10.4 电容器的电容 课件 - 2025-2026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 10.4 电容器的电容 授课人：张银平 哈密市第二中学 课标 要求 1.观察常用电容器，知道电容器的构造原理，了解电容器的应用。 2.观察电容器的充、放电现象。 3.理解电容器的电容概念，能运用其定义式进行简单计算。 4.了解影响平行板电容器电容大小的因素，能运用公式分析判断相关问题。 素养 目标 1.通过观察常用电容器及其充、放电现象，了解电容器的电容，体会利用比值定义物理量的科学方法。（物理观念） 2.通过认识常用电容器和查阅相关资料，体会电容器在实际生活中的广泛应用，培养学生探究新事物的兴趣。（科学态度与责任） 3.通过探究影响平行板电容器电容的因素，体会应用控制变量法研究物理问题的科学方法。（科学探究） 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，它内部的构造是怎样的？它是怎样“装进”和“倒出”电荷的呢？ 问题 ？ 一、电容器： 1.电容器：由任何两个彼此绝缘又相距很近的导体组成。这两个导体称为电容器的两极。 2.电容器的作用：容纳电荷 金属极板 绝缘物质(电介质) 3.电路图符号： 观察电容器的充、放电现象 E V 2 R 1 A C S 电路图 用传感器观察电容器的充放电过程 能量转化：充电时，电池的化学能转化成电场能。 （1）电容器的充电过程 结果：充电使电容器两个极板带上等量异种电荷。 实验：观察电容器的充、放电现象 1.实验原理 充电电流由大变小，最后变为0 t 0 U 电容器两极板间电压由小变大，最后等于电源电压 +Q -Q 在I-t中，图像所围面积表示电荷量 t 0 I E V 2 R 1 A C S + + + + - - - - I充 I充 结果：放电使两极板的异种电荷中和。 能量转化：放电时，电场能转化为其他形式的能 (2)电容器的放电过程 t 0 放电电流由大变小，最后变为0 电容器两极板间电压由大变小，最后等于0 t 0 U （3） 电容器的带电量：电容器任意一个极板所带电量的绝对值 E V 2 R 1 A C S +Q - - - - + + + + -Q I （1）充电：使电容器带上电荷的过程 (Q增加 U增加 E增加 电场能增加) 充电完成后 A.两极板带等量异种电荷 B.两极板间有电压（与电源电压相等） C.两极板间有电场 D.两极板间有电场能 （2）放电：使电容器失去电荷的过程 （Q减少 U减少 E减少 电场能减少） 放电完成后 A.两极板带电量为0 B.两极板间电压U=0 C.两极板间电场E=0 D.两极板间无电场能 t 0 2 4 t 0 2 4 t 0 2 4 电容器先充电后放电的三种图像 演示：探究电容器两极板间电势差跟所带电荷量的关系 二、电容： 1．定义：电容器所带电量与两极板间电势差的比值叫电容器的电容，用C表示。 常用单位：微法(μF)、皮法(pF). 1μF = 10-6 F， 1pF =10-12 F。 2．定义式（比值法） 3．单位：国际制单位为法拉，简称法，符号为F。 4．物理意义：表征电容器容纳电荷本领的大小。 电容在数值上等于使两极板间的电势差为1V时电容器所需要的电荷量。 5.对电容及其定义式的理解 （1）电容由电容器本身的构造决定 电容器的电容反映电容器容纳电荷本领的物理量，与电容器是否带电、所带电荷量Q和两极板的电势差U无关。 (3)Q­U图像理解电容 (2)定义式C＝ 得 Q = CU 电容器所带的电荷量由电容器的电容和电容器两极板间的电势差U决定，Q与U成正比,与C成正比． 如图所示，Q­U 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.图像与横轴所围成面积表示电容器所储存的电能 EP= QU = CU2 U 0 Q 三、平行板电容器 1、结构：由两块彼此绝缘、互相靠近的平行金属板组成，是最简单的，也是最基本的电容器． 2、板间电场：板间(除边缘外) 形成匀强电场，电场强度大小为 ，方向垂直极板平面． 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 、 、 有关 正对面积 距离 电介质 实验方法： 控制变量法 实验：影响平行板电容器电容大小的因素 控制变量法 实 验 结 论 A.静电计指针偏转角度大小表示了两极板电势差的大小 偏转角度大电势差大，偏转角度小电势差小 B.电量Q、正对面积S保持不变时，距离d增大，U增大，C越小 C.电量Q、距离d 保持不变时， 正对面积S减小，U增大，C越小 D.Q、d、S保持不变时， 插入电介质，U减小，C变大 注意：C与Q、U无关，由电容器本身决定。 3、平行板电容器决定式 d—距离 S—正对面积 K—静电力常量 εr —相对介电常数 四、常用电容器 （1）固定电容器：电容器的电容固定不变，常用的有纸质电容器和电解电容器． （2）可变电容器：电容器的电容可以改变，常用两组铝片组成。 五、电容器的额定电压和击穿电压 （1）额定电压：电容器外壳上标的工作电压。 （2）击穿电压：电容器不被击穿的极限电压。 五、平行板电容器的动态分析 (1)与电源连接，则电势差U恒定，当d、s变化时，C、Q、E如何变化？ (2)与电源连接断开，则带电荷量Q恒定，当d、s变化时，C、U、E如何变化？ U不变 电键闭合 1、分析： C减小 Q减小 E变小 结论： d增大 结论： S减小 E不变 C减小 Q减小 2、分析：电键断开 Q不变 结论： d增大 E不变 C减小 U增大 结论： S减小 E变大 C减小 U增大 (1)与电源连接，电荷原处于平衡状态，则下列情况中，电荷如何运动？ (2)与电源连接断开，电荷原处于平衡状态，则下列情况中，电荷如何运动？ 例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、电容器所带电荷增加一倍，则两极间的电压也一定增加一倍 C、平行板电容器保持带电量不变而增大板距，两板间电压要减小 D、电容器一板带电＋Q，另一板带电－Q，则此电容器不带电 B （多选）例2、连接在电池两极上的平行板电容器，当两极板间的距离减小时，下列说法正确的是（ ） A.电容器的电容C变大 B.电容器极板的带电量Q变大 C.电容器两极间的电势差U变大 D.电容器两极板间的电场强度E变大 ABD ２、电容器的充放电　　　　　　　　　　　　　 二、 电 容 三、平行板电容器： １、定义： 充电：使原本不带电的两板带 上等量异种电荷的过程 放电： 使充电后的电容器电荷 中和失去电荷的过程 小结： １、定义：两块彼此靠近又互相绝缘的导体组成的器件。 ２、表达式：Ｃ＝Ｑ／Ｕ　　 ３、物理意义：反映电容器容纳电荷量本领的强弱 ４、国际单位：法拉（F） 四、电容器的种类 电容器　电容 一、电容器 Lavf57.56.101 Lavf57.56.101 Lavf57.56.101 　公式 内容　　 C＝eq \f(Q,U) C＝eq \f(εrS,4πkd) 公式特点 定义式（一切电容） 决定式（平行板电容器） 意义 对某电容器Q∝U，但eq \f(Q,U)＝C不变，反映容纳电荷的本领 平行板电容器，C∝εr，C∝S，C∝eq \f(1,d)，反映了影响电容大小的因素 联系 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 4．C＝eq \f(Q,U) 与C＝eq \f(εrS,4πkd)的比较 $