10.4 电容器的电容（课件）-【上好课】2024-2025学年高二物理同步精品课堂（人教版2019必修第三册）

第十章：第4节 电容器的电容 高中物理必修第三册 制作：陈庆威 目录 CONTENT 高中物理必修第三册 电容器 电 容 常见电容器 平行板电容器分析 新课引入 01. 高中物理选择性必修第一册 水可以用容器储存起来，电荷是不是也可以用一个“容器”储存起来呢？ 新课引入 02. 高中物理选择性必修第一册 图中的元件就是这样的“容器” ——电容器。 电容器是电气设备中的一种很重要的元件，在电子技术和电工技术中有很重要的应用。 新课引入 03. 高中物理选择性必修第一册 那么，什么是电容器？它的内部构造是怎样的？它是怎样“装进”和“倒出”电荷的呢？ 电容器 第一部分 电容器 01. 高中物理必修第三册 1.定义：在两个相距很近的平行金属板中间夹上一层绝缘物质——电介质（空气也是一种电介质），就构成了一个最简单的电容器，叫作平行板电容器。 3.作用：储存电荷 金属极板 绝缘物质(电介质) 思考：相邻的两个同学是否能构成电容器？ 2.电路图符号： 任何两个彼此绝缘又相互靠近的导体都能构成电容器。 那么，如何往电容器内“装”电荷呢？ 高中物理必修第三册 使电容器的两个极板分别带上等量的异种电荷，这个过程叫充电。 U + + + + + + -Q +Q - - - - - - - Q↑、U ↑、E ↑ 稳定后不变 G （1）两极板带等量异种电荷； （2）两极板间有与电源相等的电压； （3）两极板间有匀强电场； （4）两极板间储存有电场能。 电能 电场能 充电完成后： 电容器的充电 03. 高中物理必修第三册 电容器的放电 04. 已经充电的电容器两极板上的电荷的中和过程，叫放电。 + + + + + + Q +Q U G ↓Q↓、U ↓、E ↓ 稳定后均为零 其他 电场能 1.两极板带电量为0； 2.两极板间电压U=0； 3.两极板间场强E=0； 4.两极板间无电场能。 放电完成后： 高中物理必修第三册 实验设计 拓展——微元法:Q =I t I-t图像“面积”表示电荷量 I - t图像 用传感器演示电容器的充放电 05. 高中物理必修第三册 用传感器演示电容器的充放电 06. 关键点拨 08. 高中物理必修第三册 3.若保持与电源连接，则板间电压 U 不变； 4.若断开电源，则极板所带电量 Q 不变。 2.把一个极板带电量的绝对值叫做电容器的带电量,用Q表示； 1.充放电时间极短，充放电完成时，灵敏电流计的指针不偏转， 说明此时电路中没有电流。 学以致用：照相机的闪光灯原理 09. 高中物理必修第三册 照相机的闪光灯，在不到0.001s的短暂时间内发出强烈闪光，瞬间电流 很大，各种电池都不能承受。在实际中，常常用电容器帮助闪光实现它 的功能。拍照前用较长的时间（一般几秒）给电容器充电，拍照时触发 闪光灯，使电容器通过灯管瞬间 放电，发出耀眼的白光。然后电源又 给电容器充电，为下次 闪光做准备。 闪光灯的内部结构 问题与思考 10. 高中物理必修第三册 类比法： 类比圆柱 型水杯容 器的储水 h h A B C 1.水位每升高h，试比较A、B、C的储水量； 2.哪个储水本领大？ 如何反映其储水本领？ 既然电容器能储存电荷，如何反映电容器容纳电荷的本领大小呢？ 大胆猜想 11. 高中物理必修第三册 容纳储存水 容纳储存电荷 电荷量 Q 水量 V 电势差 U 水位差 h 横截面 S 电容器 水容器 ？ 大胆猜想 研究发现 12. 高中物理必修第三册 人们通过实验研究发现： 对于同一电容器，电容器所带的电荷量Q与电容器两极板间的电势差U成正比，即比值Q/U 是一个常量；对于不同的电容器，这个比值一般不同。这个比值就表征了电容器储存电荷的特性。 实验电路图 具体如何描述呢？ 电 容 第二部分 电容 01. 高中物理必修第三册 4.物理意义：描述电容器容纳电荷的本领。电容越大，表明在相同电势差情况下，电容器所带的电荷越多。 1.定义：电容器所带电量Q与电容器两极板间电势差 U 的比值，叫电容器的电容（capacitance）。用C表示; 2.定义式： 3.单位：法拉（F） 1F=1C/ V 1F=106μF=1012pF 电容C与电荷量Q成正比与电压U成反比吗？ 在数值上等于使电容器两极板间的电势差增加1V所需要增加的电荷量。 击穿电压 02. 高中物理必修第三册 加在电容器两极板上的电压不能超过某一个限度，超过这个限度，电介质将被击穿，电容器损坏。这个极限电压称为击穿电压。 电容器外壳上标的电压是工作电压，或称额定电压，额定电压比击穿电压低。 问题与思考 03. 高中物理必修第三册 你可以动手制做一个容量较大的电容器，该怎么做？ 请同学们参考课本拓展学习部分。 电容器的电容跟哪些因素有关？ 接下来我们以平行板电容器为例进行探究： 控制变量法 04. 高中物理必修第三册 有机玻璃板 + + + + + + - - - - -- 改变d 改变S 改变 电介质  多媒体实验室 说明：静电计是在验电器的基础上制成的，用来测量导体间的电势差，从指针的偏转角度就可以知道两个导体间的电势差的大小。 实验结论 05. 高中物理必修第三册 保持电量Q不变时 平行板电容器的电容C 板间距离d； 正对面积S； 介电常数𝛆 r； 𝛆r=4 - - - - - - + + + + ++ + + + + ++ + + + + ++ + + + + ++ + + + ++ 𝛆r=2 𝛆r=1 反比于 正比于 正比于 实验演示 01. 高中物理必修第三册 几种常见介质的介电常数 08. 高中物理必修第三册 电介质 空气 煤油 石蜡 陶瓷 玻璃 云母 水 1.0005 2 6 6～8 4～11 2.0～2.1 81 空气的相对介电常数与1十分接近，研究中，空气对电容的影响一般可以忽略。 了解了关于电容器的相关知识后，你知道电容器在生活中有哪些常见类型不？ 常见电容器 第三部分 固定电容器 01. 高中物理必修第三册 1.聚苯乙烯电容器： 以聚苯乙烯薄膜为电介质，两层铝箔为极板。 2.电解电容器： 用铝箔做一个极板，以铝箔上很薄的一层氧化膜为电介质，用浸过电解液的纸做另一个极板。有“+”、“-”极之分，不能接反，不能接交流电。 ＋ 符号： 高中物理必修第三册 两极由两组铝片组成，固定的一组铝片叫做定片；可以转动的一组铝片叫做动片。转动动片，使两组铝片的正对面积发生变化，电容相应变化。 可变电容器按其使用的介质材料可分为空气介质可变电容器和固体介质可变电容器。 可变电容器 02. 超级电容器 03. 高中物理必修第三册 超级电容器是指介于传统电容器和充电电池之间的一种新型储能装置，它既具有电容器快速充放电的特性，同时又具有电池的储能特性。 平行板电容器动态分析 第四部分 控制电压不变 01. 高中物理必修第三册 d增加 C减小 Q=CU Q减小 E=U/d E减小 S减小 U不变 C减小 Q=CU Q减小 E不变 E=U/d 电容器始终与电源连接，U保持不变。 高中物理必修第三册 C减小 U=Q/C U增加 E不变 C减小 U=Q/C U增加 E增加 电容器始终与电源断开，Q保持不变。 d增加 S减小 Q不变 控制电荷量不变 02. 课堂小结 高中物理必修第三册 电容器 充电 在两个相距很近的平行金属板中间夹上一层绝缘物质 电容 单位：法拉 1F=1C/V 意义：容纳电荷的本领 与电源连接，U保持不变 与电源断开，Q保持不变 放电 课后作业 第五部分 例题1 例题精选 01. 【参考答案】C 高中物理必修第三册 将电容器接在电压恒定为U的电源两端，电容器两平行极板面积足够大，两极板之间的距离为d，现将两极板分别围绕O、O'点逆时针旋转角度为θ=37°（sin37°=0.6，cos37°=0.8），如图中虚线所示，下列说法正确的是（　　） A．两极板旋转之后，极板间的正对面积不变 B．两极板旋转之后，极板间的正对面积变大 C．两极板旋转之后，极板间的电场强度增大 D．两极板旋转之后，极板间的电场强度不变 解析 例题解析 02. 高中物理必修第三册 AB．两极板旋转之后，极板间的正对面积减小，故AB错误； CD．两极板旋转后，两极板间距离减小，电势差不变， 板间的电场强度 增大，故D错误，C正确。故选C。 例题2 例题精选 03. 【参考答案】A 高中物理必修第三册 某同学利用图甲所示的电路演示电容器的充、放电过程，先使开关S与1端相连，然后把开关S掷向2端，传感器将电流信息传入计算机，屏幕上显示出电流随时间变化的图像如图乙所示。下列说法正确的是（　　） A．图像中两阴影面积一定相等 B．放电过程中，电容器下极板带正电 C．仅改变两极板间距离，电容器充电结束时电容器两板间电压会改变 D．仅改变电阻R，电容器充电结束后电容器电荷量Q会改变 解析 例题解析 04. 高中物理必修第三册 A．图像面积表示电荷量，所以两阴影面积分别表示充放电电荷总量，一定相等，A正确； B．电容器下极板与电源负极相连，所以下极板带负电，B错误； C．电源电压不变，仅改变两极板间距离，电容器充电结束时电容器两板间电压不会改变，C错误； D．电容器所带的电荷量，由于电源电动势不变，电容不变，所以减小电阻，只是增大了充电的电流，但电容器的电荷量不变，C错误；故选A。 例题3 例题精选 05. 【参考答案】B 高中物理必修第三册 （2024·辽宁·高考真题）某种不导电溶液的相对介电常数与浓度的关系曲线如图（a）所示，将平行板电容器的两极板全部插入该溶液中，并与恒压电源，电流表等构成如图（b）所示的电路，闭合开关S后，若降低溶液浓度，则（　　） A．电容器的电容减小 B．电容器所带的电荷量增大 C．电容器两极板之间的电势差增大 D．溶液浓度降低过程中电流方向为M→N 解析 例题解析 06. 高中物理必修第三册 A．降低溶液浓度，不导电溶液的相对介电常数增大，根据电容器的决定式可知电容器的电容增大，故A错误； BC．溶液不导电没有形成闭合回路，电容器两端的电压不变，根据结合A选项分析可知电容器所带的电荷量增大，故B正确，C错误； D．根据B选项分析可知电容器所带的电荷量增大，则给电容器充电，结合题图可知电路中电流方向为，故D错误。故选B。 例题4 例题精选 07. 【参考答案】C 高中物理必修第三册 （2024·甘肃·高考真题）一平行板电容器充放电电路如图所示。开关S接1，电源E给电容器C充电；开关S接2，电容器C对电阻R放电。下列说法正确的是（） A．充电过程中，电容器两极板间电势差增加，充电电流增加 B．充电过程中，电容器的上极板带正电荷、流过电阻R的电流 由M点流向N点 C．放电过程中，电容器两极板间电势差减小，放电电流减小 D．放电过程中，电容器的上极板带负电荷，流过电阻R的电流由N点流向M点 解析 例题解析 08. 高中物理必修第三册 A．充电过程中，随着电容器带电量的增加，电容器两极板间电势差增加，充电电流在减小，故A错误； B．根据电路图可知，充电过程中，电容器的上极板带正电荷、流过电阻R的电流由N点流向M点，故B错误； C．放电过程中，随着电容器带电量的减小，电容器两极板间电势差减小，放电电流在减小，故C正确； D．根据电路图可知，放电过程中，电容器的上极板带正电荷，流过电阻R的电流由M点流向N点，故D错误。故选C。 例题5 例题精选 09. 【参考答案】D 高中物理必修第三册 如图所示，平行板电容器与电压恒定的电源连接，B极板接地，静电计所带电量很少，对电路几乎没有影响。一轻质绝缘细线一端固定在O点，另一端系一带电量不变的小球，小球静止在平行板电容器A、B间，细线、小球在竖直平面内，A、B两板平行正对，且与纸面垂直、与细线平行，在竖直面内保持两板正对面积不变，A板远离B版一小段距离（小球始终未碰到极板），下列说法正确的是（　　） A．电容器的电容变大 B．绳子的拉力变小 C．静电计的张角变大 D．小球的电势能增加 解析 例题解析 10. 高中物理必修第三册 A．将平行板电容器上极板竖直向上移动小段距离，根据可知电容减小，故A错误；BD．根据题意知小球静止时处于平衡状态，由受力分析知,当A板远离B板一小段距离，根据可知电容器间电场强度 减小，小球受到的电场力减小，则小球向B极板偏离，这时绳拉 力增大；当A板远离B版一小段距离，小球与下极板电势差减小，则小球所在位置电势降低，由于小球带负电，所以小球的电势能增大，故B错误，D正确；C．因为电容器电压不变，所以静电计指针张角不变，故C错误。故选D。 THANKS Lavf59.23.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf59.23.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $$