2.5 科学探究：电容器 课件 -2024-2025学年高二上学期物理鲁科版（2019）必修第三册

§2.5 科学探究：电容器 问题导入 如果能够把“电”装在一个容器里该有多好， 如果你们是当时的科学家,你们会怎么把电荷储存起来呢？ 摩擦起电机 感应起电机 莱顿瓶 电容器 电容器 定义：任何两个彼此绝缘又相距很近的导体，组成一个电容器 平行板电容器 电介质 电容器的极板 电容器的极板 符号： 电容器的充、放电现象 电容器的充、放电现象 充电：接上电源，使电容器两极板带上等量异种电荷的过程 开关S接1 正极板 负极板 有短暂的电流 两极间有电压 电容器的充、放电现象 充电：接上电源使电容器两极板带上等量异种电荷的过程 ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ － － － － － － － － ＋Q －Q E 问题1：充电过程中，电荷为什么会移动？ 而且要绕远路移动？ 问题2：充电过程中，电路中是否有电流？ 电流方向如何？ 问题3：充电过程中，电容器带电特点如何？ 所带电荷量如何变化？ 问题4：为什么电荷不会一直积累， 电流不能一直持续呢？ 问题5：充电过程中两极板间的电压如何变化？ 问题6：充电过程中能量如何转化？ 两板分别带等量异种电荷，每个极板带电量的绝对值叫电容器的带电量 电容器的充、放电现象 充电：接上电源，使电容器两极板带上等量异种电荷的过程 ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ － － － － － － － － ＋Q －Q E 特点： 1. 短暂电流的方向：从电源正极流向正极板， 从负极板流回电源负极 2.电荷量：增加累积 3.极板间电压：升高至与电源电压等大 4.极板间电场强度：增大 5.能量转化：电能转化为电场能储存在电容器中 电容器的充、放电现象 放电：用导线将充电后的电容器两极接通，两极失去电荷的过程 开关S接2 电容器两极正负电荷通过导线中和。 电容器的充、放电现象 问题1：放电过程中，电荷如何移动？ 问题2：放电过程中，电路中是否有电流？ 电流方向如何？ 问题3：放电过程中，电容器带电特点如何？ 所带电荷量如何变化？ 问题4：放电过程中两极板间的电压如何变化？ 问题5：放电过程中能量如何转化？ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ － － － － － － － － ＋Q －Q 在放电过程中导线上有短暂的电流产生 放电：用导线将充电后的电容器两极接通，两极失去电荷的过程 电容器的充、放电现象 特点： 1. 短暂电流的方向：从正极板经导线流向负极板 2.电荷量：中和减少 3.极板间电压：从电源电压值减小到0 4.极板间电场强度：减少 5.能量转化：储存在电容器中的电场能转化为 其他形式的能量 放电：用导线将充电后的电容器两极接通，两极失去电荷的过程 ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ － － － － － － － － ＋Q －Q 电容器的电容 C 电容器带电的特点： 充电后的电容器两极间的电压，叫电容器的电压。 ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ － － － － － － － － ＋Q －Q 电容器的带电量Q越多，电压U越高。 Q=0.01C，U=100V Q=0.02C，U=200V Q=0.03C，U=300V ………… Q与U成正比 Q/U是定值 两极间有电压U 电容器的电容 C 定义：电容器所带电量Q与电容器两极间的电压U的比值 定义式： ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ － － － － － － － － ＋Q －Q U 单位：法拉，F 1F=1C/V 微法（µＦ）、皮法（pＦ） 1F=106μF=1012pF 如果一个电容器带1C电量时，两极间电压是1V，这个电容器的电容就是1F 物理意义：反映了电容器容纳电荷的本领 电容器的电容 C 电容器的Q-U图 U/V Q/C △U △Q1 C1 C2 △Q2 C=Q/U C=△Q/△U 电容器的电容 C 1、关于电容，下列说法中正确的是 （ ） A．电容器的极板上带电量越大，这只电容器的电容就越大 B．电容器的极板间电压越大，这只电容器的电容就越大 C．如果电容器两极板上没有带电，它的电容为零 D．对某一个电容器来说，两板间的电势差随所带电量的增加而增加 电容器的电容与电量Q及电压U都无关，由电容器本身决定。与水桶截面积S类似。 电容器的电容 C 2、如图所示，将平行板电容器两极板分别接在电压是6V的电池组正负极，跟电池组负极相连的极板带电量为-9.0×10-8C ，则电容器的带电量为 C，电容器的电容为 PF。若将此电容器两极接电压12V的电池组正负极，电容器的电容为 PF。 ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ － － － － － － ＋Q －Q 9.0×10-8 1.5×104 1.5×104 电容与电压U无关 电容器的电容 C 3、用两节相同的电池分别给两个原来不带电的电容器充电，已知 C1<C2 ，当电容器达到稳定时，电容器C1和C2的带电量分别为Q1和Q2，则 （ ） A． Q1<Q2 B． Q1>Q2 C． Q1=Q2 D．无法确定 平行板电容器的电容 C 问题1：该装置中，电容值的变化通过什么来反映？ 问题2：采用何种方法探究各因素与电容的关系？谈谈你的实验设计方案。 问题3：保持其他条件不变，分别改变两极板间距、正对面积以及极板间电介质材料时，电势差分别怎么变化？电容怎么变化？ 平行板电容器的电容 C 实验1：探究平行板电容器电容与极板正对面积S的关系 组别 正对面积 电容C/μF 1 5S 0.410 2 4S 0.356 3 3S 0.232 4 2S 0.152 5 S 0.065 结论：保持极板间距d和介质不变，正对面积S越大，电容值C越大， 且C与S成正比 平行板电容器的电容 C 实验2：探究平行板电容器电容与极板间距d的关系 结论：保持极板正对面积S和介质不变，极板间距d越大，电容值C越小，且C与d成反比 组别 极板间距 电容C/μF 1 d 0.766 2 2d 0.410 3 3d 0.254 4 4d 0.177 平行板电容器的电容 C 两板间距离 两板正对面积 介电常数 真空ε=1 静电力常量 平行板电容器的电容 C 1、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 平行板电容器的电容 C 2、平行板电容器充电平衡后与电源断开，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 平行板电容器的电容 C 3、 用电压为U的直流电源给电容为C平行板电容器充电，充完电后电容器两板间的场强大小为E。 （1）充完电后，若仍闭合电键K，将电容器两极板正对面积变为原来的一半，则电容器的电容变为 ，流过导线中的电流方向为从 极板流向 极板。 C/2 正 负 （2）充完电后，若断开电键K，将电容器的两个极板距离变为原来的一半，则电容器的电容变为 ，电容器两极板间的电压变为 ，电容器两极板间的电场强度为 。 2C U/2 E （3）充完电后，若仍闭合电键K，将一块厚度为两板距离一半的平行于极板的矩形金属块放入两极板中间，电容器的电容变为 ，流过导线中的电流方向为从 极板流向 极板。 2C 负 正 平行板电容器的电容 C 4、如图所示，平行板电容器A、B间有一带电油滴P正好静止在极板正中间，现将两极板间稍错开一些，其它条件不变。则（ ） A．油滴将向上加速，电流计中电流由b流向a B．油滴将向下加速，电流计中电流由a流向b C．油滴将静止不动，电流计中电流由b流向a D．极板带电量减少，两板间电势差和场强不变 电容器的应用 1、固定电容器： （1）聚苯乙烯电容器： 以聚苯乙烯薄膜为电介质，用两层铝箔为极板。 符号： ＋ － （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。 符号： 电容较大 电容器的应用 2、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;空气为电介质。 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： 电容器的应用 3、击穿电压和额定电压： 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，这个电压称为击穿电压。 电容器正常工作时两极板上的最大电压，称为额定电压。 额定电压比击穿电压低 外壳上标的电压是额定电压 电容器的应用 例：某电解电容器上标有“25v470μF”的字样，对此，下述说法中正确的是（ ） A.当电容器两极间电压是25v时，电容器的电容才是470μF B.电容器两极间电压必须是25v时，电容器才能正常工作 C.电容器两极间电压必须在直流25v以下时，电容器才能正常工作 D.这种电容器使用时，必须考虑电容器的两根引线的极性 额定电压25V是电容器正常工作时两极板上的最大电压 电容器的电压多数情况下是交流电压 CD 电容器的应用 听物理，如雾里，雾里探物理，终能悟理！ $$