10.4 电容器的电容-【悟理创课】2025-2026学年高二物理同步精品备课（人教版2019必修第三册）

第4节 电容器的电容 ——身正心定 闳中博学—— 人教版（2019） 物理（选择性必修第一册） 张二朝 第十章 静电场中的能量 学习目标 1.知道电容器的概念和平行板电容器的主要构造。 2.理解电容的概念及其定义式。 3.通过实验探究平行板电容器的决定因素，掌握平行板电容器电容的决定式。 课堂引入 水可以用容器储存起来，电荷也可以用一个“容器”储存起来。图中的元件就是这样的“容器”——电容器。那么它的内部结构是怎样的？它是怎样“装进”和“倒出”电荷的呢？ 一、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？ 一、电容器 S 1 2 E R C 演示实验：观察电容器的充放电现象 一、电容器 充电：使电容器的两个极板分别带上等量的异种电荷的过程。 U + + + + + + -Q +Q - - - - - - - Q↑、U ↑、E ↑ 稳定后不变 （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： 一、电容器 放电：把电容器两极板上的电荷中和的过程。 + + + + + + Q +Q U ↓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： 一、电容器 电容器充放电特点 （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，充放电进行时，电路通路，充放电完成时，电路断路。 一、电容器 二、电容 既然电容器能储存电荷，那么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 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？ 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…… 演示实验：探究电容器两极板间的电势差跟带电量的关系 实验现象：电容器的电荷量变为原来的一半时，其两极板 间的电势差也变为原来的一半。 演示实验：探究电容器两极板间的电势差跟带电量的关系 二、电容 Q Q Q Q Q Q U U U U U U 　　精确的实验表明，一个电容器的所带的电荷量与两极板之间的电势差的比值是不变的。不同的电容器，这个比一般是不同的，可见这个比表征了电容器储存电荷的特性。 思考：用 和 定义这个新的物理量，哪个更好？ 二、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。 二、电容 5.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。 三、平行板电容器的电容 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 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Q、极板间距d 与正对面积S不变，极板间插入电介质 三、平行板电容器的电容 演示实验：平行板电容器的电容 三、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  控制变量法 板间距离d、正对面积S、介电常数ε、电容C、指针偏转角θ 指针张角↑ 电势差↑ d 增大→ θ______ U______→ C______ 增大 减小 增大 结论：d 增大→ 则C______ 减小 S 减小→ θ → U C________ 减小 增大 增大 结论：S 减小→ 则C________ 减小 ε 增大→ θ U → C______ 结论： ε 增大→ 则C______ 减小 增大 增大 减小 三、平行板电容器的电容 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 电介质 空气 煤油 石蜡 陶瓷 玻璃 云母 水 εr 1.0005 2 2.0～2.1 6 4～11 6～8 81 三、平行板电容器的电容 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 四、常用电容器 看书42页 回答问题： 1、从构造分类，有哪两种电容？ 2、常用的固定电容器有哪些？ 3、可变电容器可以通过改变什么来改变电容的？ 四、常用电容器 五、电容器动态分析问题 类型一：电容器的两极板与电源连接,U不变 十 十 十 十 十 十 十 十 一 一 一 一 一 一 一 一 d 增大 E 减小 C减小 Q减小 例1.（多选）平行板电容器充电平衡后仍与电源相连，两极板间的电压是U，充电荷量为Q，两极板间场强为E，电容为C，现将两极板间距离减小，则 （ ） A. Q变大 B. C变大 C. E不变 D. U变小 AB 五、电容器动态分析问题 类型二：电容器的两极板与电源断开,Q不变 十 十 十 十 十 十 十 十 一 一 一 一 一 一 一 一 E不变 结论：电场强度只与板板所带的电荷量、相对介电常数及极板正对面积有关，与两极板的距离无关。 五、电容器动态分析问题 例2.用控制变量法，可以研究影响平行板电容器的因素(如图) 。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，若(　　) 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 A 练一练 1.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 练一练 2．如图所示，一个带负电的小球悬挂在竖直放置的平行板电容器内部，接通 S 后，悬线与竖直方向的夹角为 θ，则（　　） A．S 闭合，减小 A、B 板间的距离，则 θ 增大 B．S 闭合，减小 A、B 板间的距离，则 θ 减小 C．S 断开，使 B 板竖直向上移动，则 θ 减小 D．S 断开，增大 A、B 板间的距离，则 θ 增大 A 练一练 3．利用传感器可检测矿井渗水，从而发出安全警报，避免事故发生。如图所示是一种通过测量电容器电容变化来检测矿井中液面高低的仪器原理图，A 为固定的导体芯，B 为导体芯外面的一层绝缘物质，C 为导电液体（矿井中含有杂质的水）。已知灵敏电流计 G 的指针偏转方向与电流方向的关系：电流从电表左侧流入，则电流计指针左偏；电流从电表右侧流入，则电流计指针右偏。若矿井渗水（导电液体深度 h 增大），则（　　） A．图中 A 与 B 构成电容器 B．矿井渗水改变了电容器的电介质的相对介电常数 C．指针向右偏转，该电容器的电容增大 D．指针向左偏转，该电源给电容器充电 D 课堂小结 平行板电容器电容 （决定式） 平行电容器的动态分析 单位：法拉F （定义式） 数学表达式 2.充电后，切断与电源的连接----极板间电荷量Q不变 1.保持电容器的两极板与电源相连----极板间电势差U不变 再 见 ——身正心定 闳中博学—— Lavf57.62.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf57.62.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf59.23.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.3.76 $$