第10章 第4节 电容器的电容（课件PPT）-【状元桥·优质课堂】2024-2025学年高中物理必修第三册（人教版2024）

静电场中的能量 第十章　 第4节　电容器的电容 课件使用说明 本课件使用Office2016制作，请使用相应软件打开并使用。 本课件文本框内容可编辑，单击文本框即可进行修改和编辑。 本课件理科公式均采用微软公式制作，如果您是Office2007或WPS 2021年4月份以前的版本，会出现包含公式及数字无法编辑的情况，请您升级软件享受更优质体验。 由于WPS软件原因，少量电脑可能存在理科公式无动画的问题，请您安装Office 2016或以上版本即可解决该问题。 课前·教材预案 课堂·深度探究 课末·随堂演练 课后·限时作业 [学习目标]　1.知道电容器和平行板电容器的概念，通过实验感知电容器的充、放电现象（科学探究）.2.理解电容的定义、公式、单位，并会应用定义式进行简单的计算（物理观念）.3.了解影响平行板电容器大小的因素及平行板电容器电容公式，并会分析相关问题（科学思维）.4.认识常用的电容器（物理观念）. 返回目录 物理　必修　第三册 　 课前·教材预案 知识点一　电容器 1.基本结构：任何两个彼此 ⁠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 ⁠ ，这个过程叫充电.使电容器两极板上的电荷 ⁠，电容器不再带电，这个过程叫放电. 绝缘　 等量异种电荷 中和　 返回目录 物理　必修　第三册 　 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 ⁠转化为其他形式 的能量. 4.电容器的电荷量：其中 极板所带电荷量的绝对值. 电场能　 一个　 返回目录 物理　必修　第三册 　 知识点二　电容 1.定义：电容器所带 与电容器两极板之间的 ⁠ 之比. 2.定义式： ⁠. 3.单位：电容的国际单位是 ，符号为 ⁠，常用的 单位还有 和 ，1 F＝ μF＝ ⁠pF. 电荷量Q　 电 势差U　 C＝　 法拉　 F　 微法　 皮法　 106　 1012　 返回目录 物理　必修　第三册 　 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 ⁠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 ⁠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. 1 V　 击穿　 返回目录 物理　必修　第三册 　 知识点三　平行板电容器 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 ，跟极板的正对面积S成 ⁠，跟极板间的距 离d成 ⁠. 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＝ ⁠. 正比　 正比　 反比　 　 　 返回目录 物理　必修　第三册 　 知识点四　常用电容器 1.分类：从构造上看，可以分为 电容器和 ⁠电 容器两类. 2.固定电容器有： 电容器、 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 ⁠， 可以转动的一组铝片叫 .转动动片，使两组铝片的 发生变化，电容就随着改变. 固定　 可变　 聚苯乙烯　 电解　 定片　 动片　 正对面积　 返回目录 物理　必修　第三册 　 1.判断下列说法的正误. （1）充电结束后电路中有电流，放电结束后电路中无电流. （　×　） （2）电容器的电容越大，所带电荷量就越多. （　×　） （3）电容是表示电容器容纳电荷本领大小的物理量，由电容 器本身决定. （　√　） （4）平行板电容器间插入电介质时电容变大. （　√　） × × √ √ 返回目录 物理　必修　第三册 　 2.把一个电容为1×10－5 F的平行板电容器接在3 V的电池上， 电容器所带的电荷量为 . 若将其两极板间的距离 减小，同时增大两极板的正对面积，则电容器的电容 ⁠ . （选填“增大”或“减小”） 3×10－5 C　 增大 返回目录 物理　必修　第三册 　 课堂·深度探究 考点一　对电容的理解和计算 【情境导学】把电容器的两个极板分别与电源两极相连，对电 容器进行充电，该过程中能量是如何转化的？当把电容器两极 相接，使电容器放电，该过程中能量是如何转化的？ 答案　充电过程中电源内的化学能转化为电容器内的电场能； 放电过程中电容器的电场能转化为电路中其他形式的能量. 返回目录 物理　必修　第三册 　 【知识拓展】 1.电容器的充、放电过程中，电路中有充电、放电电流，电路 稳定时，电路中没有电流. 2.C＝是电容的定义式，由此也可得出：C＝. 3.电容器的电容决定于电容器本身，与电容器的电荷量Q以及 电势差U均无关. 返回目录 物理　必修　第三册 　 【例题1】（多选）下列关于电容器和电容的说法中，正确的是（　　） A.根据C＝可知，电容器的电容与其所带电荷量成正比，跟两 极板间的电压成反比 B.对于确定的电容器，其所带电荷量与两板间的电压成正比 C.对于确定的电容器，无论其两板间的电压如何变化（小于击 穿电压且不为零），它所带的电荷量与电压的比值都恒定不变 D.电容器的电容是表示电容器容纳电荷本领大小的物理量，其 大小与加在两板间的电压无关 思维导引：理解电容的定义式，理解电容器的电容与哪些因素 有关. 返回目录 物理　必修　第三册 　 答案　BCD 解析　电容器的电容是表示电容器容纳电荷本领大小的物理 量，一个确定的电容器对应唯一的电容值，由电容的定义式知 确定的电容器所带电荷量与电压的比值恒定不变，不能说电容 器的电容与其所带电荷量成正比，与两极板间的电压成反比， 选项A错误，C、D正确；对于确定的电容器，由于电容是定 值，由Q＝CU，知其所带电荷量与两板间的电压成正比，选项 B正确. 返回目录 物理　必修　第三册 　 【变式1】（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＝知，若电容器两极间电压为10 V，极板带电荷量 为2×10－5 C，则电容器电容大小为5×105 F 答案　AC 返回目录 物理　必修　第三册 　 解析　电容反映电容器容纳电荷本领的大小，选项A正确；电 容器A的电容比B的大，只能说明电容器A容纳电荷的本领比B 强，与带电多少无关，选项B错误；由电容的定义式可知，选 项C正确；电压为10 V，电荷量为2×10－5 C时，电容C＝＝ 2×10－6 F，选项D错误. 返回目录 物理　必修　第三册 　 考点二　实验：观察电容器的充、放电现象 【知识拓展】 1.实验目的 （1）通过观察，了解电容器在充电和放电的过程中，两极板 间电压和电路中电流的变化. （2）判断电容器在充电和放电的过程中，两极板储存电荷量 的变化. 返回目录 物理　必修　第三册 　 2.实验器材 电容器、直流电源、电流表、数字电压表、电阻、单刀双掷开 关、导线. 3.实验原理与设计 实验电路如图所示.当开关拨到位置“1”时，电源E对电容器 充电；当开关拨到位置“2”时，电容器放电.在充电和放电过 程中，利用电流表观察电路的电流大小和方向的变化，利用电 压表观察电容器两极板间电压的变化，进而 判断电容器两极板储存电荷量的变化. 返回目录 物理　必修　第三册 　 4.实验步骤 （1）根据实验电路图连接电路. （2）把开关S拨到位置“1”，此时电源给电容器充电，观察 电压表和电流表指针的偏转情况，记录在表格中. （3）把开关S拨到位置“2”，此时电容器对电阻R放电，观察 电压表和电流表指针的偏转情况，记录在表格中. （4）断开开关，拆除电路，整理实验器材. 返回目录 物理　必修　第三册 　 5.实验现象与结论 项目 充电过程 放电过程 电压表 电压表示数迅速增大， 随后逐渐稳定在某一数 值，电容器两极板间电 势差增大 电压表示数逐渐减小， 最后为0，电容器两极板 间电势差逐渐减小，最 后为0 返回目录 物理　必修　第三册 　 项目 充电过程 放电过程 电流表 充电电流由电源的正极流 向电容器的正极板，同 时，电流从电容器的负极 板流向电源的负极，电流 表示数逐渐变小，充电电 流逐渐减小，最后为0 放电电流由电容器的 正极板经过电阻R流向 电容器的负极板，放 电电流逐渐减小，最 后为0 返回目录 物理　必修　第三册 　 项目 充电过程 放电过程 电荷量 电容器两极板所带电荷 量增大 电容器两极板所带电荷 量减少 电场强度 电容器两极板间电场强 度增大 电容器两极板间电场强 度减小 能量转化 充电过程中，电容器从电源获取的能量转化为 电场能，不断地储存在 电容器中 电容器的电场能转化成 电路中其他形式的能量 返回目录 物理　必修　第三册 　 6.注意事项 （1）电压表和电容器正、负极不能接反，以免损坏. （2）连接电路时，开关要断开，避免短路. （3）合理选择各电子元器件的量程，避免充电电流超过量程. 返回目录 物理　必修　第三册 　 【例题2】在如图所示实验中，关于平行板电容器的充、放电，下列说法正确的是（　　） A.开关接1时平行板电容器充电，且上极板带正电 B.开关接1时，平行板电容器充电，且上极板带负电 C.开关接2时，平行板电容器充电，且上极板带正电 D.开关接2时，平行板电容器充电，且上极板带负电 思维导引：开关S接1时，电容器充电，开关S接2时，电容器放电. 返回目录 物理　必修　第三册 　 27 答案　A 解析　开关接1时，平行板电容器充电，上极板与电源正极相 连而带正电，选项A正确，B错误；开关接2时，平行板电容器 放电，放电结束后上，下极板均不带电，选项C、D错误. 返回目录 物理　必修　第三册 　 【变式2】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，能画出电流随时间的变 化图像.图甲是用电流传感器观察电容器充、放电过程的实验 电路图，图中电源电压为6 V（已知电流I＝）. 返回目录 物理　必修　第三册 　 先使开关S与1接通，待充电完成后，再把开关S与2接通，电容 器通过电阻放电，电流传感器将电流信息传入计算机，显示出 电流随时间变化的I－t图像如图乙所示.已知图线与时间轴围成 的面积表示电荷量，根据图像估算出电容器整个放电过程中释 放的电荷量为 　　 　　 C，该电容器电容为 　　　　μF（结果均保留3位有效数字）. 3.04×10－3 507 返回目录 物理　必修　第三册 　 解析　根据横轴与纵轴的数据可知，一个格子的电荷量为 8×10－5 C，由于大于半格算一个，小于半格舍去，因此I－t图 线与时间轴围成的图形所包含的格子个数为38，所以电容器整 个放电过程中释放的电荷量为Q＝8×10－5 C×38＝3.04×10－3 C.根据电容器的电容C＝可知，C＝ F≈5.07×10－4 F ＝507 μF. 返回目录 物理　必修　第三册 　 考点三　平行板电容器 【情境导学】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： 如图所示，保持Q和d不变，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. 答案　实验结论为S减小，电势差U增大， 电容C减小. 返回目录 物理　必修　第三册 　 【知识拓展】 1.C＝与C＝的比较 C＝ C＝ 公式类别 定义式 决定式 适用范围 所有电容器，Q∝U，即 ＝C不变，反映了电容 器容纳电荷的本领 平行板电容器，C∝εr，C∝ S，C∝，反映了平行板电容器电容的决定因素 联系 电容的大小可以由来量度，但决定因素是电容器本 身，如平行板电容器的εr、S、d等因素 返回目录 物理　必修　第三册 　 2.平行板电容器动态变化问题的分析方法 抓住不变量，分析变化量，依据三个公式：C＝，E＝，C＝ . 返回目录 物理　必修　第三册 　 3.平行板电容器动态变化的两类典型问题 （1）平行板电容器始终连接在电源两端：电势差U不变. U不变时 返回目录 物理　必修　第三册 　 （2）平行板电容器充电后，切断与电源的连接：电荷量Q保持 不变. Q不变时 返回目录 物理　必修　第三册 　 【例题3】用控制变量法，可以研究影响平行板电容器电容的 因素（如图所示）.设两极板正对面积为S，极板间的距离为 d，静电计指针偏角为θ.实验中，极板所带电荷量不变，则下 列说法正确的是（　　） A.保持S不变，增大d，则θ变大 B.保持S不变，增大d，则θ变小 C.保持d不变，减小S，则θ变小 D.保持d不变，减小S，则θ不变 思维导引：（1）平行板电容器的电荷量不变.（2）静电计指 针偏转角θ反映平行板电容器两极板间的电压，θ越大，两极板 电压越大.（3）用公式C＝和C＝综合分析. 返回目录 物理　必修　第三册 　 答案　A 解析　由C＝知，当S不变，增大d时，C变小，又因为电荷 量Q不变，再由U＝知，U变大，夹角θ变大，选项A正确，B 错误；d不变，减小S时，C变小，U变大，θ变大，选项C、D 错误. 返回目录 物理　必修　第三册 　 【变式3】如图所示，平行板电容器与一个恒压直流电源连接，下极板通过A点接地，一带正电小球被固定于P点，现将平行板电容器的下极板竖直向下移动一小段距离，则（　　） A.平行板电容器的电容值将变大 B.静电计指针张角变小 C.带电小球的电势能将减小 D.若先将下极板与A点之间的导线断开，再将下极板向下移动 一小段距离，则带电小球所受静电力不变 答案　D 返回目录 物理　必修　第三册 　 解析　根据C＝知，d增大，则电容减小，选项A错误；静 电计测量的是电容器两端的电势差，因为电容器始终与电源相 连，则电势差不变，所以静电计指针张角不变，选项B错误； 电势差U不变，d增大，则电场强度E＝减小.设P点与上极板 的距离为x，P点与上极板的电势差U1＝Ex减小，P点与下极板 的电势差U2＝U－U1增大，下极板接地电势为零，则P点的电 势φP＝U2增大，又因为该小球带正电，则电势能增大，选项C 错误；电容器与电源断开，则电荷量Q不变，d改变，根据C＝、C＝、E＝，可得E＝，知电场强度不 变，则小球所受静电力不变，选项D正确. 返回目录 物理　必修　第三册 　 课末·随堂演练 1.（电容的计算）若使一已充电的电容器所带的电荷量减少q，其两极板间电压减少为原来的，则（　　） A.电容器原来所带电荷量为1.5q B.电容器的电容变为原来的 C.电容器原来的电压为1 V D.电容器完全放电后，电容变为零 答案　A 返回目录 物理　必修　第三册 　 解析　电容器的电容由电容器本身决定，与其两极板间电压和 所带电荷量无关.电容器两极板间电压减少为原来的时，电容 不变，由C＝知电荷量减少为原来的，减少了，则Q＝q， 可知电容器原来所带电荷量为Q＝1.5q，选项A正确，B错误； 由于题中无电压和电容的具体数据，因此无法求出原来的电 压，选项C错误；电容反映电容器本身的特性，电容器完全放 电后，电容器的电容不变，选项D错误. 返回目录 物理　必修　第三册 　 2.（电容器的动态分析）（多选）如图所示，用静电计可以测 量已充电的平行板电容器两极板之间的电势差U.在保持极板上 的电荷量Q不变的条件下，下列判断正确的是（　　） A.增大两极板之间的距离，静电计指针张角变大 B.将A板稍微上移，静电计指针张角将变大 C.减小两极板之间的距离的同时将A板稍微上移，静电计指针 张角将变大 D.若将玻璃板插入两极板之间，则静电计指 针张角变大 答案　AB 返回目录 物理　必修　第三册 　 解析　由C＝＝知，Q不变时，d增大，C减小，U增大， 即静电计指针张角变大，选项A正确；A板稍微上移，S减小， C减小，同理静电计指针张角变大，选项B正确；d减小，S减 小，C、U变化无法确定，选项C错误；在两极板间插入电介 质，Q不变时，εr增大，C增大，U减小，静电计指针张角变 小，选项D错误. 返回目录 物理　必修　第三册 　 3.（电容器的充、放电）如图所示为研究电容器充、放电的实 验电路图.实验时，先使开关S掷向“1”端，电源E对电容器C 充电；经过一段时间，把开关S掷向“2”端，电容器C与电阻 R相连，电容器放电.在开关S接通“2”端后的极短时间内，下 列说法正确的是（　　） A.电容器所带电荷量和两极板间电压都增大 B.电容器所带电荷量和两极板间电压都减小 C.电容器所带电荷量增大，两极板间电压减小 D.电容器所带电荷量减小，两极板间电压增大 返回目录 物理　必修　第三册 　 答案　B 解析　开关S掷向“2”端后的极短时间内，电容器对电阻R放 电，电容器两极板所带的电荷量减小，两极板间电压也减小， 直至最后减小为0.选项B正确，A、C、D错误. 返回目录 物理　必修　第三册 　 4.（常见电容器及计算）a、b两个电容器如图甲所示，图乙是 它们的部分参数.由此可知，关于a、b两个电容器，下列说法 正确的是（　　） 甲 乙 A.a、b两个电容器的电容之比为8∶1 B.a、b两个电容器的电容之比为4∶5 C.b电容器正常工作时可容纳的电荷量为0.1 C D.a电容器正常工作时可容纳的电荷量为1 C 答案　C 返回目录 物理　必修　第三册 　 解析　由题图乙可知，a电容器的电容为C1＝1 000 μF，b电容 器的电容为C2＝10 000 μF，所以a、b两个电容器的电容之比为1 000∶10 000＝1∶10，A、B错误；a电容器正常工作时最多能容纳的电荷量为q1＝C1U1＝1 000×10－6×80 C＝0.08 C，b电容器正常工作时最多能容纳的电荷量为q2＝C2U2＝ 10 000×10－6×10 C＝0.1 C，选项C正确，D错误. 甲 乙 返回目录 物理　必修　第三册 　 课后·限时作业 （建议用时：40分钟） 返回目录 物理　必修　第三册 　 制 作 者：状元桥 适用对象：高中学生 制作软件：Powerpoint2010、 Photoshop cs3 运行环境：WindowsXP以上操作系统 $$