10.4 电容器的电容-2024-2025学年高二物理同步学案（人教版2019必修第三册）

10.4 电容器的电容 课程标准 学习目标 观察常见电容器，了解电容器的电容，观察电容器的充、放电现象。能举例说明电容器的应用。 1．知道什么是电容器及电容器的主要构造.. 2．理解电容的概念及其定义式. 会应用平行板电容器的电容公式分析有关问题． 3．了解电容器充电和放电现象及能量转换. 知识点一、电容器 电容 一、电容器 1．基本构造：任何两个彼此绝缘又相距很近的导体，都可以看成一个电容器． 2．充电、放电：使电容器两个极板分别带上等量异种电荷，这个过程叫充电．使电容器两极板上的电荷中和，电容器不再带电，这个过程叫放电． 3．从能量的角度区分充电与放电：充电是从电源获得能量储存在电容器中，放电是把电容器中的能量转化为其他形式的能量． 4．电容器的电荷量：其中一个极板所带电荷量的绝对值． 5．电容器的充、放电现象 把直流电源、电阻、电容器、电流表、电压表以及单刀双掷开关组装成实验电路。如图所示。 电容器的充、放电电路 (1)充电：把开关S接1，电源给电容器充电，电容器两极所带电荷量逐渐增大，电流表示数减小，电压表示数增大，当电流表示数为0，电压表示数不变时，电容器充电结束。 (2)放电：把开关S接2，电容器对电阻R放电，电流表示数减小，电压表示数减小，当电流表示数为0，电压表示数为0时，放电结束。 (3)电容器充、放电过程中能量的变化 ①充电过程：电源的能量不断储存在电容器中。 ②放电过程：电容器把储存的能量通过电流做功转化为电路中其他形式的能量。 二、电容 1．定义：电容器所带电荷量Q与电容器两极板之间的电势差U之比． 2．定义式：C＝. 3．单位：电容的国际单位是法拉，符号为F，常用的单位还有微法和皮法，1 F＝106 μF＝1012 pF. 4．物理意义：电容器的电容是表示电容器容纳电荷本领的物理量，在数值上等于使两极板之间的电势差为1 V时，电容器所带的电荷量． 5．击穿电压与额定电压 (1)击穿电压：电介质不被击穿时加在电容器两极板上的极限电压，若电压超过这一限度，电容器就会损坏． (2)额定电压：电容器外壳上标的工作电压，也是电容器正常工作所能承受的最大电压，额定电压比击穿电压低． 6．对电容及其定义式的理解 (1)C＝，表示电容器的电容在数值上等于使两极板间的电势差为1 V时电容器需要带的电荷量。 (2)电容是反映电容器容纳电荷本领的物理量，由电容器本身的性质决定，与电容器是否带电、所带电荷量Q和两极板间的电势差U无关。 7．电容器电容的另一表达式 　如图所示，Q ­U图像是一条过原点的直线，其中Q为一个极板上所带电荷量的绝对值，U为两板间的电势差，直线的斜率表示电容大小。因此C＝，即电容的大小在数值上等于两极板间的电压增加(或减小)1 V所增加(或减小)的电荷量。 知识点二、平行板电容器 一、平行板电容器的电容 1．结构：由两个平行且彼此绝缘的金属板构成． 2．电容的决定因素：电容C与两极板间电介质的相对介电常数εr成正比，跟极板的正对面积S成正比，跟极板间的距离d成反比． 3．电容的决定式：C＝，εr为电介质的相对介电常数，k为静电力常量．当两极板间是真空时，C＝. 二、常用电容器 1．分类：从构造上看，可以分为固定电容器和可变电容器两类． 2．固定电容器有：聚苯乙烯电容器、电解电容器等． 3．可变电容器由两组铝片组成，固定的一组铝片叫定片，可以转动的一组铝片叫动片．转动动片，使两组铝片的正对面积发生变化，电容就随着改变． 4．平行板电容器的两类动态问题 (1)电容器始终连接在电源两端。 (2)电容器充电后断开电源。 5．两类动态问题中各物理量的关系 所用公式(1)C＝　(2)E＝　(3)C＝∝ 始终连接在电源两端，U不变 充电后断开电源，Q不变 由εr、S或d的变化判断C、Q、E的变化 由εr、S或d的变化判断C、U、E的变化 Q＝UC∝C∝ U＝∝∝ E＝∝，与S无关 E＝∝，与d无关 [例题1] 下列关于电容器的叙述正确的是（　　） A．电容器是储存电荷的容器，只有带电的容器才是电容器 B．任何两个彼此绝缘且相距很近的物体，就组成了电容器 C．电容器所带的电荷量是指每个极板所带电荷量的代数和 D．电容器充电过程是将其他形式的能转变成电容器的电能并储存起来，电容器的放电过程是将电容器储存的电能转化为其他形式的能 [例题2] 根据电容器的电容的定义式C，可知（　　） A．电容器带的电荷量Q越多，它的电容C就越大 B．电容器两极板之间的电势差U越大，它的电容C就越小 C．电容器的电容大小与电容器的带电情况无关 D．电容器不带电时，其电容为零 [例题3] 某一电容器的标准是“400V 22μF”（如图），则下列说法中正确的是（　　） A．该电容器可在400V以下电压