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

实验目的，一、观察电容器的充电与放电过程。2、了解充放电时间与充放电回路电阻的关系。按电路图连接电路。电容充电。电容放电。在充电过程中，开始通过检流计的电流很大，后逐渐减小到0。在放电过程中，开始通过检流计的电流很大后逐渐减小到零氮。放电的整个过程，电流方向与充电电流方向相反。实验的仪器有电解电容器、直流电源、单刀双掷开关、导线、电阻箱。电压传感器与数字采集器。电压传感器将电压信号通过数字采集器传送给电脑，电脑可以直接绘出电阻箱两端电压随时间的变化曲线。按电路图连接电路。为了能明显观察电容的充电放电电流，随时间的变化通过串联较大的电阻来延长充电放电时间。但电阻较大时，回路中的电流较小，所以用电压传感器接在电阻箱的两端，通过电压来反映回路的电流，将电阻箱的电阻设置为2500欧姆。先将电容器充电，观察充电曲线。再放点观察放电曲线。并注意。充放电时间。将电阻增加到3500欧姆。再注意观察充放电的时间。请同学们思考以下几个问题。第一，充电放电电流分别随时间增加还是减小？第二，回路的电阻越大，充放电的时间是增长还是缩短？ null电流传感器可以捕捉到瞬间的电流变化。并可以通过数据采集器与计算机连接，直接在屏幕上显示出电流I随时间T的变化图像。实验器材包括电流传感器、三十欧姆的定值电阻、220微法电解电容、电池组电源、单刀双掷开关、数字式多用电表。按照电路图安装好电路，打开软件，软件能在窗口自动显示IT图像，选择电源电压U1等于1.61服。先使开关S与一端相连，电源向电容器充电，这个过程可在瞬间完成。然后把开关S掷向二端电容器，通过电阻R放电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IP曲线，整条曲线和时间轴所围成的面积表示在整个放电过程中，电容器释放的总电荷量也是电容器充完电时所带的电荷量。选择不同的充电电压，U2等于3.24服，U3等于4.88伏，U4等于6.52服，重复实验。分别把四次实验中电容器充电后所带的电荷填在表格中。通过计算分析不难看出，对同一电容而言，在实验误差允许的范围内，Q比U是一个常量。在此基础上给出电容的定义式C等于Q比U。 当年3。十六多年。外。 null10.4 电容器的电容 教师： 日期： 月 日 物理雾里悟理 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？ 新课导入 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。 物理雾里悟理 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) 站立式讨论：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？ 一、电容器 物理雾里悟理 一、电容器 平行板电容器：在相距很近的平行金属板中间夹上一层绝缘物质 观察电容器的充放电 V A S 1 2 物理雾里悟理 观察：电容器的充放电 物理雾里悟理 充电过程： 两极板的电荷量增加 极板间的电场强度增大 电源的能量不断储存在电容器中（电场能） V A S 1 2 - - + + + + - - - 放电过程： 两极板的电荷量减小 极板间的电场强度减弱 电容器中储存能量（电场能）释放，通过电流做功转化为电路中其他形式能量 V A S 1 2 - + + + + - - - - 电容器所带电荷量跟两极板间电势差是否存在某种定量关系？ 电容器的充放电 （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。 充电完成后： 物理雾里悟理 实验设计 微元法:Q =I t I-t图像“面积”表示电荷量 I - t图像 二、实验探究：电容器两极板间电势差跟所带电荷量的关系 物理雾里悟理 三、电容 电容：电容器所带的电荷量Q与电容器两极板之间的电势差U之比 在国际单位制中，电容的单位是法拉（法），符号是F 实际中还有微法(uF)和皮法(pF), 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，电荷量越多，表示电容器的电容越大。 电容器的电容与什么有关？ 定义式 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。 物理雾里悟理 你能行！！ 1.一个电容为C的电容器，当所带电量为Q时，两板间电势差为U，如果电量增大为2Q，则( ) A. 电容变为2C，电势差保持不变 B. 电容变为2C，电势差变为2U C. 电容保持不变，电势差变为2U D. 电容保持不变，电势差保持不变 C 物理雾里悟理 2.如图所示为某一电容器中所带电荷量和两端电压之间的关系图线，若将该电容器两端的电压从40V降低到36V，对电容器来说正确的是( ) A. 是充电过程 B. 是放电过程 C. 该电容器的电容为5×10−2F D. 该电容器的电荷量变化量为0.2C B 你能行！！ 物理雾里悟理 3.电容器的电容C= 2.0×10-8F ，如果电容器两极板电压增加了10V，则电容器的带电量变化了多少？ 你能行！！ 物理雾里悟理 四、平行板电容器的电容 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。 注意：若保持与电源连接，则板间电压 U 不变； 若断开电源，则极板所带电量 Q 不变。 物理雾里悟理 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𝛆r； 𝛆r=4 - - - - - - + + + + ++ + + + + ++ + + + + ++ + + + + ++ + + + + ++ 𝛆r=2 𝛆r=1 反比于 正比于 正比于 实验结论 决定式 物理雾里悟理 4.研究与平行板电容器电容有关因素的实验装置如图所示。首先使电容器a板带正电、b板带负电。下列说法正确的是( ) A. 实验中，只将电容器b板向左平移少许，静电计指针张角变大 B. 实验中，只将电容器b板向上平移少许，静电计指针的张角变小 C. 实验中，只在极板间插入有机玻璃板，静电计指针的张角变大 D. 实验中，保持极板不动，继续给电容器充电，发现静电计指针的张角变大，表明电容增大 A 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 几种常用电介质的相对介电常数 你能行！！ 物理雾里悟理 五、拓展学习：电容两类典型问题 1.电容器始终与恒压电源相连，电容器两极板间的电势差U保持不变． (1)U不变 ①根据 、 先分析电容的变化，再分析Q的变化． ②根据 分析场强的变化． ③根据 分析某点电势变化． 2.电容器充电后与电源断开，电容器两极板所带的电荷量Q保持不变． ①根据 、 先分析电容的变化，再分析U的变化． ②根据 分析场强变化． 物理雾里悟理 5.如图所示，平行板电容器的两极板A、B接于电 池两极．一个带正电的小球悬挂在电容器内部 ．闭合电键S给电容器充电，稳定时悬线与竖直 方向的夹角为θ.下列说法中正确的是( ) A. 保持电键S闭合，若带正电的A板向B板靠近，则θ增大 B. 保持电键S闭合，若带正电的A板向B板靠近，则θ不变 C. 将电键S断开，若带正电的A板向B板靠近，则θ增大 D. 将电键S断开，若带正电的A板向B板靠近，则θ减小 A 你能行！！ 物理雾里悟理 六、常见电容器 电 容 固 定 电 容 聚苯乙烯电容器 电解电容器 可 变 电 容 物理雾里悟理 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 课堂总结 物理雾里悟理 Lavf57.76.100 vid:v020045c0000bjgi5bakr6gbk7tgkmu0 Lavf59.23.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf59.23.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $$null探究电容器两极板间电势差跟所带电荷量的关系。电容器A两端与数字电压表V一并联，把开关S一接一给A充电。B是与A相同但不带电的电容器。当开关S一接二时，B与A并联。由电荷分配原则可知，此时B所在的电荷量与A相同，均为之前所带电荷量的一半。让S1加2，注意观察。第二，前后V一示数的变化。断开S1B和S2，让电容器B的两极板完全放电。断开S2，把S一接2，注意观察唯一世俗的变化。再次进行实验。注意观察唯一示数的变化。再次进行实验。注意观察唯一示数的变化。再次进行实验。注意观察唯一示数的变化。 观察电容器的充放电现象。实验目的定性观察电容器充放电过程中电流的变化情况。实验器材，变阻箱。电流计。导线若干电容器单刀双掷开关电源实验原理，这是实验原理图，电解电容器正极接高电势，负极接低电势。开关S接一观察电容器充电时的电流，开关S接二观察电容器放电时的电流。现在开始实验，根据实验原理图连接电路。电流计的正负接线柱不要接错，电解电容器的正极要接高电势，负极接低电势。接线过程中，开关处于断开状态。电阻箱的电阻设为一万欧姆。将开关向左闭合，给电容器充电。可以观察到电流计指针快速向右偏转，然后向左返回，示数慢慢减小，说明充电时电流流向电容器正极，电容器两端的电压增加，充电电流减小，直至充电完毕，电流计的示数为零，将开关向右闭合，给电容器放电。可以观察到电流计指针快速向左偏转，然后向右返回，示数慢慢变小，说明放电时。电流从。电容器正极流出，电容器两端的电压减小，放电电流减小，直至放电完毕，电流计的示数为零。现在开始整理器材，注意首先要拆开电源连线，然后再整理其他仪器，所有器材摆放整齐，实验结束。 nullnull实验目的，探究平行板电容器的电容与两板的距离，正对面积介质的关系。实验器材有丝绸、玻璃棒、胶木板作为介质，两块圆形金属板导线。静电器也称为验电器，它指针的张角越大，说明验电器中间的金属感与金属外壳电势差越大将一块金属板与静电剂中间的金属杆相连，另一块金属板与静电器的金属外壳相连。将两块圆形金属板正对并相互靠近，用玻璃棒与丝绸摩擦，将摩擦后的玻璃棒与其中一块金属板接触，使金属板带电。静电计指针张开，说明圆形金属板组成的电容器带电，两板间有一定的电势差，再将两板的距离拉开，这时静电计的指针张角变大，说明两板间的电势差随两板的距离增加而增大。减小两板的正对面积。静电计的指针张角变大，说明两板间的电势差增大。在两板间插入介质。静电计的指针张角变小，说明两板间的电势差减小。请同学们根据实验现象，结合电容的定义式，分析平行板电容器的电容与两板间的距离，两板的正对面积与介质之间存在什么关系。