10.4 电容器的电容 课件 -2024-2025学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册

第十章 静电场中的能量 第4节 电容器的电容 02 主题二：电容 01 主题一：电容器 第4节 电容器的电容 目录 CONTENTS 03 主题三：平行板电容器 04 主题四：动态分析 05 主题五：常见电容器 思考1：在断路处接两个彼此靠近的平行金属板呢？ 不会 新课引入：闭合下图开关，电流表指针会偏转吗？？ A － ＋ + -0.6 0.6 0 + + + + + + + + 思考2：加平行金属板和不加平行金属板有什么区别？ 一、电容器（capacitor） 1.构造: 靠的近且彼此绝缘的两个导体 2.充电: 1 2 电能转化为电场能， 3.放电: 电场能转化为其它能， 当U等于电源电压时结束 当中和完毕结束 注意：①充放电是个瞬间电流 4.带电量: 一个极板所带电量的绝对值 U +Q -Q A ②断开电源，Q不变 接通电源，U不变 且方向相反 思考3：不同电容器存储电荷的本领肯定不一样，那如何反映电容器存储电荷的本领呢？ U1 +Q1 -Q1 + + + + _ _ _ _ U2 +Q2 -Q2 + + + + _ _ _ _ + + + _ _ _ 谁的储电本领强？ 电容器 电量 电势差 A 50C 10V B 100C 50V 电量Q 电压U 反映储电本领 50C 10V 100C 50V > A B A B h 二、电容（capacitance） 存储电荷的本领 1.定义: 2.定义式: Q U 法拉(F) 3.单位: C= 微法(μF) 皮法(pF) ΔQ ΔU = 1F= 103mF= 106μF 电容是由电容器本身结构决定。 注意: 与带电量Q和电势差U无关 毫法(mF) 纳法(nF) =109nF= 1012pF U +Q -Q + + + + _ _ _ _ 三、平行板电容器 1.构造: 两块彼此绝缘平行金属板 2.电容: U +Q -Q + + + + _ _ _ _ ①S θ U C (电压表) 静电计 ②d ③绝缘物质 Q U C= 思考4：平行板电容器的电容跟哪些因素有关呢？ 猜想：与两板面积S、距离d、以及中间的绝缘物质有关 θ U C 插入 电介质 思考4：平行板电容器的电容跟哪些因素有关呢？ ①S θ U C (电压表) 静电计 Q U C= ②d ③绝缘物质 猜想：与两板面积S、距离d、以及中间的绝缘物质有关 电介质 θ U C 思考4：平行板电容器的电容跟哪些因素有关呢？ θ U C 插入 ①S θ U C (电压表) 静电计 Q U C= ②d ③绝缘物质 猜想：与两板面积S、距离d、以及中间的绝缘物质有关 ①此式是决定式，只适用于平行板电容器 注意: ③ε叫介电常数由中间的绝缘物质决定. ②S是正对面积， （k为静电力常数） εS 4πkd C = U +Q -Q +Q -Q 三、平行板电容器 1.构造: 两块彼此绝缘平行金属板 2.电容: 电介质 空气 煤油 石蜡 陶瓷 玻璃 云母 水 数值 1.0005 2 6 6～8 4～11 2.0～2.1 81 3.参数: ①击穿电压:击穿绝缘物质的电压 U额低于U穿 ②额定电压:正常工作时的最高电压 , 【典例1】电容器是一种重要的电学元件，它能够储存电荷。电容器储存电荷的特性用电容表征。如图所示，在研究电容器充、放电的实验中，使开关S掷向1端，电源E对电容器C充电。下列图像中，能正确反映电容器充电过程中电流与时间、电荷量与电压关系的是（　　） A． B． C． D． A 【典例2】(多选)如图所示，电路中A、B为两块竖直放置的金属板，C是一只静电计，开关S闭合后，静电计指针张开一个角度，下述做法可使静电计指针张角增大的是( 　　) A．使A、B两板靠近一些 B．使A、B两板正对面积减小一些 C．断开S后，使B板向右平移一些 D．断开S后，使A、B正对面积减小一些 CD 【典例3】如图所示，A、B为平行板电容器的金属板，G为静电计，开始时开关S闭合，静电计指针张开一定角度，下述结论正确的是(　 ) A．若保持开关S闭合，将A、B两 极板靠近些,指针张开角度将变小 B．若保持开关S闭合，将A、B两极板 正对面积变小些，指针张开角度将不变 C．若断开开关S后，将A、B两极板 靠近些，指针张开角度将变大 D．若断开开关S后，将A、B两极板 正对面积变小些，指针张开角度将不变 B 1.保持开关S闭合 电压U不变 2.断开开关 电量Q不变 V A B = Q Cd （k为静电力常数） εS 4πkd C = U +Q -Q +Q -Q 三、平行板电容器 1.构造: 两块彼此绝缘平行金属板 2.电容: 3.参数: ①击穿电压 ②额定电压 E怎么变化？ U d E = 4πkQ εS = εS 4πkd = Q d 4.C与E: ①定义式C= Q U (所有电容器) 决定式C= εS 4πkd (平行板电容器) ②定义式E= U d (匀强电场) 决定式E= 4πkQ εS (平板电容器) U +Q -Q +Q -Q +Q -Q 思考4：平行板电容器S变小，d变大，E和U怎么变？ E,U怎么变？ U +Q -Q +Q -Q E,U怎么变？ C减小 C=Q/U U增加 无法判断 C减小 C=Q/U U增加 E增加 (电容器始终与电源断开) Q不变 d增加 S减小 四、动态分析 1.Q不变 U +Q -Q 2.U不变 (电容器始终与电源连接) 判断C,U,E E不变 E=U/d E增加 E=U/d εS 4πkd C= 4πkQ εS E= εS 4πkd C= 4πkQ εS E= 拉面条 挤面条 C减小 C=Q/U Q减小 E=U/d E减小 C减小 C=Q/U Q减小 E不变 E=U/d 四、动态分析 2.U不变 (电容器始终与电源连接) U不变 d增加 S减小 +Q -Q 判断C,Q,E εS 4πkd C= E减小 4πkQ εS E= εS 4πkd C= 无法判断 4πkQ εS E= 注意:E正比于电荷面密度 少面条 同比例少面条 【典例4】(多选)如图所示，两块较大的金属板A、B相距为d，平行放置并与一电源相连，开关S闭合后，两板间恰好有一质量为m、带电荷量为q的油滴处于静止状态，以下说法正确的是(　　) A.若A向左平移一小段位移，油滴仍然静止，G表中有b→a的电流 B.若将A向上平移一小段位移，则油滴 向下加速运动，G表中有b→a的电流 C.若将A向下平移一小段位移，则油滴 向上加速运动，G表中有b→a的电流 D.若将S断开，则油滴将做自由落体运动，G表中无电流 AB 【典例5】 (平行板电容器与力学综合)如图所示，平行板电容器与电动势为E的直流电源(内阻不计)连接，下极板接地。一带电油滴位于电容器中的P点且恰好处于平衡状态。现将平行板电容器的上极板竖直向上移动一小段距离，则(　　) A．带电油滴将沿竖直方向向上运动B．P点的电势将降低C．带电油滴的电势能将减小D．电容器的电容减小，极板带电荷量将增大 B 五、常用电容器 五、常用电容器 五、常用电容器 五、常用电容器 五、常用电容器 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。 1.聚苯乙烯电容器 3.可变电容器: 五、常用电容器 2.电解电容器 以聚苯乙烯薄膜为电介质，两层铝箔为极板。 ＋ 符号： 符号： 五、常用电容器 3.可变电容器: 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。 符号： 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 课堂小结 课堂练习 【练习1】对于某一电容器，下列说法正确的是(　 ) A．电容器所带的电荷量越多，电容越大 B．电容器两极板间的电势差越大，电容越大 C．电容器所带的电荷量增加一倍，两极板间的电势差也增加一倍 D．电容器两极板间的电势差减小到原来的1/2，它的电容也减小到原来的1/2 C 【练习2】(多选)有一只电容器的规格是“1.5 μF　9 V”，则该电容器( 　 ) A．正常工作时所带电荷量不能超过1.5×10－5 C B．正常工作时所带电荷量不能超过1.35×10－5 C C．额定电压为9 V D．击穿电压为9 V 课堂练习 BC 【练习3】(多选)下列关于电容的说法正确的是( 　 ) A．电容是反映电容器容纳电荷本领的物理量 B．电容器A的电容比B的大，说明A的带电荷量比B的多 C．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 D．由公式C＝Q/U知，若电容器两极板间电压为10 V，极板带电荷量为2×10－5 C，则电容器的电容为5×105 F 课堂练习 AC 【练习4】有一充电的平行板电容器，两板间电压为U＝2 V，现使它的电荷量增加ΔQ＝5×10－6 C，于是电容器两极板间的电压升高为6 V。求： (1)电容器的电容； (2)电容器原来所带的电荷量。 课堂练习 答案：(1)1.25×10－6 F　(2)2.5×10－6 C 【练习5】如图所示，一平行板电容器的两端与电压为U的恒压电源相连。极板上带电荷量为Q。若只将两极板间的距离增大为原来的2倍，求电容器极板上的电荷量。 课堂练习 答案：Q/2 [变式拓展]　在上述【练习5】中，如果电容器充电后断开电源，又该怎样分析相关量的变化呢？ 平行板电容器充电后，所带电荷量为Q，两极板间电压为U。断开电源后，若只将两极板正对面积减小为原来的3/4，求电容器两极板间的电压。 答案 : 不变 答案 : 4U/3 【练习6】 电容式话筒含有电容式传感器，其结构如图所示，导电性振动膜片与固定电极构成一个电容器，当振动膜片在声压的作用下运动时，两个电极间的电容发生变化，电路中电流随之变化，这样声信号就转变为电信号。当振动膜片向左运动时，下列说法正确的是(　 ) A．固定电极所带正电荷减少 B．固定电极所带正电荷增加 C．固定电极所带负电荷减少 D．固定电极所带负电荷增加 课堂练习 C 【练习7】(2023·山东菏泽期末)如图所示，平行板电容器下极板接地，并与电压为U的直流电源(内阻不计)连接，一带电油滴静止于电容器中的P点。现将电容器的下极板竖直向上移动一小段距离(未到达P点)，则(　 ) A．P点的电势将升高 B．带电油滴的电势能将不断增大 C．带电油滴将沿竖直方向向上运动 D．电容器的电容减小，极板带电荷量将减小 课堂练习 C 【练习8】计算机键盘每个键下面都连有一块小金属片，与该金属片隔有一定空气间隙的是另一块固定的小金属片，这组金属片组成一个可变电容器。当连接电源不断电，按下某个键时，与之相连的电子线路就给出该键相应的信号，当按下该键时，电容器的（　　） A．极板间的电压变大 B．电容变小 C．极板的电量变大 D．极板间的场强变小 C 课堂练习 【练习9】据报道，我国每年心源性猝死案例高达55万，而心脏骤停最有效的抢救方式是尽早通过AED自动除颤机给予及时治疗。某型号AED模拟治疗仪器的电容器电容是15μF，充电至9kV电压，如果电容器在2ms时间内完成放电，则下列说法正确的是（       ） A．电容器放电过程的平均电流强度为67.5A B．电容器的击穿电压为9kV C．电容器充电后的电量为135C D．电容器充满电的电容是15μF，当放电完成后，电容为0 A 课堂练习 【练习10】如图所示，某同学在用传感器观察电容器放电过程中发现，开始放电前电容器两级板间的电势差为8.0V，当电容器带的电荷量减少4.0×10-8C时，两级板间的电势差减小为6.0V，则实验所使用的电容器的电容是多少（　　） A．5×10-3 B．×10-2 C．2×10-2 D．实验前后电容发生变化，无法确定 C 课堂练习 【练习11】为厉行低碳环保，很多城市用超级电容车替换城市公交。某款公交车在车底部安装超级电容器（如图），其标称为“2.7V 3000F”。车辆进站后，车顶充电设备迅速搭到充电桩上完成快充。若该款质量为2000kg、额定功率为60kW的超级电容在平直的水平路面上行驶时，最大行驶速度为90km/h，在不载客的情况下，下列说法正确的是（　　） A．超级电容车以最大速度行驶时牵引力大小为2.4×103N B．超级电容器充电时电源的正极应接超级电容器的负极 C．超级电容器在2.7V电压下才能正常工作 D．超级电容器的电容随电压的增大而增大 A 课堂练习 【练习12】如图，由两块相互靠近的平行金属板组成的平行板电容器，极板N与静电计相接，极板M和静电计的外壳都接地。用静电计测量平行板电容器两极板间的电势差U。在整个实验过程中，保持电容器所带电量Q不变，下面哪些操作将使静电计指针张角变小（　　） A．将N板向下平移 B．将M板沿水平向左方向远离N板 C．在M、N之间插入介质 D．将M板向上移动的同时远离N板 C 课堂练习 【练习13】在生产纺织品、纸张等绝缘材料过程中，为了实时监控材料的厚度，生产流水线上设置如图所示的传感器，其中甲、乙为平行板电容器的上、下两个固定极板，分别接在恒压直流电源的两极上。当通过极板间的材料厚度减小时，下列说法正确的是（　　） A．有负电荷从a向b流过灵敏电流计G B．甲、乙两板间材料内的电场强度为零 C．乙板上的电荷量变小 D．甲、乙平行板构成的电容器的电容增大 C 课堂练习 【练习14】（多选）如图，在干燥的冬天，手接触房间的金属门锁时，会有一种被电击的感觉，带负电的手在缓慢靠近门锁还未被电击的过程中，门锁（　 　） A．近手端感应出正电荷 B．电势比手的电势低 C．与手之间场强逐渐增大 D．与手之间场强保持不变 AC 课堂练习 谢 谢 观 看 $$