，保持Q和d不变，增大(或减小)两极板的正对面积S，观察电势差U(静电计指针偏角)的变化，依据C＝，分析电容C的变化。 (2)如图所示，保持Q和S不变，增大(或减小)两极板间的距离d，观察电势差U(静电计指针偏角)的变化，依据C＝，分析电容C的变化。 (3)如图所示，保持Q、S、d不变，插入电介质，观察电势差U(静电计指针偏角)的变化，依据C＝，分析电容C的变化。 提示：(1)实验结论：S增大，电势差U减小，电容C增大。 (2)实验结论：d增大，电势差U增大，电容C减小。 (3)实验结论：插入电介质，电势差U减小，电容C增大。 考点1　观察电容器的充、放电现象 1．实验原理 (1)电容器的充电过程 如图所示，当开关S接1时，电容器接通电源，在电场力的作用下自由电子从正极板经过电源向负极板移动，正极板因失去电子而带正电，负极板因获得电子而带负电。正、负极板带等量的正、负电荷。电荷在移动的过程中形成电流。在充电开始时电流比较大，以后随着极板上电荷的增多，电流逐渐减小，当电容器两极板间电压等于电源电压时，电荷停止移动，电流I＝0。 (2)电容器的放电过程 如图所示，当开关S接2时，将电容器的两极板直接用导线连接起来，电容器正、负极板上电荷发生中和。在电子移动过程中，形成电流，放电开始电流较大，随着两极板上的电荷量逐渐减小，电路中的电流逐渐减小，两极板间的电压也逐渐减小，最后减小到零。 2．实验器材 电解电容器、直流电源、电流计、电压表、电阻、单刀双掷开关、导线。 3．实验步骤 (1)按图连接好电路。 (2)将单刀双掷开关S接1，观察电容器的充电现象，并将结果记录在表格中。 (3)将单刀双掷开关S接2，观察