2.5 科学探究：电容器 课件 -2025-2026学年高二上学期物理鲁科版必修第三册

该高中物理课件聚焦电容器知识，系统讲解构造、充放电现象、电容定义及物理意义、平行板电容器决定式和两类动态问题。通过“储水容器类比储电荷容器”情境导入，结合手摇感应起电机电荷储存问题，衔接电场知识搭建认知支架。 其特色在于以情境激发兴趣，用“水容器-电容器”类比建构电容概念（科学思维），设计充放电实验和影响平行板电容器电容因素的探究实验（科学探究），通过例题与动态问题归纳强化科学推理。帮助学生深化物理观念，培养探究能力，也为教师提供系统教学资源，提升教学效率。

2.5　科学探究：电容器 鲁科版必修第三册 第2章 电势能与电势差 理解电容的定义及其物理意义，并会利用定义式进行计算。掌握平行板电容器电容的决定式 知道电容器的构造，理解电容器充电和放电现象及能量变化 02 01 03 结合电场知识，掌握平行板电容器两类动态变化问题的分析方法 学习目标 重点 水可以用容器储存起来，电荷是不是也可以用一个“容器”储存起来呢？ 手摇感应起电机产生的电荷 又是怎么收集和储存的呢？ 情境导入 01 观察电容器的充、放电现象 ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ － － － － － － ＋Q －Q E U R 1 2 G 实验器材 充电：当开关拨到位置“1”时，电源对电容器充电。 U + + + + + + -Q +Q - - - - - - - Q↑、U ↑ 稳定后不变 G 电能 电场能 R V 电流计中电流方向 电流计中电流大小变化 电压表示数变化 电路中的能量变化 电容器极板上的电荷量变化 ________________ ________ __________ __________ ___________ 电源正极→上极板 减小→0 增大→不变 增加→不变 增加→不变 1 2 + + + + + + Q +Q U G ↓Q↓、U ↓ 稳定后均为零 其他 电场能 R V 放电：当开关拨到位置“2”时，电源对电容器放电。 电流计中电流方向 电流计中电流大小变化 电压表示数变化 电路中的能量变化 电容器极板上的电荷量变化 __________________ ________ ________ ________ ________ 上极板→R→下极板 减小→0 减小→0 减少→0 减少→0 1 2 1. (多选)如图所示，下列几种情况中，对电阻R来说，有电流通过且方向正确的是 A.S接1瞬间，R上电流方向从A到B B.S接1一段时间后，R上电流方向从A到B C.S接1一段时间后再接2的瞬间，R上有从B到A的电流 D.S接1一段时间后再接2的瞬间，R上无电流 √ √ 充电 充电完成 放电 例题 S接1瞬间，尽管电流无法通过电容器，但电源给电容器充电，即给上极板充正电荷，给下极板充负电荷，故R上有从A到B的电流，选项A正确； 待充电完毕后，电路中不再有电流，选项B错误； S接1一段时间，电容器充电，再接2，电容器放电，由于电容器上极板带正电，因此R上有从B到A的电流，选项C正确，D错误。 02 电容器的电容 类比法 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，如何反映电容器容纳电荷的本领大小呢？ 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 ？ 猜想一下 定义：电容器的电荷量Q与两极板间的电压U之比。 01 公式：电容器所带的电荷量。 02 电容 单位：在国际单位制中，电容的单位是法拉，简称：法，符号F， 常用单位还有微法和皮法，换算关系：1F＝106 μF=1012 pF。 物理意义：描述电容器储存电荷能力的物理量。 03 04 电容 (1)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承受的最大电压。 (2)击穿电压：电容器耐压的极限值，称为击穿电压，击穿后电容器两极因导通而损坏。 (3)额定电压比击穿电压低。 2.击穿电压和额定电压 3.电容器的分类 (1)按电介质种类来分：空气电容器、云母电容器、纸质电容器、陶瓷电容器、涤纶电容器、电解电容器； 云母电容器 电解电容器 纸质电容器 陶瓷电容器 3.电容器的分类 (2)按电容器的电容是否可变来分：固定电容器、可变电容器 转动动片，使两组铝片的正对面积发生变化，电容就随着改变。 固定电容器 可变电容器 (1)电容器的电容跟它所带电荷量成正比。(　　) (2)对于确定的电容器，它所带电荷量跟它两极板间电压的比值保持不变。(　　) (3)同一个电容器额定电压和击穿电压相等。(　　) (4)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 2.超级电容车是一种利用超级电容器作为主要能量存储设备的电动汽车。与传统的电池相比，超级电容器能够在短时间内储存和释放大量的能量。某款电车内安装的超级电容器上标有“2.5 V，1 200 F”字样，关于该超级电容器，下列说法正确的是 A.充电过程中，该超级电容器的电容增大 B.充电过程中，该超级电容器两极板间的电势差减小 C.充满电时，该超级电容器所带的电荷量为480 C D.充满电时，该超级电容器所带的电荷量为3 000 C √ 例题 充电过程中，该超级电容器的电容保持不变，根据C＝，由于该超级电容器所带电荷量增大，则该超级电容器两极板间的电势差增大，故A、B错误； 充满电时，该超级电容器所带的电荷量为Q＝CU＝1 200×2.5 C＝3 000 C，故C错误，D正确。 3.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 √ 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。 03 平行板电容器的电容 静电计：金属球和金属外壳分别和两极板相连 作用：测量两极板电压 夹角大小代表电压大小夹角越大代表电压越大 验电器：金属小球与带电导体棒接触 作用：测量导体棒带电量 夹角大小代表电量多少 1.静电计和验电器的区别 反映两极板之间的电压,电压越大,静电计的指针偏转的角度就越大. 把静电计的金属球与一个导体连接，金属外壳与另一个导体连接（或者金属外壳与另一个导体同时接地），从指针偏转角度的大小可以推知两个导体间电势差的大小。 1.在探究影响平行板电容器电容大小的因素的实验中静电计的作用是什么？ 2.如图，实验中待测电容器所带的电荷量是否变化？实验中怎样知道电容器电容变大还是变小？ 极板与电源断开，电量保持不变 夹角变大 U变大 Q不变 夹角变小 U变小 Q不变 3.利用平行板电容器进行实验 (1) Q不变，d不变，改变S 结论：电容变小 U变大 Q不变 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。 3.利用平行板电容器进行实验 (2) Q不变，S不变，改变d 结论：电容变小 U变大 Q不变 实验现象：保持Q和S不变,两极板间距离d增大，静电计指针张角变大。 3.利用平行板电容器进行实验 (3) Q、S、d不变，插入电介质 结论：电容变大 U变小 Q不变 实验现象：保持Q、S、d不变,插入电介质，静电计指针张角变小。 1.平行板电容器电容的决定因素 C∝εr C∝S C∝ 要点归纳 两板间距离 两板正对面积 介电常数 真空εr=1 静电力常量 2.平行板电容器电容的决定式 电容的决定式 C∝εr C∝S C∝ 要点归纳 4.(2023·南平市高二期末)当原来不带电的电容器的两正对极板连接电源时，电容器充电，两极板会分别带上等量异种电荷，如图所示。将一极板沿两板中轴线向外平移一小段距离，则 A.电容器放电 B.电容器的电容变大 C.电容器两极板间电压变大 D.电容器两极板间场强变大 √ 例题 两极板间距离d增加，根据C＝，可知电容器的电容变小，故B错误； 电容器的两正对极板保持连接电源时，电压不变，故C错误； 根据C＝，可知Q减小，因此电容器放电，故A正确； 根据E＝可知，电容器两极板间场强随距离d变大而变小，故D错误。 1.公式C＝和C＝的比较     C＝ C＝ 特点 定义式 决定式 意义 对某电容器Q∝U，但＝C不变， 反映电容器容纳电荷的本领 反映了影响电容大小的因素 适用范围 任何电容器 平行板电容器 总结提升 2.电容器容纳电荷的本领由来量度，由本身的结构(如平行板电容器的εr、S、d等因素)来决定。 总结提升 04 平行板电容器的两类动态问题 1. 两类基本问题 (1) 电容器始终与电源两极相连，让电容器的某一物理量发生变化，求其他物理量的变化。处理原则：电容器上的电压不变。 (2) 电容器和电源连接后再断开，电容器不充、放电而让某一物理量发生变化，求其他物理量的变化。处理原则：电容器的电荷量不变。 2. 平行板电容器动态问题的分析方法 抓住不变量，分析变化量，紧抓三个公式： C＝、E＝和C＝ d增加 E减小 S减小 U不变 E不变 类型一：电容器始终与电源连接，U保持不变。 C减小 Q=CU Q减小 C减小 Q=CU Q减小 3.平行板电容器的两类典型问题基本思路 C＝ E＝ C＝ E＝ 要点归纳 d增加 E不变 S减小 Q不变 E增加 类型二：电容器始终与电源断开，Q保持不变。 C减小 U增大 C减小 U增大 3.平行板电容器的两类典型问题基本思路 C＝ C＝ E＝ E＝ U＝ U＝ 要点归纳 5.(2023·福州市高二期中)如图所示，两块较大的金属板A、B相距为d，平行放置并与一电源相连，S闭合后，两极板间恰好有一质量为m、带电荷量为q的油滴处于静止状态，以下说法正确的是 A.保持开关S闭合，若将B向右平移一小段位移，则油滴 仍然静止，G表中有从b到a的电流 B.保持开关S闭合，若将B向上平移一小段位移，则油滴 向下运动，G表中有从a到b的电流 C.若将S断开，若将B向下平移一小段位移，两极板上的 电势差将减小 D.若将S断开，紧贴B板内侧插入一块一定厚度的云母片， 油滴将向上运动 √ 例题 由题知油滴受到的向上的电场力等于向下的重力。保持开关S闭合，电容器两极板间电压不变，若将B向右平移一小段位移，根据电场强度E＝，可知场强不变，则油滴仍然静止，根据C＝，可知电容减小，由Q＝UC，可知电容器电荷量减少，G表中有从b到a的电流，故A正确； 保持开关S闭合，电容器两极板间电压不变，若将B向上平移一小段位移，根据电场强度E＝，可知场强变大，则油滴向上运动，根据C＝，可知电容增大，由Q＝UC，可知电容器电荷量增大，G表中有从a到b的电流，故B错误； 若将S断开，电容器电荷量不变，若将B向下平移一小段位移，根据C＝，可知电容减小，由U＝，可知两极板上的电势差将增大，故C错误； 若将S断开，电容器电荷量不变，紧贴B板内侧插入一块一定厚度的云母片，根据C＝，可知电容增大，由U＝，可知两极板间的电势差将减小，板间场强减小，油滴将向下运动，故D错误。 电容器 充电 在两个相距很近的平行金属板中间夹上一层绝缘物质 电容 单位：法拉 1F=1C/V 意义：容纳电荷的本领 与电源连接，U保持不变 与电源断开，Q保持不变 放电 课堂小结 谢谢 Lavf58.20.100 Lavf58.20.100 Lavf58.20.100 $