10.4 电容器（课件）-【教学无忧】2025-2026学年高二物理同步精品备课（人教版2019必修第三册）

10.4 电容器 主讲人： 2025年x月x日 人教版（2019）高二年级物理必修3同步备课系列 1 电容器 3 目录 CONTENTS 常见电容器 2 电 容 4 平行板电容器分析 新课导入 以下视频中的实验你也可以做，但你知道它为什么可以储存电荷吗？ 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。 新课导入 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 01 电容器 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？ 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： 02 电容器的充电 02 电容器的充电 03 电容器的放电 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： 04 电容器的充放电现象 （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。 05 问题与思考 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？ 类比法： 类比圆柱 型水杯容 器的储水 高中物理必修第三册 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？ 第二部分 电 容 01 实验：探究电容器两极板间电势差与所带电荷量之间的关系 实验电路图如图所示。取一个电容器 A 和数字电压表相连，把开关S1接1，用几节干电池串联后给A充电，可以看到 A 充电后两极板具有一定的电压。 把开关 S1 接 2，使另一个相同的但不带电的电容器B跟A并联（注意不要让手或其他导体跟电容器的两极板接触，以免所带电荷漏失），可以看到电压表示数变为原来的一半；断开开关 S1，闭合开关 S2，让 B 的两极板完全放电，随后再断开开关 S2，把 B 和 A 并联，观察电压表的示数。 还可以继续这样操作…… 01 实验：探究电容器两极板间电势差与所带电荷量之间的关系 Q Q Q Q Q Q U U U U U U 是一个常量 电容 02 电 容 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。 03 击穿电压 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。 04 典例探究 【典例1】(2024·陕西省瑞泉中学高二月考)心室纤颤是一种可能危及生命的疾病。一种叫作心脏除颤器的医疗设备，其工作原理是通过一个充电的电容器对心室纤颤患者皮肤上安装的两个电极板放电，让一部分电荷通过心脏，使心脏停止跳动，再刺激心室纤颤患者的心脏恢复正常跳动。若心脏除颤器的电容器电容为15 μF，充电至9.0 kV电压，如果电容器在2.0 ms时间内完成放电，放电结束时电容器两极板间的电势差减为零。下列说法正确的是 A.若充电至4.5 kV，则该电容器的电容为7.5 μF B.充电至9.0 kV时，该电容器所带电荷量是0.27 C C.这次放电过程中有0.135 C的电荷通过人体组织 D.这次放电过程中有0.27 C的电荷通过人体组织 04 典例探究 电容器充电的过程中，电容器的电容C不变，仍为15 μF，故A错误； 【答案】C 【解析】 04 问题与思考 你可以动手制做一个容量较大的电容器，该怎么做？ 常见电容器 第三部分 01 固定电容器 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： 02 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。 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。 03 超级电容器 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。 电容器的电容跟哪些因素有关？ 平行板电容器分析 第四部分 01 问题与猜想 既然电容C与Q、U均无关，那它与什么有关呢？ ①猜想平行板电容器的电容与哪些因素有关？ ②用什么方法研究电容与某个因素的关系？ ③如何判断电容变化？ 电容由本身结构决定 极板间距d 正对面积S 绝缘介质εr ............ 控制变量法 平行班电容器充电后，断开电源后极板带电量Q不变 01 问题与猜想 ③如何判断电容变化？ 平行班电容器充电后，断开电源后极板带电量Q不变 ①静电计角度大，平行班间电势差大，C 减小 ②静电计角度小，平行班间电势差小，C 增大 02 实验方法 控制变量法 （1）保持极板电荷量Q与极板间距d 不变，改变极板正对面积S （2）保持极板电荷量Q与极板正对面积S不变，改变极板间距d （3）保持极板电荷量Q、极板间距d 与极板正对面积S不变，极板间插入电介质（有机玻璃板） 03 实验步骤 04 实验现象及结论 步骤一：保持极板电荷量Q与极板间距d 不变，改变极板正对面积S Q、d保持不变时，S 越小，U越大 由 实验现象： 实验结论： Q，S保持不变时，S 越小，C 越小 夹角变大 板间电势差变大 04 实验现象及结论 步骤二：保持极板电荷量Q与极板正对面积S不变，改变极板间距d Q，S保持不变时，d 越大，U越大 由 实验现象： 实验结论： Q，S保持不变时，d 越大，C 越小 夹角变大 板间电势差变大 04 实验现象及结论 步骤三：保持极板电荷量Q、极板间距d 与极板正对面积S不变，极板间插入电介质（有机玻璃板） Q、d、S保持不变时，εr越大，U越小 由 实验现象： 实验结论： Q、d、S保持不变时，εr 越大，C 越大 夹角变小 板间电势差变小 05 平行板电容器的决定式 相对介电常数 艾普西龙epsilon 静电力常量 极板正对面积 极板间距 06 几种常用电介质的相对介电常数 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？ 07 电容器电容的定义式与决定式 定义式 决定式 适用范围 意义 所有电容器 平行板电容器 反映容纳电荷的本领 反映了决定平行板电容器电容的是电容器的自身结构 08 平行板电容器动态分析 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。 08 平行板电容器动态分析 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 09 典例探究 【典例2】(2023·南昌市高二期中)传感器是自动控制设备中不可缺少的元件，已经渗透到宇宙开发、环境保护、交通运输以及家庭生活等各个领域。几种电容式传感器如图所示，其中通过改变电容器两极板间的距离而引起电容变化的是 09 典例探究 【答案】C 【解析】A是通过改变电介质板在电容器两极板间的深度引起电容变化的，A错误； B电容器的一个极板是金属芯线，一个极板是导电液体，通过改变电容器两极板间正对面积引起电容变化，B错误； C是通过改变两极板间的距离引起电容变化的，C正确； D是通过改变动片与定片间的正对面积，引起电容变化的，D错误。 09 典例探究 【典例3】(2024·广州市高二期中)在某流水线上用如图所示的传感器来监控产品的厚度，其中A、B为平行板电容器的上、下两个极板，上下位置均固定，且分别接在恒压直流电源的两极上，G是灵敏电流计。当产品的厚度变薄导致相对介电常数εr变小时，则有 A.极板间的电压变小 B.极板上所带的电荷量变大 C.平行板电容器的电容变大 D.有向右的电流流过灵敏电流计 09 典例探究 【答案】D 【解析】由题意可知，电容器的上、下两个极板分别接在恒压直流电源上，因此极板间的电压不变，A错误； 当产品的厚度变薄导致相对介电常数εr变小时， 巩固提升 第五部分 01 小结 44 02 课堂练习 1.(多选)下列关于电容器及电容的叙述正确的是 A.任何两个彼此绝缘而又相距很近的导体，都能组成电容器，与这两个 导体是否带电无关 B.电容器所带的电荷量是指每个极板所带电荷量的代数和 C.电容器的电容与电容器所带电荷量成反比 D.一个电容器所带的电荷量增加ΔQ＝1.0×10－6 C时，两极板间电压升高 10 V，则该电容器的电容为1.0×10－7 F 45 02 课堂练习 【答案】AD 【解析】根据电容的定义可知，任何两个彼此绝缘而又相距很近的导体，都能组成电容器，与这两个导体是否带电无关，A正确； 电容器所带的电荷量是指一个极板所带电荷量的绝对值，B错误； 电容器的电容与电容器所带电荷量及两极板间的电压均无关，C错误； 46 02 课堂练习 2.(2023·上海市高二期末)用下图描述某电容器充电时，其电荷量Q、电压U、电容C之间的相互关系，其中错误的是 47 02 课堂练习 【答案】C 【解析】电容器的电容与电容器极板上的电荷量Q及极板间的电压U无关，对于同一个电容器来说，其电容是不变的，故C错误，A、D正确； 48 02 课堂练习 3.一个已充电的电容器，若使它的电荷量减少1.5×10－4 C，则其电压减小为原来的 ，则 A.电容器原来的带电荷量为9×10－4 C B.电容器原来的带电荷量为4.5×10－4 C C.电容器原来的电压为1 V D.电容器的电容变为原来的 49 02 课堂练习 因电容器的电容未知，所以无法求出电容器原来的电压，C错误； 电容器的电容由电容器本身决定，与电压和电荷量的变化无关，所以电容器的电容不变，D错误。 50 02 课堂练习 4.(2023·广东省高二学业考试)如图是观察电容器充、放电现象的电路。下列说法正确的是 A.将开关S从b改接到a时，观察的是充电现象 B.将开关S从b改接到a后，电流计G的指针将一直偏转 C.将开关S从a改接到b时，观察的是充电现象 D.将开关S从a改接到b后，灯L的发光亮度不变 51 02 课堂练习 【答案】A 【解析】将开关S从b改接到a时，电容器开始充电，充电电流从最大值逐渐减小到零，电流计G的指针从某个最大值逐渐回到零；将开关S从a改接到b时，电容器开始放电，放电电流从最大值逐渐减小到零，灯L的发光亮度逐渐变暗。故选A。 52 02 课堂练习 5.(多选)有一个真空平行板电容器，两极板间距离为d，正对面积为S，充以电荷量Q后，两极板间电压为U，为使电容器的电容加倍，可采用的办法是 53 02 课堂练习 【答案】CD 【解析】电容器的电容与电容器极板上所带的电荷量和两极板间电压无关，选项A、B错误； 54 02 课堂练习 6.(2024·武威市高二月考)板间距为d的平行板电容器所带电荷量为Q时，两极板间电势差为U1，板间电场强度为E1。现将电容器所带电荷量变为2Q，板间距变为 ，其他条件不变，这时两极板间电势差为U2，板间电场强度为E2，则 A.U2＝U1，E2＝2E1 B.U2＝2U1，E2＝4E1 C.U2＝U1，E2＝E1 D.U2＝2U1，E2＝2E1 55 02 课堂练习 56 02 课堂练习 7.(2024·北京市丰台区高二期中)如图为某同学采用平行金属板电容器测量某材料竖直方向尺寸随温度变化的装置示意图。电容器上极板固定，下极板可随材料尺寸的变化上下移动，两极板间电压不变。若被测材料温度升高时膨胀，使下极板向上移动。下列说法正确的是 A.电容器的电容减小 B.电容器的电容不变 C.电容器的带电荷量减小 D.电容器两极板间电场强度变大 57 02 课堂练习 【答案】D 【解析】若溶液为导电溶液，则金属棒与容器壁通过导电溶液导通，从而会形成闭合回路，则金属棒不能与容器壁构成电容器，因此该液位计不适用于导电液体，故A错误； 金属棒与电源正极相连接，金属容器与电源负极相连且接地，则可知金属容器电势为零，金属棒电势大于零，因此金属棒的电势高于金属容器的电势，故B错误； 58 02 课堂练习 溶液相当于电介质，当液面上升时，根据电容器电容的决定式C＝ ，可知εr增大，则电容器的电容增大，故C错误； 电容器接在电源两端，则电容器两端电压不变， 根据C＝ 可知，若电容器的电容增大，则电容器的带电荷量增大，故D正确。 59 02 课堂练习 8.(多选)(2023·重庆市第七中学高二期中)加速度的测量可以使用电容式加速度传感器，其结构原理图如图所示，质量块右侧连接轻质弹簧，左侧连接电介质，弹簧与电容器固定在外框上，质量块带动电介质移动改变电容，下列说法正确的是 A.电介质插入极板越深，电容器电容越小 B.电介质插入极板越深，电容器电容越大 C.当电介质抽出极板时，电流从a点流向b点 D.当电介质抽出极板时，电流从b点流向a点 60 02 课堂练习 当电介质抽出极板时，电容降低，由于电容器与电源连接，电压不变，故电荷量降低，电容器放电，电流从b点流向a点，C错误，D正确。 61 10.4 电容器 感谢欣赏 Lavf59.23.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf59.23.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 根据C＝可知充电至9.0 kV时，该电容器所带电荷量是0.135 C，放电结束后电势差减为零，此次放电过程中有0.135 C的电荷通过人体组织，故B、D错误，C正确。 Lavf59.23.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 由电容的定义式C＝，可知极板上所带的电荷量Q变小，可知电容器放电，则有向右的电流流过灵敏电流计，B、C错误，D正确。 由平行板电容器的电容决定式C＝，可知电容器的电容C减小， 一个电容器所带的电荷量增加ΔQ＝1.0×10－6 C时，两极板间电压升高 10 V，则该电容器的电容为C＝＝1.0×10－7 F，D正确。 根据C＝，整理得Q＝CU，当电容不变时，其电荷量与电压成正比，故B正确。 由C＝，有C＝＝， 【答案】B 【解析】由C＝＝＝，联立解得Q＝4.5×10－4 C，故B正确，A错误； A.将电压变为 B.将带电荷量变为2Q C.将极板间的距离变为 D.两极板间充满相对介电常数为2的电介质 根据C＝可知，选项C、D正确。 【答案】A 【解析】设板间距为d的平行板电容器的电容为C1，则根据C＝可得，板间距变为d后，电容器的电容为C2＝2C1，根据电容器电容的定义式C＝，可得电荷量变为2Q，板间距变为d后，两极板间电势差为U2＝＝＝U1，则板间距变为d后，两极板间电场强度为E2＝＝＝2E1，故选A。 根据C＝、C＝可知， 【答案】BD 【解析】根据C＝可知，电介质插入越深，电容器的电容越大，B正确，A错误； $$