2.5 科学探究：电容器（PPT同步课件）-【学而思】2026-2027学年高二物理必修第三册（鲁科版）

该高中物理课件聚焦电容器主题，涵盖充放电现象观察、电容定义、平行板电容器及应用，通过实验导入，从电流电压变化现象到电容概念建构，形成“现象-概念-应用”的学习支架。 其亮点在于以科学探究为核心，通过实验步骤、数据表格分析培养证据意识，结合知识辨析和动态问题讲解深化科学思维，如平行板电容器两类动态问题的公式推理。助力学生形成物理观念，教师可高效开展实验教学与概念辨析。

第5节　科学探究:电容器 　 1.电容器:能储存电荷的电学元件。 2.平行板电容器:两块彼此绝缘的平行金属板组成的最简单的电容器。 3.实验目的 (1)通过观察,了解电容器在充电和放电的过程中,两极板间电压和电路中电流的变化。 (2)判断电容器在充电和放电的过程中,两极板储存电荷量的变化。 4.实验器材 电解电容器、直流电源、电流计、电压表、电阻、单刀双掷开关、导线。 知识点 1 观察电容器的充、放电现象 知识 清单破 第1讲　描述运动的基本概念 5.实验原理与设计 实验电路如图所示。当开关拨到位置“1”时,电源E对电容器充电;当开关拨到位置“2” 时,电容器放电。在充电和放电过程中,利用电流计观察电路的电流大小和方向的变化,利用 电压表观察电容器两极板间电压的变化,进而判断电容器两极板储存电荷量的变化。   6.实验步骤 (1)按照实验电路图连接电路。 (2)把单刀双掷开关S接1,观察电容器的充电现象,并将结果记录在表格中。 第1讲　描述运动的基本概念 (3)把单刀双掷开关S接2,观察电容器的放电现象,并将结果记录在表格中。 (4)记录好实验结果,关闭电源。 7.数据分析 将测量的信息填入设计的表格中,分析观察到的现象并得出结论。 实验记录和分析: 第1讲　描述运动的基本概念 实验项目 实验现象 电容器 充电 电流计 电流计的读数由大到小最后 为零 电压表 电压表的读数由小到大最后 恒定 电容器 放电 电流计 电流计的读数由大到小最后 为零 电压表 电压表的读数由大到小最后 为0 第1讲　描述运动的基本概念 8.实验结论 电容器的充电过程,在充电开始时电流比较大,以后随着极板上电荷的增多,电流逐渐减小,当 电容器两极板间电压等于电源电压时电荷停止移动,电流I=0。 电容器的放电过程,放电开始电流较大,随着两极板上的电荷量逐渐减小,电路中的电流逐渐 减小,两极板间的电压也逐渐减小到零。 9.注意事项 (1)电压表和电解电容器正、负极不能接反,以免损坏。 (2)连接电路时,开关要断开,避免短路。 (3)合理选择量程,避免充电电流超过电流计量程。 第1讲　描述运动的基本概念 1.电容 (1)定义:电容器所带的电荷量Q与电容器两极板间的电压U的比值,叫作电容器的电容。 (2)公式:C= 。 (3)电容是表示电容器容纳电荷本领的物理量,在数值上等于两极板间的电势差为1 V时,电容 器所带的电荷量。 (4)单位:法拉,简称法,符号F,还有微法(μF)和皮法(pF)。关系:1 F=106 μF=1012 pF。 2.平行板电容器 (1)构成:平行板电容器由靠得很近、相互平行,中间有绝缘物质的两片金属板组成。 (2)决定因素:平行板电容器的电容C与相对介电常数εr成正比,与两极板的正对面积S成正比, 与两极板间的距离d成反比。 (3)平行板电容器电容的决定式:C= ,其中k为静电力常量。 知识点 2 电容器的电容 第1讲　描述运动的基本概念 1.分类 (1)按电介质分类:空气电容器、陶瓷电容器、云母电容器、电解电容器等。 (2)按电容是否可变分为:可变电容器、固定电容器。 2.电容器的额定电压和击穿电压 (1)额定电压(或标称电压):电容器能够安全工作的最大电压。 (2)击穿电压:加在电容器两极板上的电压不能超过某一限度,超过这个限度,电介质将被击穿, 电容器损坏,这个极限电压称为击穿电压。 3.应用:照相机的电子闪光灯、测量水位的变化、高能物理实验或工程、驻极体话筒等。 知识点 3 常见电容器及其应用 第1讲　描述运动的基本概念 知识辨析 判断正误,正确的画“√”,错误的画“✕”。 1.电容器所带的电荷量Q是指电容器的一个极板上所带电荷量的绝对值。 ( ) 2.将电介质插入平行板电容器时,电容器的电容将变小。 ( ) 3.加在电容器两极板间的电压不能超过击穿电压。 ( ) 4.电容越大,电容器所带的电荷量就越多,反之就越少。 ( ) 5.根据公式C= ,可知电容C与电容器所带的电荷量Q成正比,与两极板间的电势差U成反 比。 ( ) 　电容的大小反映电容器容纳电荷的本领,电容大,说明电容器容纳电荷的本领大,但所带电荷量不一定多,就如同某水容器容积很大,但却没有盛水一样。     C= 是电容的定义式,不能说C与Q成正比,与U成反比。     ✕         ✕         √         ✕         √     提示 提示 第1讲　描述运动的基本概念 　 讲解分析 1.对电容器的理解 (1)电容器的作用:储存电荷。 (2)所带电荷量的特点:两极板所带电荷量等量异号,且分布在两极板相对的内侧。电容器所 带电荷量是指一个极板所带电荷量的绝对值。 (3)电容器的充、放电过程分析 疑难 情境破 疑难1 对电容的理解 第1讲　描述运动的基本概念 充电过程 电路 结构   将电容器接在电源上形成回路 过程 分析 (1)回路中有逆时针方向的充电电流。 (2)与电源正极连接的极板带上正电荷,与电 源负极连接的极板带上等量的负电荷。 (3)充电完毕,电容器两极板间的电压等于电 源电压,电路中电流为零 能量分析 由电源获得的电能转化为电容器的电场能 第1讲　描述运动的基本概念 放电过程 电路 结构   将已充电的电容器与导体连接形成回路 过程 分析 (1)回路中有顺时针方向的放电电流。 (2)电流从电容器的正极板流向负极板。 (3)放电完毕,电容器上的等量异种电荷全部 中和,电路中没有电流,极板间电压为零 能量 分析 储存的电场能转化为其他形式的能量(如:内 能、光能) 第1讲　描述运动的基本概念 2.对电容的理解 (1)电容由电容器本身的构造决定。电容器的电容是反映电容器容纳电荷本领的物理量,用C = 来定义,但它却是由电容器自身的构造决定的,与所带电荷量Q和所加电压U无关。即使 电容器不带电,其电容仍然存在,并且是一个确定的值。 (2)通过Q-U图像来理解C= 。如图所示,在Q-U图像中,过原点的直线的斜率表示电容的大 小,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= ,即电容器的电容在数值上等于两极板间的电压增大(或减小)1 V所需 增加(或减少)的电荷量。 　      第1讲　描述运动的基本概念 (3)通过C-Q图像或C-U图像理解电容。 　        　　由图像可以看出:电容器的电容C是与Q、U均无关的常量。 第1讲　描述运动的基本概念 讲解分析 1.C= 与C=  的比较 C=  C=  公式特点 定义式 决定式 意义 对于某电容器Q∝U, =C不变,反映了电容器容纳电荷的本领 对于平行板电容器,C∝εr,C∝S,C∝ ,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 疑难2 平行板电容器的两类动态问题 第1讲　描述运动的基本概念 2.平行板电容器的两类典型问题的处理方法 　　公式分析法:①C= 　②C= 　③E=  始终连接在电源两端 充电后断开电源 U不变 Q不变 Q=UC∝C∝  U=  ∝ ∝  E=  ∝  E=  ∝  第1讲　描述运动的基本概念 典例 如图所示,M、N为平行板电容器的两个金属极板, G为静电计【1】, 开始时闭合开 关S【2】,静电计指针张开一定角度。则下列说法正确的是 ( )   A.开关S保持闭合,将R的滑片向右移动,静电计指针张开角度增大 B.开关S保持闭合,将两极板间距增大,静电计指针张开角度增大 C.断开开关S后,将两极板间距增大,板间电压不变 D.断开开关S后,紧贴下极板插入金属板,板间场强不变     D     第1讲　描述运动的基本概念 信息提取    【1】静电计是一种特殊的电容器,可以从指针张开的角度推知与之相连的电容 器两极板间的电势差。 【2】开关S闭合时,电容器两极板间电势差不变;断开开关S后,电容器所带电荷量不变。 思路点拨    解答本题的两个关键: (1)在两极板间电势差不变的情况下,静电计指针张角不变。 (2)在电荷量保持不变时,由E=   = = 【3】知,电场强度与板间距离无关;两极板正 对面积变小时,场强增大。 第1讲　描述运动的基本概念 解析    保持开关S闭合,电容器两极板间的电势差等于电源的电压,故保持不变(由【2】得 到),因此无论将R的滑片向右移动,还是将两极板间距增大,静电计指针张角都不变(由【1】 得到),A、B错误;断开开关S后,电容器带电荷量不变,将两极板间距增大,即d增大,根据C=  知,电容减小,根据U=  知,板间电压增大,C错误;断开开关S后,电容器带电荷量不变,若 紧贴下极板插入金属板,则d减小,根据E=  知,板间的电场强度不变(由【3】得到),D正 确。 第1讲　描述运动的基本概念 $