1.8电容器 电容 课件-2025-2026学年高二上学期物理教科版必修第三册

减小两个极板正对。面积。增大针对面积。 观察电容器的充放电现象。实验目的定性观察电容器充放电过程中电流的变化情况。实验器材，电阻箱电流计、导线若干、电容器单刀双掷开关电源。实验原理，这是实验原理图。电解电容器正极接高电势，负极接低电势，开关S接一，观察电容器充电时的电流。开关S接2，观察电容器放电时的电流。现在开始实验，根据实验原理图，连接电路电流计的正负接线柱不要接错，电解电容器的正极要接高电势，负极接低电势，接线过程中开关处于断开状态。电阻箱的电阻设为一万欧姆。将开关向左闭合，给电容器充电，可以观察到电流计指针快速向右偏转，然后向左返回，示数慢慢减小，说明充电时电流流向电容器正极，电容器两端的电压增加，充电电流减小，直至充电完毕，电流计的示数为零。将开关向右闭合，给电容器放电，可以观察到电流计指针快速向左偏转，然后向右返回，示数慢慢变小，说明放电时电流从电容器正极流出，电容器两端的电压减小，放电电流减小，直至放电完毕，电流计的示数为零。现在开始整理器材，注意首先要拆开电源连线，然后再整理其他仪器，所有器材摆放整齐，实验结束。 在两板间插入介质玻璃。拿出来。 拉大两个极板间的距离。减小两极板间的距离。 电容器是电路中最常用的元件之一，电容的种类很多，瓷介电容器、云母电容器、涤纶电容器、纸介电容器，还有可调电容器。那么它的内部构造是怎样的呢？它是怎样装进或倒出电荷的呢？电容器的构造。这是一个拆开的纸质电容器。它有两层导电纸和隔开它们的绝缘纸组成。卷成卷后，两层导电质彼此绝缘，分别用两根导线接在两层导电之上，引出线作为电容器的两个电极。 ·第一章 静电场 High school physics 观察电容器充电和放电现象，了解其能量转换。 知道什么是电容器及平行板电容器的主要构造。 03 01 理解电容的概念及其定义式，能应用其定义式进行简单计算。 02 04 05 了解常见的电容器。 掌握平行板电容器两类动态变化问题的分析方法。 重点 重难点 重难点 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 电 容 器 ↓ 能量来自电容器 人们在使用相机或手机拍照时，若光线不足，相机或手机一般会自动开启闪光灯补充光线。闪光的能量从哪里来的呢？ 手机闪光灯-闪光模式 观察与思考 图中的元件就是这样的“容器” ——电容器。 观察与思考 1.构造：任何两个彼此绝缘又互相靠近的导体都可以看成一个电容器，是储存电荷和电能的元件。 绝缘介质 空气也是绝缘介质 电容器 要点归纳 2.平行板电容器：两块彼此隔开平行放置的金属板构成一个最简单的电容器，叫作平行板电容器。这两块金属板称为电容器的两极。 金属板 绝缘介质 （电介质） 金属板 电路图符号： 要点归纳 3.电容器的电荷量：任意一块极板所带电荷量的绝对值。 ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ － － － － － － ＋Q －Q 它是怎样“装进”和“倒出”电荷的呢？ 要点归纳 (1)充电：把电容器的两个极板与电源的正负极相连，使两个极板上带上等量异种电荷的过程。 U + + + + + + -Q +Q - - - - - - - Q↑、U ↑、E ↑ 稳定后不变 G 电能 电场能 4.充电、放电： 充电是从电源获得能量储存在电容器中 要点归纳 (2)放电：用导线把充电后的电容器的两个极板接通，两个极板上的电荷中和，电容器失去电荷的过程。 + + + + + + Q +Q U G ↓Q↓、U ↓、E ↓ 稳定后均为零 其他 电场能 放电是把电容器中的能量转化为其他形式的能量 要点归纳 (1)电容器只能储存同种电荷。(　　) (2)任何绝缘的物质都能作为电介质。(　　) (3)电容器带电时，两个极板只有一个板上有电荷。(　　) × √ × 辨析 02 电容 常见的电容器 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？ 观察与思考 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 -Q +Q 定义：电容器所带电荷量Q与电容器两极板间的电势差U的比值叫作电容器的电容。 单位：电容的国际单位：法拉，简称：法，用字母F表示，常用的单位还有微法和皮法，1F＝106 μF=1012 pF。 定义式： (比值定义法) Q指一个极板所带电荷量的绝对值 01 02 03 电容 要点归纳 物理意义：描述电容器储存电荷能力的物理量。 由表明，电容器的电容在数值上等于两极板间的电势差为1V时电容器所带的电荷量。 04 05 电容 常见的电容器 (1)分类：从构造上看，可以分为固定电容器和可变电容器两类。 (2)固定电容器有纸质电容器、电解电容器、云母电容器、陶瓷电容器等。 聚苯乙烯电容器 电解电容器 要点归纳 (3)可变电容器由两组铝片组成，固定的一组铝片叫定片，可以转动的一组铝片叫动片。 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。 要点归纳 (4)击穿电压和额定电压 ①击穿电压：加在电容器两极间的电压不能超过某一限度，超过这一限度，绝缘介质将被击穿，致使电容器损坏，这个极限电压叫作击穿电压。 ②额定电压：指电容器正常工作所能承受的最大电压，它比击穿电压要低许多。 (5)电容器符号： 要点归纳 (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)当加在电容器的电压超过额定电压时，电容器将被击穿。(　　) × √ × × 辨析 1.(来自教材)有一电容器，带电荷量为2×10-4 C时，两极板间电势差为200 V。若使其电荷量再增加2×10-4 C，这时它的电容是多少？两极板间的电势差是多少？(假设以上变化过程中两极板间电压均小于击穿电压) 根据C= ，解得C=1×10-6 F 电容由电容器本身决定，若使其电荷量再增加2×10-4 C，此时它的电容不变，仍为1×10-6 F，两极板间的电势差为U'== V=400 V。 答案　1×10-6 F　400 V 例题 2.电容器a、b的带电量Q与电压U的关系图像如图所示，则两电容器的电容Ca、Cb大小关系为 A.Ca=Cb B.Ca<Cb C.Ca>Cb D.Ca=Cb 根据C= 可知Q-U图像的斜率表示电容，由图可知ka>kb，则Ca>Cb，故选C。 √ 电容器电容的另一表达式 如图所示，Q-U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为两板间的电势差，直线的斜率表示电容大 小。因此C=，即电容的大小在数值上等于两极板间的电压增加(或减小)1 V所增加(或减小)的电荷量。 总结提升 03 实验：观察电容器的充放电现象 ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ － － － － － － ＋Q －Q E U (一)实验原理 1.电容器的充电过程：如图所示，当开关S接1时，电容器接通电源，在静电力的作用下自由电子从正极板经过电源向负极板移动，正极板因失去电子而带正电，负极板因获得电子而带负电。正、负极板带等量的正、负电荷。 2.电容器的放电过程：如图所示，当开关S接2时，电容器通过电阻R放电，放电电流由电容器的正极板经过电阻R流向电容器的负极板，电容器正、负极板上电荷发生中和。 R 1 2 G (二)实验器材 小灯泡 导线 (三)实验步骤 2.把单刀双掷开关S接在上面，使接触点1和接触点2连通，观察电容器的充电现象，并将结果记录在表格中。 3.把单刀双掷开关S接在上面，使接触点1和接触点2连通，观察电容器的充电现象，并将结果记录在表格中。 4.记录好实验结果，关闭电源。 1.按图连接好电路 (四)实验记录和分析 实验项目 实验现象 电容器充电 灯泡 灯泡的亮度由 到　　最后 　　　(均填“明” “暗”或“熄灭”) 电流表1 电流表1的读数由　　到　　最后为 　　(均填“大”“小”或“零”) 电容器放电 灯泡 灯泡的亮度由　　到　　最后 　　 (均填“明” “暗”或“熄灭”) 电流表2 电流表2的读数由　　到　　最后为 　　(均填“大”“小”或“零”) 暗 熄灭 大 小 明 暗 熄灭 大 小 零 零 明 (五)注意事项 1.电流表要选用小量程的灵敏电流计。 2.要选择大容量的电容器。 3.实验要在干燥的环境中进行。 4.在做放电实验时，在电路中串联一个电阻(小灯泡)，以免烧坏电流表。 一位同学用电流传感器(相当于电流表)观察电容器放电过程的变化情况得到的I-t图像如图所示，电源电压为直流8 V。 (1)在图中画一个竖立的狭长矩形(在图的最左边)，它的面积的物理意义是什么。 0~0.2 s时间内电路中流过的电荷量。 (2)怎样根据I-t图像估算电容器在全部放电过程中释放的电荷量？试着算一算。 计算图线与横轴间所围的面积，约为41格，Q=3.28×10-3 C。 注意：“面积”的计算：计算格子数，小于半格的舍去，大于半格的算一格。 讨论交流 3.(2024·海南卷)用如图(a)所示的电路观察电容器的充放电现象，实验器材有电源E、电容器C、电压表、电流表、电流传感器、计算机、定值电阻R、单刀双掷开关S1、开关S2、导线若干。 (1)闭合开关S2，将S1接1，电压表示数增大，最后稳定在12.3 V。在此过程中，电流表的示数　　 (填选项标号)。  A.一直稳定在某一数值 B.先增大，后逐渐减小为零 C.先增大，后稳定在某一非零数值 B 电容器充电过程中，当电路刚接通后，电流表示数从0增大到某一最大值，后随着电容器的不断充电，电路中的充电电流在减小，当充电结束电路稳定后，此时电路相当于开路，电流为0。故选B。 例题 (2)先后断开开关S2、S1，将电流表更换成电流传感器，再将S1接2，此时通过定值电阻R的电流方向_____(选填“a→b”或“b→a”)，通过传感器将电流信息传入计算机，画出电流随时间变化的I-t图像，如图(b)，t= 2 s时I=1.10 mA，图中M、N区域面积比为8∶7，可求出R=　　　 kΩ(保留2位有效数字)。  a→b 5.2 根据电路图可知充电结束后电容器上极板带正电，将S1接2，电容器放电，此时通过定值电阻R的电流方向a→b； t=2 s时I=1.10 mA，可知此时电容器两端的电压为U2=IR，电容器开始放电前两端电压为12.3 V，根据I-t图像与横轴围成的面积表示放电量可得0~2 s间的放电量为 Q1=ΔU·C=(12.3-1.10×10-3×R)C 2 s后到放电结束间放电量为 Q2=ΔU'·C=1.10×10-3·RC 根据题意=，解得R≈5.2 kΩ。 如图所示，研究电容器充放电的过程： (1)电容器充电结束时，电容器两端的电压等于电源电压(与R1阻值无关)。 (2)充电的电荷量与放电的电荷量相等，若与电容器串联的电阻阻值增大，充(放)电时间延长。 总结提升 04 平行板电容器及其动态变化 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在实验中的作用是什么？ 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。 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。 (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) Q、S、d不变，插入电介质 结论：电容增大 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。 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 提炼与总结 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.平行板电容器的电容 电容的决定式 提炼与总结 3.平行板电容器的两类动态问题 (1)平行板电容器动态的分析思路 提炼与总结 d增大 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 (2)两类动态分析的比较 介电常数 变化同S 提炼与总结 d增大 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 E不变 介电常数 变化同S 提炼与总结 4.一个平行板电容器充电后，把电源断开，再用绝缘工具把电容器两极板间的距离拉大一些，保持两极板的正对面积不变。则： (1)电容器的电容是否变化？如果变化，是变大还是变小？ 答案　变化　变小 根据C=，电容器两极板间的距离d拉大一些，保持两极板的正对面积S不变，电容变化了，电容变小； 例题 4.一个平行板电容器充电后，把电源断开，再用绝缘工具把电容器两极板间的距离拉大一些，保持两极板的正对面积不变。则： (2)电容器的带电量是否变化？如果变化，是变大还是变小？ 答案　不变　 (2)平行板电容器充电后，把电源断开，电容器电量不变； (3)电容器两板间的电压是否变化？如果变化，是变大还是变小？ 答案　变化　变大 (3)根据U=，电容器两板间的电压变化了，电容器两板间的电压变大。 C=与C=的比较 内容 C= C= 公式特点 定义式 决定式 意义 对某电容器Q∝U，但=C不变，反映了电容器容纳电荷的本领 平行板电容器，C∝εr，C∝S，C∝，反映了影响电容器电容大小的因素 适用范围 任何电容器 平行板电容器 总结提升 5.(2025·遂宁市检测)某同学设计了一个电容式风力传感器，如图所示，将电容器与静电计组成回路。可动电极在风力作用下向右移动，风力越大，移动距离越大。若极板上电荷量保持不变，则风力越大 A.电容器电容越小 B.静电计指针张角越小 C.极板间电场强度越大 D.固定电极电势越高 √ 例题 根据C=，风力越大，两板间的距离d越小，电容器电容C越大，故A错误； 极板上电荷量保持不变，电容越大，根据C=可知，两板之间的电势差越小，静电计指针张角越小，故B正确； 根据C=，E===，即极板间电场强度与距离d无关，电场强度不变，故C错误； 可动电极接地则φ动=0，两极板之间的电势差U=φ固-φ动=φ固-0=φ固，由于风力越大，两极板之间的电势差越小，则固定电极的电势越低，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 本 课 结 束 Keep Thinking! Lavf59.27.100 Lavf58.20.100 Lavf58.20.100 Lavf58.20.100 $电容器的充电和放电。电容器在电路中的一个主要用途就是储存电荷。把电容器的两个电极分别接到电池的两个电极上稍，等一会儿电容器带上了电荷，这是给电容器的充电过程。把充好电的电容器的两极接到一个电灯泡上，小灯泡闪亮发光，电容器把充好的电放掉，这叫做电容器的放电。