4.电容器的电容 第1课时 电容器的电容-【金版新学案】2025-2026学年高中物理必修第三册同步课堂高效讲义配套课件（人教版）

该高中物理课件聚焦“电容器的电容”，涵盖电容器概念、充放电过程、电容定义式及平行板电容器决定因素，通过情境导入问题（充放电能量转化）、水杯容积类比等学习支架，衔接静电场能量与电势差知识，构建完整认知脉络。 其亮点在于以实验探究（如静电计观察电势差变化）落实科学探究素养，通过定义式与决定式辨析、动态问题四步分析培养科学思维，结合分层例题与测评，助力学生深化物理观念，教师可高效开展概念教学与能力训练。

第1课时　电容器的电容 　　　　 第十章　4．电容器的电容 1．知道电容器的概念，通过实验观察电容器的充、放电现象。 2．理解电容的概念，掌握电容的定义式、单位，并会进行简单的计算。 3．通过实验了解影响平行板电容器电容大小的因素，会分析电容器的动态变化问题。 素养目标 知识点一　电容器　电容 1 知识点二　平行板电容器　常用电容器 2 内容索引 课时测评 3 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 知识点一　电容器　电容 返回 情境导入　把电容器的两个极板分别与电池两极相连，对电容器进行充电，该过程中能量是如何转化的？把电容器两极相接，使电容器放电，该过程中能量是如何转化的？ 提示：电容器充电过程中电池的化学能转化为电容器中储存的能量；电容器放电过程中电容器中储存的能量转化为电路中其他形式的能量。 自主学习 教材梳理　(阅读教材P38－P41，完成下列填空) 1．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)充电、放电：使电容器两个极板分别带上______________，这个过程叫作充电。使电容器两极板上的电荷______，电容器不再带电，这个过程叫作放电。 (3)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；放电是把电容器中储存的______通过电流做功转化为其他形式的能量。 (4)电容器所带的电荷量：其中一个极板所带_______的绝对值。 绝缘 等量异种电荷 中和 能量 电荷量 2．电容 (1)定义：电容器所带的_________与电容器两极板之间的________之比。 (2)定义式：______。 (3)单位：电容的国际单位是______，简称法，符号为___，常用的单位还有______(μF)和______(pF)，1 F＝____μF＝_____pF。 电荷量Q 电势差U 法拉 F 微法 皮法 106 1012 C＝ (4)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间的电势差为_____时电容器需要带的电荷量。 (5)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。 1 V 击穿 师生互动　图甲是一个水杯，众所周知，我们用水杯的容 积表征水杯容纳水的本领。图乙是照相机的电子闪光灯的 重要部件电容器，电容器是容纳电荷的一种装置。思考以 下问题： 任务1．我们如何表征电容器容纳电荷的本领呢？ 提示：用电容表示电容器容纳电荷的本领。 任务2．电容器所带的电荷量越大，容纳电荷的本领一定越大，这种说法对吗？ 提示：不对。容纳电荷的本领用电容来描述，电容器的电容由电容器的特性决定，与电容器所带的电荷量无关。 课堂探究 探究归纳　 1．电容器的充、放电过程中，电路中有电流，电路稳定时，电路中没有电流。 2．C＝ 是电容的定义式，是用比值定义法定义电容，C的大小与Q、U无关，只跟电容器本身有关，当Q＝0时，U＝0，而C并不为零。 3．对Q-U图像的理解 如图所示，Q-U图像为一条过原点的倾斜直线，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，可以看出，电容器的电容也可以表示为C＝，即电容器电容的大小在数值上等于两极板间的电压增加(或减少)1 V时所需增加(或减少)的电荷量。 角度1　电容器与电容的理解 (多选)下列关于电容器和电容的说法中，正确的是 A．根据C＝可知，电容器的电容与其所带电荷量成正比，与两板间的电势差成反比 B．对于确定的电容器，其所带的电荷量与两板间的电势差(小于击穿电压且不为零)成正比 C．无论电容器两板间的电势差(小于击穿电压且不为零)如何变化，它所带的电荷量与电势差比值不变 D．电容器的电容是表示电容器容纳电荷本领的物理量，其大小与两板间的电势差无关 √ √ 例1 √ C＝是电容的定义式，利用的是比值定义法，反映了电容器本身的性质，C与U、Q无关，不能说电容与其所带电荷量成正比，与两板间的电势差成反比，A错误；对于确定的电容器，C一定，由Q＝CU可知，Q与U成正比，B正确；电容器所带电荷量与电势差的比值等于电容，电容与电荷量、电势差无关，所以无论电容器两板间的电势差(小于击穿电压且不为零)如何变化，它所带的电荷量与电势差比值不变，C正确；电容器的电容是表示电容器容纳电荷本领的物理量，由电容器本身决定，与两板间电势差无关，D正确。故选BCD。 针对练．对于某一电容器，下列说法正确的是 A．电容器所带的电荷量越多，电容越大 B．电容器两极板间的电势差越大，电容越大 C．电容器所带的电荷量增加一倍，两极板间的电势差也增加一倍 D．电容器两极板间的电势差减小到原来的，它的电容也减小到原来的 √ 电容器的电容跟电容器两板间的电势差以及电容器所带电荷量的多少无关，根据公式C＝可知，电容器所带的电荷量增加一倍，两极板间的电势差也增加一倍。故选C。 角度2　电容器的计算 (多选)某电容器上标有“25 μF　450 V”字样，则下列对该电容器的说法中正确的是 A．要使该电容器两极板之间电压增加1 V，所需增加的电荷量为2.5×10-5 C B．要使该电容器带电荷量为0.01 C，两极板之间需加电压2.5×10-6 V C．该电容器正常工作时能够容纳的电荷量最多为2.5×10-5 C D．该电容器正常工作时能够承受的最大电压为450 V √ √ 例2 由题可知，该电容器的电容为25 μF，则由C＝可知，要增加1 V的电压，需要增加的电荷量ΔQ＝CΔU＝25×10-6×1 C＝2.5×10-5 C，A正确；由Q＝CU可知，要使该电容器带0.01 C的电荷量，两极板之间需加电压U＝ ，C错误；电容器的额定电压为450 V，即该电容器在正常工作时能够承受的最大电压为450 V，D正确。故选AD。 针对练．一个平行板电容器，使它每个极板所带电荷量从Q1＝3×10-5 C增加到Q2＝3.6×10-5 C时，两极板间的电势差从U1＝10 V增加到U2＝12 V。 (1)求这个电容器的电容。 答案：3×10-6 F　 由电容器的电容定义式C＝可知Q＝CU 当电荷量为Q1时，Q1＝CU1 当电荷量为Q2时，Q2＝CU2 显然Q2－Q1＝C(U2－U1) 即C＝ F＝3×10-6 F。 (2)如要使两极板电势差从U1＝10 V降到U2′＝6 V，则每个极板需减少多少电荷量？ 答案：1.2×10-5 C 当两极板间电势差从10 V降到6 V时，每个极板应减少的电荷量为ΔQ＝CΔU＝3×10-6×(10－6) C＝1.2×10-5 C。 返回 知识点二　平行板电容器　常用电容器 返回 教材梳理　(阅读教材P41－P42，完成下列填空) 1．平行板电容器的电容 (1)结构：由两个平行且彼此绝缘的金属板构成。 (2)电容的决定因素：电容C与两极板间电介质的相对介电常数εr成_____，与极板的正对面积S成______，与极板间的距离d成______。 (3)电容的决定式：C＝ ______ ，εr为电介质的相对介电常数，k为静电力常量。当两极板间是真空时，C＝ ______ 。 自主学习 正比 正比 反比 2．常用电容器 (1)分类：从构造上看，可以分为______电容器和______电容器两类。 (2)固定电容器：固定电容器的电容是__________的。常用的有__________电容器和______电容器。 (3)可变电容器由两组铝片组成，它的电容是可以改变的。固定的一组铝片叫作______，可以转动的一组铝片叫作______。转动动片，使两组铝片的_________发生变化，电容就随着改变。 固定 可变 聚苯乙烯 电解 定片 动片 正对面积 固定不变 师生互动　平行板电容器由两块平行放置的金属板组成。利用平行板电容器进行如下实验： 任务1．如图1所示，保持Q和d不变，减小两极板的正对面积S，观察电势差U(静电计指针偏角)的变化，依据C＝，分析电容C的变化。 提示：S减小，电势差U增大，电容C减小。 课堂探究 任务2．如图2所示，保持Q和S不变，增大两极板间的距离d，观察电势差U(静电计指针偏角)的变化，依据C＝，分析电容C的变化。 提示：d增大，电势差U增大，电容C减小。 任务3．如图3所示，保持Q、S、d不变，插入电介质，观察电势差U(静电计指针偏角)的变化，依据C＝，分析电容C的变化。 提示：插入电介质，电势差U减小，电容C增大。 探究归纳　 1．C＝ 与C＝ 的比较 (1)C＝ 是电容的定义式，对某一电容器来说，Q∝U，但C＝ 不变，反映了电容器容纳电荷本领的大小。 (2)C＝是平行板电容器电容的决定式，C∝S，C∝，反映了影响电容大小的因素。 2．电容器动态变化问题的分析步骤 (1)明确电容器与电源的连接情况，从而确定是电压不变还是电荷量不变。 (2)由C＝，确定C的变化。 (3)由C＝ ，确定Q或U的变化。 (4)由E＝ ＝，确定E的变化。 3．平行板电容器的两类典型问题 典型问题 两极板间电压保持不变 两极板电荷量保持不变 电路特点 平行板电容器始终连接在电源两端 平行板电容器充电后，切断电源，并保持两极板绝缘 电容的决定因素 由C＝∝可知：C随d、S、εr的变化而变化 Q或U的决定因素 由Q＝CU＝·U∝可知： Q随d、S、εr的变化而变化 由U＝∝可知：U随d、S、εr的变化而变化 E的决定因素 由E＝∝可知： (1)E与S、εr的变化无关； (2)E随d的变化而变化 由E＝∝可知： (1)E与d的变化无关； (2)E随S、εr的变化而变化 (多选)(2025·云南曲靖期末)如图所示，平行板电容器与直流电源连接，下极板接地，闭合开关K，稳定时一带电的油滴静止于两极板间的P点，则下列说法正确的是 A．油滴带负电 B．保持开关K闭合，减小两板间距离，电流表 中电流方向为a→b，油滴向上运动 C．保持开关K闭合，减小两板正对面积，电流表中电流方向为b→a，油滴向下运动 D．将开关K断开，减小两板间距离，静电计指针张角变小，油滴静止不动 √ √ 例3 对油滴受力分析可知，油滴受到的静电力竖直向 上，与板间场强方向相反，则油滴带负电，故A 正确；保持开关K闭合，极板间电压保持不变， 减小两板间距离，根据C＝，可知电 容增大，电容器所带电荷量增大，则电流表中电流方向为b→a，根据E＝可知板间场强变大，油滴受到的静电力变大，油滴向上运动，故B错误；保持开关K闭合，极板间电压保持不变，减小两板正对面积，电容减小，电容器所带电荷量减小，则电流表中电流方向为a→b，板间场强不变，油滴受力不变，油滴静止不动，故C错误；将开关K断开，电容器所带电荷量不变，减小两板间距离，电容增大，两极板间电压变小，则静电计指针张角变小，板间场强不变，油滴受力不变，油滴静止不动，故D正确。故选AD。 针对练1．(多选)(2025·湖南邵阳期末)如图为某同学采用平行板电容器测量材料竖直方向尺度随温度变化的装置示意图，电容器上极板固定，下极板可随材料尺度的变化上下移动，两极板间电压不变。若材料温度降低时，极板上所带电荷量变少，则 A．被测材料竖直方向尺度减小 B．极板间电场强度不变 C．极板间电场强度变小 D．电容器的电容变大 √ √ 两极板间电压不变，若材料温度降低时，极板上所带电荷量变少，根据C＝可知，电容器的电容C减小，故D错误；根据C＝可知，两板间距d变大，则被测材料竖直方向尺度减小，故A正确；根据E＝可知，极板间电场强度变小，故B错误，C正确。故选AC。 针对练2．(多选)(2025·天津河东区高二上学期期末)如图所示，一平行板电容器两极板a、b分别与电池两极相连，开始时开关S闭合，一个带电液滴悬浮在两极板正中间的P点。断开开关，将b板向下平移一小段距离，稳定后，下列说法中正确的是 A．电容器的电容增大 B．液滴带负电 C．液滴向下运动 D．P点电势升高，液滴在P点的电势能减少 √ √ 由C＝可知，当下极板向下移动一小段距离时，d增大， C变小，故A错误；开关闭合时，带电液滴在静电力与重力 共同作用下，处于静止状态，可知液滴受到向上的静电力， 且上极板带正电，所以液滴带负电，故B正确；断开开关， 电容器所带电荷量不变，当下极板向下移动一小段距离时，根据E＝可知，电场强度不变，所以液滴保持不动，故C错误；电场强度不变，根据U＝Ed可知，当下极板向下移动一小段距离时，P与下极板距离增大，电势差增大，下极板电势为零，所以P点电势升高，由于液滴带负电，所以液滴在P点时电势能减小，故D正确。故选BD。 课堂回眸 返回 课时测评 返回 1．(多选)下列关于电容的说法正确的是 A．电容是反映电容器容纳电荷本领的物理量 B．电容器A的电容比B的大，说明A所带电荷量比B多 C．电容在数值上等于使两极板间的电势差为1 V时电容器所带的电荷量 D．由C＝知，若电容器两极板间电压为10 V，极板所带电荷量为2×10-5 C，则电容器电容大小为5×105 F √ √ 基础排查 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 电容反映电容器容纳电荷本领的大小，A正确；电容器A的电容比B的大，只能说明电容器A容纳电荷的本领比B的强，与所带电荷量多少无关，B错误；根据电容的定义式可知，C正确；电压为10 V，电荷量为2×10-5 C，电容C＝＝2×10-6 F，D错误。故选AC。 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 2．下列四幅图中，能正确描述电容器充电时电荷量Q、电压U、电容C之间关系的是 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 电容器的电容由电容器本身决定，与所带电荷量、两板间的电压无关，故A、B错误；根据C＝可得Q＝CU，可知Q-U图像为过原点的倾斜的直线，故C正确；根据C＝可得U＝·Q，可知U-Q图像为过原点的倾斜的直线，故D错误。故选C。 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 3．一个电容器所带电荷量为Q时，两极板间电压为U，若使其所带电荷量增加4.0×10-7 C时，两极板间的电势差增加20 V，则它的电容为 A．1.0×10-8 F B．2.0×10-8 F C．4.0×10-8 F D．8.0×10-8 F C＝ F＝2.0×10-8 F。故选B。 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 4．如图为某一电容器中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，对该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．该电容器所带电荷量的变化量为0.2 C 由Q＝CU可知，U降低，则Q减小，故为放电过程，A错误，B正确；C＝ F＝5×10-3 F，C错误；ΔQ＝CΔU＝5×10-3×4 C＝0.02 C，D错误。故选B。 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 5．(2025·安徽黄山高二上期末)如图所示，指纹采集装 置中的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，若每个电容器的电压保持不变，则在指纹采集过程中，下列说法正确的是 A．指纹的凸点处与对应的小极板距离较近，该小极板所带电荷量较小 B．指纹的凹点处与对应的小极板距离较远，该小极板所带电荷量较小 C．指纹的凸点处与对应的小极板距离较近，该位置的电容小 D．指纹的凹点处与对应的小极板距离较远，该位置的电容大 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 根据平行板电容器电容的决定式C＝可知，指纹的凸点处与对应的小极板距离较近，该位置的电容大，指纹的凹点处与对应的小极板距离较远，该位置的电容小，故C、D错误；根据C＝，指纹的凸点处与对应的小极板距离较近，该小极板所带电荷量较大，指纹的凹点处与对应的小极板距离较远，该小极板所带电荷量较小，故A错误，B正确。故选B。 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 6．(2025·河北承德高一下期末)平行板电容器的两板A、B接于电池两极，一个带电小球用轻质绝缘细线悬挂在电容器内部，闭合开关S，电容器充电，小球最终静止不动，如图所示。若要使细线偏离竖直方向的夹角增大一些，则下列方法可行的是 A．将S断开，再将A板向右移一些 B．将S断开，再将A板向左移一些 C．保持S闭合，将B板向下移一些 D．保持S闭合，将B板向左移一些 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 断开开关S，电容器所带的电荷量不变，根据E＝ ，可得E＝，改变两板A、B间距离，E不变， 小球所受的静电力不变，θ不变，细线偏离竖直方向的夹角 不变，故A、B错误；保持开关S闭合，将B板向下移一些， 电容器两端间的电势差不变，板间距离也不变，则板间场强不变，小球所受的静电力不变，θ不变，细线偏离竖直方向的夹角不变，故C错误；保持开关S闭合，电容器两端间的电势差不变，将B板向左移一些，极板间距离减小，根据E＝，可知电场强度E变大，小球所受的静电力变大，θ增大，细线偏离竖直方向的夹角增大，故D正确。故选D。 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 7．(2025·上海市建平中学月考)某种不导电溶液的相对介电常数εr与浓度的cm关系曲线如图(a)所示，将平行板电容器的两极板全部插入该溶液中，并与恒压电源、电流表等构成如图(b)所示的电路，闭合开关S后，若降低溶液浓度，则 A．电容器的电容减小 B．电容器所带的电荷量增大 C．电容器两极板之间的电势差增大 D．电容器左侧极板带负电荷 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 降低溶液浓度，不导电溶液的相对介电 常数增大，根据平行板电容器电容的决 定式C＝，可知电容器的电容增大， 故A错误；溶液不导电，没有形成闭合 回路，电容器两极板之间的电势差等于电源电动势，保持不变，根据Q＝CU，可知电容器所带的电荷量增大，故B正确，C错误；电容器左侧极板与电源正极相连，带正电荷，故D错误。故选B。 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 8．(2025·江苏南京高一下期末)某同学设计了一个电容式风力传感器，如图所示，将电容器与静电计相连接，P点为极板间的一点。可动电极在风力作用下向右移动，风力越大，移动距离越大(可动电极不会到达P点)。若极板上电荷量保持不变，则下列说法正确的是 A．风力越大，电容器的电容越小 B．风力越大，极板间电场强度越大 C．风力越大，P点的电势越小 D．静电计指针张角不变 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 根据C＝，可知风力越大，极板之间间距越 小，电容器的电容越大，故A错误；E＝， 极板上电荷量保持不变，则电场强度不变，故B错 误；左极板接地，电势为0，设P与左极板间距为 x，则有φP＝UP左＝Ex，结合上述，风力越大，电场强度不变，x越小，则P点的电势越小，故C正确；极板间距减小，电容器的电容增大，电荷量不变，则极板之间的电压减小，则静电计指针张角减小，故D错误。故选C。 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 9．(多选)(2025·天津南开区期末)如图所示的电路中， 平行板电容器C的下极板接地，当开关S处于闭合状 态时，一带电油滴恰能静止在电容器中的P点。下列 说法正确的是 A．油滴带负电 B．断开开关，油滴将向下运动 C．在开关闭合时向下移动滑动变阻器的滑片，油滴仍静止 D．断开开关，将电容器的上极板向上移一些，P点的电势降低 √ √ 综合应用 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 由题图可知，极板间场强方向竖直向下，带电油滴处于 静止状态，受到的静电力方向竖直向上，可知油滴带负 电， A正确；将开关断开，极板所带电荷量保持不变， 极板间电压不变，板间场强不变，油滴仍处于静止状态， B错误；在开关闭合时向下移动滑动变阻器的滑片，极 板间电压不变，板间场强不变，油滴仍处于静止状态，C正确；断开开关，将电容器的上极板向上移一些，极板所带电荷量不变，根据E＝可知，电场强度不变，设P点距下极板的间距为x，P点和下极板的电势差为UP下＝φP－0＝Ex，因为P点距下极板的间距不变，电场强度不变，故P点的电势不变，D错误。故选AC。 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 10．一平行板电容器充电后与电源断开，负极板 接地。两板间有一个正试探电荷固定在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，Ep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的过程中，各物理量与负极板移动距离x的关系图像中可能正确的是 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 当负极板右移时，d减小，由C＝可知， C与d成反比，C-x图像不可能为一次函数图 像，A错误；E＝，故E与x无 关，B错误；因负极板接地，设P点原来与 负极板的距离为l，则P点的电势φ＝E(l－x)，C正确；电势能Ep＝qφ＝qE(l－x)，Ep-x图像不可能为水平线，D错误。故选C。 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 11．(多选)如图所示，一平行板电容器的两极板与一电压恒定的电源(图中未画出)相连，极板水平放置，极板间距为D，在下极板上叠放一厚度为d的金属板A，d<D，其上部空间有一带负电的粒子P静止在电容器中，当把金属板从电容器中快速抽出后，粒子P开始运动，已知重力加速度为g。则下列判断正确的是 A．电容器的电容变大 B．两板间的电场强度不变 C．上极板所带电荷量变小 D．粒子运动的加速度大小为g √ √ 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 由题意可知电容器两极板之间的电压U不变，当把 金属板从电容器中快速抽出后，极板间距增大，电 容减小，极板所带电荷量减小，两板间的电场强度 原来为 E＝，现在为E′＝，则电场强度变小， 故A、B错误，C正确；粒子之前静止，有mg＝q，现在加速，有mg－q＝ma，联立解得a＝g，故D正确。故选CD。 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 12．(16分)如图所示，一平行板电容器接在U＝12 V的直流电源上，电容C＝3.0×10-10 F，两极板间距离d＝1.20×10-3 m，g取10 m/s2。 (1)求该电容器所带电荷量； 答案：3.6×10-9 C　 由C＝得Q＝CU＝3.0×10-10×12 C＝3.6×10-9 C。 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 (2)若板间有一带电微粒，其质量m＝2.0×10-3 kg，恰在板间处于静止状态，则该微粒带何种电荷？电荷量为多少？ 答案：负电荷　2.0×10-6 C 该带电微粒恰在极板间静止，受到竖直向下的重力和竖直向上的静电力，由题意可知两极板间的电场方向竖直向下，所以该微粒带负电荷； 则有qE＝mg，又E＝ 解得q＝ C＝2.0×10-6 C。 返回 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 谢 谢 观 看 第十章　静电场中的能量 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 $