10.4.1电容器的电容 课件-2025-2026学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册

第十章　静电场中的能量 电容器的电容 1 知道什么是电容器及电容器的主要构造 2 理解电容的概念及其定义式 3 知道电容器充、放电的实验原理和实验电路 重难点 手机闪光灯-常亮（手电筒模式） 手机闪光灯-闪光模式 为什么两种模式亮度明显不同？ ↓ 用电池供电 ↓ 用电容器供电 说明：闪光模式在不到0.001s的短暂时间内发出强烈闪光，瞬间电流很大， 各种电池都不能承受 导入 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？ 导入 一 电容器 1.电容器：任何两个彼此绝缘又相距很近的导体，都可以看成一个电容器。 2.平行板电容器：在两个相距很近的平行金属板中间夹上一层电介质，就组成了平行板电容器，这两个金属板叫作电容器的极板. 电介质 电容器的极板 电容器的极板 电容器 平行板电容器 绝缘介质 空气也是绝缘介质 电容器的充放电现象 U + + + + + + -Q +Q - - - - - - - Q↑、U ↑、E ↑ 稳定后不变 G 电能 电场能 + + + + + + Q +Q U G ↓Q↓、U ↓、E ↓ 稳定后均为零 其他 电场能 2.电容器的放电 1.电容器的充电 (1)电容器只能储存同种电荷。(　　) (2)电容器带电时,只有一个极板上有电荷。(　　) (3)一个极板带电荷量是Q,则电容器的电荷量为2Q。(　　) × × × 辨析 二 电容 电容器两极板间电势差跟所带电荷量的关系 ①开关S1接1给A充电，观察电压表示数变化 ②开关S1接2，使另一个相同但不带电的B电容器与A并联，电压表示数变为原来的一半 ③闭合S2，给B放电。 ④重复②③，电压表示数每次都减少一半 1 E S1 V B 2 A S2 2.根据实验结果你能得出什么结论？ 两极板间的电势差与电容器的电荷量成正比. A的电荷量会减半. 1.电容器A、B相同，开关S2断开，开关S1先接1给电容器A充电，然后再接2，A的电荷量怎样变？ 1 E S1 V B 2 A S2 电容器的电容 1.电容 (1)定义:________________________________________________________ 。 (2)定义式: (比值定义法) Q指一个极板所带电荷量的绝对值 U—电容器两极板间的电势差(电压) (3)单位:电容的国际单位: ,简称: ,用字母 表示,常用的单位还有微法和皮法,1 F= μF= pF。 电容器所带电荷量Q与电容器两极板之间的电势差U之比,叫作 电容器的电容 C= 法拉 法 F 106 1012 (4)物理意义:描述 的物理量。 电容器容纳电荷本领大小 电容器的电容 (5)由C=表明,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 2.击穿电压和额定电压 (1)击穿电压:电介质不被 时加在电容器两极板上的 电压,若电压超过这一限度,电容器就会损坏。 (2)额定电压:电容器外壳上标的电压是工作电压(或称额定电压),也是电容器正常工作时所能承受的最大电压。 (3)额定电压比击穿电压 。 击穿 低 极限 电容器与水容器类比 容纳储存水 容纳储存电荷 电荷量Q 水量V 电势差U 水位差h 横截面S 电容C + + + + + + + + + - - - - - - - - - 电容器 水容器 常见的电容器 手机上小巧的贴片电容 电脑主板上大块头的电解电容 可变电容器 两组铝片的正对面积可调 (1)放电的电容器电荷量为零,电容也为零。(　　) (2)对于确定的电容器,它所带电荷量与它两极板间电压的比值保持不变。 (　　) (3)当加在电容器两端的电压超过额定电压时,电容器将被击穿。(　　) √ × × 辨析 1.(2024·陕西瑞泉中学高二月考)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 √ 例题 2.如图所示为某一电容器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40 V降低到36 V,对该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5×10-2 F D.该电容器的电荷量变化量为0.2 C √ 电容器电容的另一表达式 如图所示,Q-U图像是一条过原点的直线,其中Q为 一个极板上所带电荷量的绝对值,U为两极板间的 电势差,直线的斜率表示电容大小。因此C=,即 电容的大小在数值上等于两极板间的电压增加(或减小)1 V所增加(或减小)的电荷量。 总结提升 三 实验：观察电容器的充、放电现象 电容器的充放电现象 用传感器观察电容器的放电过程 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 实验 项目 实验现象 电容器充电 灯泡 灯泡的亮度由__到__最后____(均选填“明”“暗”或“熄灭”) 电流表1 电流表1的读数由__到__最后为__(均选填“大”“小”或“零”) 电压表 电压表的读数由__(选填“大”或“小”)到__(选填“大”或“小”)最后稳定为某一数值 电容器放电 灯泡 灯泡的亮度由__到__最后____(均选填“明”“暗”或“熄灭”) 电流表2 电流表2的读数由__到__最后为__(均选填“大”“小”或“零”) 电压表 电压表的读数由__到__最后为__(均选填“大”“小”或“零”) 明 暗 熄灭 大 小 零 小 大 明 暗 熄灭 大 小 零 大 小 零 一位同学用电流传感器观察电容器放电过程的变化情况得到的I-t图像如图所示,电源电压是8 V。 答案　0~0.2 s时间内电路中流过的电荷量。 (1)在图中画一个竖立的狭长矩形(在图的最左边),它的面积的物理意义是什么。 思考与讨论 (2)怎样根据I-t图像估算电容器在全部放电过程中释放的电荷量?试着算一算。 答案　计算图线与横轴间所围的面积,约为41格,Q=3.28×10-3 C。 注意:“面积”的计算:计算格子数,小于半格的舍去,大于半格的算一格。 思考与讨论 3.(2024·莆田市高二期中)如图甲是利用电流传感器系统研究电容器的充、放电过程。电路中的电流传感器(相当于电流表)可以捕捉瞬时的电流变化。图甲直流电源电压为8 V,充电前电容器带电荷量为零。先使S与“1”端相连,电源向电容器充电。充电结束后,使S与“2”端相连,直至放电完毕。计算机记录的电流随时间变化的I-t曲线如图乙所示。 例题 (1)在电容器充电与放电过程中,通过电阻R0的电流方向　　　(选填“相同”或“相反”)。  相反 (2)图像阴影为I-t曲线图像与对应时间轴所围成的面积,乙图中阴影部分的面积S1　 S2(选填“>”“<”或“=”)。  = (3)已知S1=3.2 mA·s,则该电容器的电容值为　 　 　 F(保留两位有效数字)。  4.0×10-4 (4)由甲、乙两图可判断阻值R1　　　R2(选填“>”“<”或“=”)。  < 一、电容器 任何两个彼此绝缘又相互靠近的导体都可以构成电容器. 二、电容　常用电容器 1.电容定义：电容器所带电量Q与电容器两极板间的电势差U的比值. 2.单位：法拉F 1F=106μF=1012pF 3.常见的电容器 三、实验：观察电容器的充放电现象 电容器的充电：电容器与电源相连，电源能量→电场能 电容器的放电：电容器与导线相连，电场能→其他形式能 1.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; 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。 2.由Q=CU知,U降低,则Q减小,故为放电过程,A错,B对; C== F=5×10-3 F,C错; ΔQ=CΔU=5×10-3×4 C=0.02 C,D错。 3. (1)将单刀双掷开关S置于1,根据题图甲可知,电容器上极板带负电、下极板带正电,通过电阻R0的电流方向从右到左。将单刀双掷开关S置于2,电容器放电,通过电阻R0的电流方向从左到右,所以通过电阻R0的电流方向相反。 (2) I-t曲线图像与对应时间轴所围成的面积表示电荷量,电容器充电和电容器放电的电荷量相等,所以S1=S2。 (3)根据电容定义式C= 则有C= F=4.0×10-4 F。 (4)由题图乙可知开始充电和开始放电时I充>I放 因为开始充电和放电时电压U相等,都等于电源电压,根据欧姆定律有> 所以R1<R2。 Keep Thinking! Lavf58.20.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $$