(讲义)第2章 第1节 电容器与电容-【提分教练】2023-2024学年新教材高中物理必修第三册(粤教版2019)

第一节　电容器与电容 学习任务 1．知道电容器、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，培养探究新事物的兴趣。 知识点一　识别电容器 1．构造：两个相互靠近又彼此绝缘的导体就可以组成一个电容器，电容器的导体间可以填充绝缘物质(电介质)。 2．电容器的带电荷量：是指每一极板所带电荷量的绝对值。 知识点二　电容器的充放电 1．充电：使电容器两极板带上等量异种电荷的过程叫作充电。 2．放电：使电容器两极板上的电荷中和的过程叫作放电。 　电容器外壳上标的电压是工作电压也称额定电压，低于击穿电压。 知识点三　电容器的电容 1．定义：电容器所带的电荷量Q与电容器两极板间的电压U之比。 2．公式：C＝。 3．单位：在国际单位制中的单位是法拉，符号为F，1 F＝1 C/V。常用的单位还有微法和皮法，换算关系：1 F＝106 μF＝1012 pF。 4．物理意义：表示电容器容纳电荷本领的物理量。 知识点四　决定电容的因素 1．平行板电容器的结构：由两块彼此绝缘、相互靠近的平行金属板组成的电容器，是最简单，也是最基本的电容器。 2．决定因素：平行板电容器的电容C与两极板的正对面积S成正比，与电介质的相对介电常数εr成正比，与极板间距离d成反比。 3．表达式：C＝，式中k为静电力常量。 思考辨析(正确的画“√”，错误的画“×”) (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)电容器放电后，电场能转换成其他形式的能。 (√) (3)C＝中的εr是相对介电常数，空气的相对介电常数约为1。 (√) (4)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。 　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，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、负极板上的电荷发生中和。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 6 V的直流电源、 单刀双掷开关、平行板电容器、电流表、电压表、 小灯泡。 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。 (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。 实验记录和分析： 实验项目 实验现象 电容器 充电 灯泡 灯泡的亮度由明到暗最后熄灭 电流表1 电流表1的读数由大到小最后为零 电压表 电压表的读数由小到大最后为6 V 电容器 放电 灯泡 灯泡的亮度由明到暗最后熄灭 电流表2 电流表2的读数由大到小最后为零 电压表 电压表的读数由大到小最后为零 4．注意事项 (1)电流表要选用小量程的灵敏电流计。 (2)要选择大容量的电容器。 (3)在做放电实验时，在电路中串联一个电阻，以免烧坏电流表。 【典例1】　电流传感器可以像电流表一样测量电流，不同的是反应比较灵敏，且可以和计算机相连，能画出电流与时间的变化图像。图甲是用电流传感器观察充、放电过程的实验电路图，图中电源电压为6 V。 甲　　　　　　　　乙 先使开关S与1接通，待充电完成后