10.4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

湘西州民族中学 杨杰 第十章 静电场及其应用 4 电容器的电容 物理必修第三册 2025年9月12日4时9分 单击此处编辑母版标题样式 诚 朴 勤 勇 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。 诚 朴 勤 勇 与电阻一样，电容器是电路中最常见的元件之一。 电脑主板 诚 朴 勤 勇 与电阻一样，电容器也是电路中最常见的元件之一，绝大多数的电路板上，都使用了电容器。这是计算机的主板，上面这些小圆柱形的元件就是电容器。 3 生活中常见的电容器 诚 朴 勤 勇 它的内部构造是怎样的？ 它是怎样“装进”和“倒出”电荷的呢？ 诚 朴 勤 勇 电介质 极板 电容器的里面是什么样呢？ 绝缘纸 导电纸 导电纸 拆开的纸质电容器 诚 朴 勤 勇 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 诚 朴 勤 勇 观察电容器的充、放电现象 灵敏电流计 数字电压表 电容器 诚 朴 勤 勇 1.充电：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 二、电容器的充放电 （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： I “装进”电荷 建立电场 储存电势能（来自电源） 诚 朴 勤 勇 2.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： 二、电容器的充放电 I “倒出”电荷 电场减弱 电势能转化为其他形式的能（焦耳热） 诚 朴 勤 勇 实验设计 用传感器观察电容的充、放电过程 诚 朴 勤 勇 用传感器观察电容的充、放电过程 诚 朴 勤 勇 2025年9月12日4时9分 用传感器观察电容的充、放电过程 诚 朴 勤 勇 实际应用：照相机的闪光灯原理 照相机的闪光灯，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。在实际中，常常用电容器帮助 闪光实现它的功能。拍照前用较长的时间（一般几秒）给电容器充电， 拍照时触发闪光灯，使电容器通过灯管瞬间 放电，发出耀眼的白光。然后电源又给电容 器充电，为下次闪光做准备。 闪光灯的内部结构 诚 朴 勤 勇 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？ 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？ 诚 朴 勤 勇 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 电容器 水容器 ？ 大胆猜想 诚 朴 勤 勇 电容器两极板间电势差跟所带电荷量的关系 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,该比值表征了电容器储存电荷的特性。 诚 朴 勤 勇 用传感器观察电容的充、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 诚 朴 勤 勇 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。 三、电容 诚 朴 勤 勇 5.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，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、电容 诚 朴 勤 勇 你可以动手制做一个容量较大的电容器，该怎么做？ 请同学们参考课本P41拓展学习部分。 电容器的电容跟哪些因素有关？ 想一想 诚 朴 勤 勇 探究影响平行板电容器电容的因素 诚 朴 勤 勇 两板间距离 两板正对面积 介电常数 真空εr=1 静电力常量 四、探究影响平行板电容器电容的因素 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。 诚 朴 勤 勇 诚 朴 勤 勇 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 诚 朴 勤 勇 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。 （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。 五、常用电容器 符号： 符号： + - 诚 朴 勤 勇 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。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。 符号： 五、常用电容器 诚 朴 勤 勇 3.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。 五、常用电容器 诚 朴 勤 勇 类型一：电容器始终与电源连接，U保持不变。 拓展、平行板电容器的动态分析 十 十 十 十 - - - - 诚 朴 勤 勇 拓展、平行板电容器的动态分析 诚 朴 勤 勇 类型二：电容器始终与电源断开，Q保持不变。 拓展、平行板电容器的动态分析 十 十 十 十 - - - - 诚 朴 勤 勇 【典例1】如图是一只“超级电容器”，从图中的信息可知（　　） A．对该电容器充电时，所能充的电荷量越多，它的电容就越大 B．该电容器两极的电压一旦超过2.7V时，就要被击穿而损坏 C．将该电容器与电动势为2V的电源相连，充电完毕后，所带电荷量为20C D．将该电容器充好电后再对电阻放电，则放电过程中，其电压和电容均不断减少 【正确答案】C 诚 朴 勤 勇 【典例2】电容器是一种重要的电学元件，它能够储存电荷。电容器储存电荷的特性用电容表征。如图所示，在研究电容器充、放电的实验中，使开关S掷向1端，电源E对电容器C充电。下列图像中，能正确反映电容器充电过程中电流与时间、电荷量与电压关系的是（　　） A． B． C． D． 【正确答案】A 诚 朴 勤 勇 【典例3】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，用丝绸摩擦过的玻璃棒与电容器 a板接触，可使电容器a板带正电 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 【正确答案】A 诚 朴 勤 勇 【典例4】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三分之二，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三分之一 【正确答案】B 诚 朴 勤 勇 【典例5】随着生活水平的提高，电子秤已经成为日常生活中不可或缺的一部分，电子秤的种类也有很多，如图所示是用平行板电容器制成的厨房用电子秤及其电路简图。称重时，把物体放到电子秤面板上，压力作用会导致平行板上层膜片电极下移。则（　　） A．电容器的电容增大，带电荷量减小 B．电容器的电容减小，带电荷量增大 C．稳定后电流表仍有示数，两极板电势差增大 D．稳定后电流表示数为零，两极板电势差不变 【正确答案】D 诚 朴 勤 勇 【解析】 AB．根据电容器表达式 知，当两个极板的距离减小时，电容器的电容增大。再根据电容器定义式 ，由于电容器一直和电源相连，电压不变，当电容增大时，带电荷量增大，所以AB错误； CD．当压力稳定后，电容器停止充电，电路中的电流为零，即电流表示数为零，两极板的电势差不变，所以D正确，C错误。故选D。 诚 朴 勤 勇 【典例6】电容器是电学中常见的能存储电荷的电子元件。某同学用图甲所示的电路探究电容器的充、放电规律。图中R是高阻值电阻，先使开关S与1端相连，然后把开关S掷向2端。与电流传感器相连接的计算机，记录了这一过程中电流随时间变化的I-t曲线如图乙所示。 （1）要研究电容器放电过程的规律，开关S应接在______端（选填“1”或“2”）； （2）根据计算机所记录的I-t曲线 ①在形成电流曲线1的过程中， 电容器两极板间电压逐渐______ （选填“变大”、“变小”或“不变”）； ②在形成电流曲线2的过程中，电容器的电容______（选填“变大”、“ 变小”或“不变”）。 【答案】2 变大 不变 诚 朴 勤 勇 【典例7】（计算机键盘每个键下面都连有一块小金属片，与该金属片隔有一定空气间隙的是另一块固定的小金属片，这组金属片组成一个可变电容器。当连接电源不断电，按下某个键时，与之相连的电子线路就给出该键相应的信号，当按下该键时，电容器的（　　） A．极板间的电压变大 B．电容变小 C．极板的电量变大 D．极板间的场强变小 【正确答案】C 诚 朴 勤 勇 【典例8】如图所示，平行板电容器的两极板A、B接于电池两极．一个带正电的小球悬挂在电容器内部．闭合电键S给电容器充电，稳定时悬线与竖直方向的夹角为θ.下列说法中正确的是( ) A. 保持电键S闭合，若带正电的A板向B板靠近，则θ增大 B. 保持电键S闭合，若带正电的A板向B板靠近，则θ不变 C. 将电键S断开，若带正电的A板向B板靠近，则θ增大 D. 将电键S断开，若带正电的A板向B板靠近，则θ减小 A 诚 朴 勤 勇 【典例9】一平行板电容器充电后与电源断开，负极板接地，两板间有一个正检验电荷固定在P点，如图所示，以C表示电容器的电容、E表示两板间的场强、φ表示P点的电势，W表示正电荷在P点的电势能，若正极板保持不动，将负极板缓慢向右平移一小段距离l0，则下列关于各物理量与负极板移动距离x的关系图像中正确的是（　　） A． B． C． D． 【正确答案】C 诚 朴 勤 勇 诚 朴 勤 勇 谢谢！ 2025年9月12日4时9分 单击此处编辑母版标题样式 诚 朴 勤 勇 Lavf59.6.100 Lavf59.6.100 Lavf58.29.100 Lavf59.6.100 Lavf58.20.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf59.23.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 C＝ C＝ 的比较 与C＝ 【解析】A．当负极板右移时，两板间的距离减少，由 可知，C与x的图象不是一次函数图象，选项A错误； B．由 可知 则 ，E与d、x无关，选项B错误； 因负极板接地，设P点开始距负极板的距离是d＇， 则P点的电势φ=E（d＇-x），选项C正确； D．正电荷在P点的电势能 所以W−x图象是一条倾斜的直线，选项D错误。故选C。 $