10.4 电容器的电容 课件-2024-2025学年高二上学期物理人教版必修第三册

第十章 静电场中的能量 第4节 电容器的电容 水可以用容器储存起来，电荷也可以用一个“容器”储存起来。右图中的元件就是这样的“容器” ——电容器。那么，它内部的构造是怎样的？它是怎样“装进”和“倒出”电荷的呢？ 1.知道电容器和平行板电容器的概念，通过实验感知电容器的充、放电现象。 2.理解电容的定义、公式、单位，并会应用定义式进行简单的计算。 3.了解影响平行板电容器大小的因素及平行板电容器电容公式。 4.认识常用的电容器。 学习目标 电容器从外形上来看有很多种，有方的,扁的，圆柱型的. 电容器 学习新知 平行板电容器 电介质 电容器的极板 电容器的极板 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，叫做平行板电容器。 任何两个彼此绝缘又相互靠近的导体都可以构成电容器。 2、电路图符号： 电容器 学习新知 3、电容器的充、放电现象 实验观察 学习新知 +Q 电容器的电荷量 Q ： 每个极板所带电量的绝对值。 若断开电源，极板所 带电量Q 不变。 -Q 动画演示：电容器充电 学习新知 （1）电容器的充电： ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ － － － － － － ＋Q －Q 将电容器两个极板带上等量异种电荷的过程，叫电容器的充电。 正极板 负极板 有短暂的电流 两极间有电场 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。 E 电容器充电的过程中，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。 电能 电场能 学习新知 【注意】当电容器带电量发生改变时，电路中有电流;稳定后电路中无电流，因为两极板绝缘，电流通不过。 动画演示：电容器放电 学习新知 （2）电容器的放电： ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ － － － － － － ＋Q －Q 用导线将充电后的电容器两极接通，两极失去电荷的过程，叫电容器的放电。 在放电过程中导线上有短暂的电流产生 U=0 放电的过程中，电容器把储存的能量通过电流做功转化为电路中其他形式的能量。 电能 电场能 学习新知 4、用传感器观察电容的充、放电过程 学习新知 探究：电容器两极板间电势差跟所带电荷量的关系 精确的实验表明，一个电容器所带的电荷量Q与两极板之间的电势差U之比是不变的。不同的电容器，这个比一般是不同的，可见电荷量Q与电势差U之比表征了电容器储存电荷的特性。 电容 学习新知 1.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，叫电容器的电容。符号：C 2.定义式： Q指每一个极板带电量的绝对值。 U表示电容器两板的电势差——电压。 【特别提醒】电容与Q、U无关，由电容器本身决定。 3.单位 国际单位：法拉,简称法,符号是F，1F=1C/V 常用单位：微法(μF);皮法(pF) 4.物理意义 电容是一个反映电容器容纳电荷本领大小的物理量。 电容 学习新知 平行板电容器的电容 问题：平行板电容器的电容跟哪些因素有关呢？ 猜想与假设： 平行板电容器的电容C可能跟极板正对面积、距离和电介质等于因素有关。 平行板电容器组成结构 电容 学习新知 实验电路： 静电计在实验中起什么作用？ 测量电势差大小；静电计指针偏角越大，电势差越大。 如何判断电容C的变化情况？ 静电计指针显示电势差大小，根据 ,判断C变化情况。 学习新知 1. 保持极板上的电荷量Q不变，两极板间的距离d也不变，改变两极板的正对面积S。 实验现象：保持Q和d不变,正对面积S减小，静电计指针张角变大 实验过程： 张角变大,U 变大,根据 ， C变小。即 S变小，C变小,C与S为正相关关系 平行板电容器的电容 学习新知 实验现象：保持Q和S不变,增大两极板距离d，静电计指针张角变大 实验过程： 2. 保持极板上的电荷量Q不变，两极板的正对面积S也不变，改变两极板间的距离d， 张角变大,U变大,根据 , C变小即d变大，C变小,C与d为负相关关系。 平行板电容器的电容 学习新知 平行板电容器的电容 实验过程： 实验现象： 插入介质，静电计指针张角变小 3. 保持Q、S、d都不变，在两极板间插入电介质，——有机玻璃板。 张角变小，U变小,根据 , C变大。即插入电介质，电容C增大。 学习新知 两板间距离 两板正对面积 介电常数 真空εr=1 静电力常量 决定电容大小的因素： 平行板电容器的电容 学习新知 公式内容　　 公式特点 意义 联系 定义式(不成比例） 决定式（成比例） 反映容纳电荷的本领 反映了影响电容大小的因素 电容器容纳电荷的本领由Q/U来量度，由本身的结构(如平行板电容器的εr、S、d等因素)来决定 电容 学习新知 的综合运用 类型一： 保持电容器的两极板与电源相连，极板间距增大时，电容器带电量怎么变化？板间电场强度怎样变化？ 十 十 十 十 十 一 一 一 一 一 U不变 Q减小 d 增大 U不变 E减小 C 减小 C 减小 d 增大 学习新知 类型二： 充电后，切断与电源的连接, 极板间距增大时，电容器板间电场强度怎样变化？ 十 十 十 十 一 一 一 一 Q 不变 E 不变 平行板电容器带电量一定时，板间的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。 学习新知 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，两层铝箔为极板。 符号： 常用电容器 学习新知 ＋ （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： 学习新知 2.可变电容器： 两极由两组铝片组成，固定的一组铝片叫作定片； 可以转动的一组铝片叫作动片;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： 学习新知 超级电容器是20世纪70年代根据电化学原理研发的一种新型电容器，它的出现使电容器的容量得到了巨大的提升。超级电容器的充电时间短，储存电能多，放电功率大，使用寿命长。这些优点展现了它作为新型动力电源的广阔发展前景。 3.超级电容器 学习新知 4.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。 外壳上标的电压是额定电压 额定电压比击穿电压低 学习新知 1、下列说法中正确的是（    ） A、电容器所带的电荷越多，电容就越大 B、电容器两极板间电压越高，电容就越大 C、电容器所带电荷增加一倍，则两极间的电压也一定增加一倍 D、电容表征电容器容纳电荷的本领的物理量 E、平行板电容器保持带电量不变而增大板距时，两板间电压要减小 F、平行板电容器一板带电＋Q，另一板带电－Q，则此电容器不带电 CD 学习新知 2、研究与平行板电容器电容有关因素的实验装置如图所示,下列说法正确的是(　　) A.实验前,只用带电玻璃棒与电容器a板接触,能使电容器带电 B.实验中,只将电容器b板向上平移,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,只增加极板带电量,静电计指针的张角变大,表明电容增大 A 学习新知 3、(多选)如图所示,电路中A、B为两块竖直放置的金属板,C是一只静电计,开关S合上后,静电计指针张开一个角度,下述做法可使静电计指针张角增大的是 (　　) A.使A、B两板靠近一些 B.使A、B两板正对面积减小一些 C.断开S后,使B板向右平移一些 D.断开S后,使A、B正对面积减小一些 CD 学习新知 电容器 充电 放电 电容 平行板电容器电容 数学表达式 （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 课堂总结 Lavf57.83.100 Lavf57.83.100 Lavf57.83.100 Lavf57.83.100 Lavf57.83.100 Lavf57.83.100 C＝ C＝ 的比较 与C＝ C＝ 与C＝ $$