10.4 电容器的电容 导学案-2025-2026学年高二上学期物理人教版必修第三册

固安一中导学案—化学（选修5） 编制人：刘艳仿 审核人 ：毕增文 授课时间： 固安一中高二物理导案——电容器的电容 学必习，习必熟，熟必久 编制人：宫晓菲 2025.09 第十章 电能 能量守恒定律 第4节 电容器的电容 预习部分 1.阅读绘本：莱顿瓶：人类史上首个能“装电”的发明 大家好！今天要带大家认识一个改变人类对电学认知的关键发明——它是人类历史上最早能储存电荷的装置，没错，就是“莱顿瓶”。它的诞生，藏着一段充满意外与探索的科学故事，咱们从头说起。 时间回到18世纪中期，那时候科学家们已经能通过摩擦玻璃棒之类的方法产生电荷了，但有个大难题一直卡着大家——电荷这东西太“调皮”，一产生就容易流失，根本没法长时间保存。这可把不少学者急坏了，包括咱们熟悉的美国科学家富兰克林，大家都在拼命找能“留住”电荷的办法。 转机出现在1745年，荷兰莱顿大学的物理学教授马森布罗克，做了一个改变历史的实验。他用一根金属丝连接起能产生电荷的起电机，金属丝另一头插进一个装着水的玻璃瓶里，自己则用手拿着这个玻璃瓶。结果实验中，他不小心让另一只手碰到了金属丝——瞬间，一股强烈的电击感传来，这是他从来没体验过的“电荷冲击”！马森布罗克一下子意识到：玻璃瓶和里面的水，居然能“存住”电荷！这就是莱顿瓶最早的雏形。 后来，马森布罗克又对这个装置做了改进：他在玻璃瓶的内壁和外壁都贴上了金属箔，代替原来的水和手的金属接触；瓶内的金属箔还连了一根金属棒，棒的顶端做成球形，这样接收电荷就更方便了。因为这个能有效储存电荷的装置，最早是在莱顿大学被系统研究的，所以人们给它起名叫“莱顿瓶”。 别小看这个瓶子，它的发明可是给电学研究开了“绿灯”！有了它，科学家第一次能真正“掌控”电荷——既能储存电荷，还能研究电荷的性质，甚至能通过放电看到明显的电火花。后来富兰克林做的那个著名“风筝实验”，就是用莱顿瓶收集雷电中的电荷，最终证明了雷电和咱们摩擦产生的电，本质是一样的。这不仅刷新了人类对电的认知，也为之后避雷针的发明打下了坚实基础。 2.阅读课本38-42页 预习任务一： 阅读资料后根据老师提供的材料，小组讨论制作一个能够储存电荷的容器。 塑料瓶若干、金属罐若干、纸杯若干、玻璃杯若干、不锈钢碗若干、食盐若干袋、铝箔纸、铝箔胶带、铜箔胶带、透明胶带、双面胶、硬卡纸 预习任务二： 自研教材 梳理必备知识 一、电容器 1．基本构造：任何两个彼此 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：由两个相距很近的平行 中间夹上一层绝缘物质组成。 3．电介质：两极板间夹的 物质。 4．充电、放电：使电容器两个极板分别带上 ，这个过程叫充电。使电容器两极板上的电荷 ，电容器不再带电，这个过程叫放电。 5．从能量的角度区分充电与放电：充电是从电源获得能量储存在电容器中，放电是把电容器中的 转化为其他形式的能量。 二、电容 1． 定义：电容器所带的 与电容器两极板之间的 之比。 2．电容器的电荷量：其中 极板所带电荷量的绝对值。 3．定义式： 。 4．单位：在国际单位制中，电容的单位是 ，简称法，符号为 ，常用的单位还有 和 ，1 F＝ μF＝ pF。 5．物理意义：电容器的电容是表示电容器容纳电荷本领的物理量，在数值上等于使两极板之间的电势差为 时，电容器所带的电荷量。 6．击穿电压与额定电压 (1)击穿电压：电介质不被 时加在电容器两极板上的极限电压，若电压超过这一限度，电容器就会损坏。 (2)额定电压：电容器外壳上标的工作电压，也是电容器正常工作所能承受的最大电压，额定电压比击穿电压低。 三、平行板电容器的电容 1.公式：C＝ ，其中 是电介质的相对介电常数， 是两极板的正对面积， 是静电力常量， 是两极板间的距离。 2．决定因素：平行板电容器的电容与两极板的 成正比，与 成反比，与两极板间电介质的 成正比。 四、常用电容器 1.类别：从构造上看，电容器可分为两类，即 电容器和 电容器。 2．固定电容器：电容不变的电容器，如聚苯乙烯电容器、陶瓷电容器、电解电 容器等。 3．可变电容器：可变电容器由定片和动片组成。转动动片，使两极板的 发生变化，电容就随着改变。 五、辨易错 (1)电容器充电后，电容器两个极板所带的电荷为同种电荷。( ) (2)电容器就是容纳电荷的一种装置。( ) (3)电容器的电容越大，所带电荷量就越多。( ) (4)电容是表示电容器容纳电荷本领大小的物理量，由电容器本身决定。( ) (5)平行板电容器间插入电介质时电容变大。( ) 课堂学案 第一部分：预习检测 一、电容器 1. 认识电容器 （1） 电容器结构什么样的？ （2） 电解质可以是什么物质？ （3） 平行板电容器的结构是什么样的？ 2. 拆解电容器——观察电解电容器结构 3. 自制电容器 你的电容器能储存电荷吗？ 第二部分：探究电容器的电容 探究实验一：电容器Q与U的关系 U/v Q/C 1.5 3.0 4.5 6.0 1、 电容 1.定义： 2.公式： 3.单位： 4.物理意义： 思考：电容C与电荷量Q成正比与电压U成反比吗？ 二、平行板电容器的决定因素 探究实验二：探究电容与S、d的关系 油纸 S 25 50 100 50 25 100 100 100 100 d 1 1 1 1 1 2 4 8 1 C 1.平行板电容器的电容C= 其中：k为 ；S为 ； d为 ；εr为 。 作业 第一项：实践作业： 用老师所提供的材料改进或重新制作电容器，给电容器充电并用电容器点亮LED灯。 9V电池、电池盒、导线、硬纸板、铜箔胶带、铝箔胶带、透明胶带。双面胶、锡箔纸、硬纸板。 第二项：高效课时作业 一、基础专练 1．下列关于电容器和电容的说法中，错误的是( ) A．电容器的电容是表示电容器容纳电荷本领大小的物理量，其大小与加在两板上的电压无关 B．对于确定的电容器，其带的电荷量与两板间的电压(小于击穿电压且不为零)成正比 C．对于确定的电容器，恒定 D．公式C＝和C＝适用于任何形状的电容器 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，对电容器来说，下列说法正确的是( ) 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 3．下列有关电容器相关知识的描述正确的是( ) A．图甲为电容器充电示意图，充电完成后电容器上极板带正电，两极板间的电势差等于电源电压 B．图乙为电容器放电示意图，放电过程中电流大小保持不变 C．图丙为电解电容器的实物图及其符号，图丁为可变电容器及其符号，两种电容器使用时都要严格区分正负极 D．图戊中的电容器上有“5.5 V　1.0 F”字样，说明该电容器只有两端加上5.5 V的电压时电容才为1.0 F 4.据报道，我国每年心源性猝死案例高达55万，而心脏骤停最有效的抢救方式是尽早通过AED自动除颤机给予及时治疗。某型号AED模拟治疗仪器的电容器电容是15μF，充电至9kV电压，如果电容器在2ms时间内完成放电，则下列说法正确的是（       ） A．电容器放电过程的平均电流强度为67.5A B．电容器的击穿电压为9kV C．电容器充电后的电量为135C D．电容器充满电的电容是15μF，当放电完成后，电容为0 5.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． 二、综合提能　 6．如图所示，平行板电容器两极板与电压为U的电源两极连接，极板的间距为d；现有一质量为m的带电油滴静止在极板间，重力加速度为g，则( ) A．油滴带正电 B．油滴带电荷量为 C．将下极板向下缓慢移动一小段距离，油滴将立即向上运动 D．增大极板间电压，油滴将加速下落 7．如图所示，在平行板电容器间悬挂一质量为m、带电荷量为Q的小球，当给电容器充上nQ的电荷量后，小球在图示位置保持平衡，小球与竖直方向的夹角为θ，已知电容器两极板间的距离为d，重力加速度为g。试求电容器的电容及电容器两极板间的电压(n≫1)。 三、高阶突破 8．如图所示，充电后的平行板电容器水平放置，电容为C，极板间的距离为d，上极板正中间有一小孔。质量为m、带电荷量为＋q的小球从小孔正上方高h处由静止开始下落，穿过小孔到达下极板时速度恰好为零(空气阻力忽略不计，极板间电场可视为匀强电场，重力加速度为g)，求： (1)小球到达小孔处的速度大小； (2)极板间电场强度的大小和电容器所带的电荷量； (3)小球从开始下落至运动到下极板处的时间。 第三项：预习部分 1.阅读课本41页“拓展学习” 2.微思考 如图所示，指纹传感器在一块半导体基板上有大量相同的小极板，外表面绝缘。当手指的指纹一面与绝缘表面接触时，由于指纹凸凹不平，凸点处与凹点处分别与半导体基板上的小极板形成一个个正对面积相同的电容器，指纹的凸点处与小极板距离近，指纹的凹点处与小极板距离远，哪种情况下电容大？ 3.平行板电容器的两类动态问题 (1)平行板电容器的特点 ①带电特点：两极板带 电荷，分布在两极板相对的 侧。 ②电场特点：两极板间形成 电场(不考虑边缘效应)，电场强度大小E＝ ，方向始终 于极板。 (2)总结两类动态问题的分析思路 -1- 第 1 页 共 1 页 学科网（北京）股份有限公司 $