電容器的電容.doc

第七節(jié) 電容器的電容一 教學(xué)目標(biāo)1.知道什么是電容器以及常見的電容器。2.知道電場(chǎng)能的概念，知道電容器充電和放電能量的轉(zhuǎn)化。3.理解電容器電容的概念及其定義式C，并能用來進(jìn)行有關(guān)的計(jì)算。 4.知道平行板電容器的電容與哪些因素有關(guān)，有什么關(guān)系。二 教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)電容的概念及電容的引入。三 教學(xué)過程新課引入 打開調(diào)頻收音機(jī)，調(diào)節(jié)調(diào)頻旋鈕調(diào)臺(tái)。設(shè)問：我們是通過調(diào)節(jié)的那些電學(xué)元器件來實(shí)現(xiàn)收不同的頻道的呢？引入：我們調(diào)節(jié)的是一個(gè)叫電容器的電學(xué)元器件，電容器的使用很廣泛，今天我們就來學(xué)習(xí)并了解一下電容器。新課講解一、電容器的構(gòu)造實(shí)物展示：將一個(gè)紙制電容器輕輕展開，讓學(xué)生觀察元件結(jié)構(gòu)，識(shí)別絕緣層和極板。電容器中將兩片錫箔紙作為電容器的兩個(gè)極板，兩個(gè)極板非?？拷?，中間的絕緣層用薄絕緣紙充當(dāng)，分別用兩根導(dǎo)線連接兩極這就是紙制電容器的結(jié)構(gòu)。學(xué)生討論：兩片錫紙是導(dǎo)體，但是是彼此絕緣的。老師總結(jié)：兩個(gè)彼此靠近又相互絕緣的導(dǎo)體便構(gòu)成了電容器。實(shí)物展示：平行板電容器老師總結(jié)：平行板電容器是最簡(jiǎn)單的電容器，我們今天就通過平行板電容器來了解電容器這樣一種電學(xué)元器件。圖1二、電容器的功能電路圖（如圖1）提出問題： 如果將單刀雙擲開關(guān)撥向1，電 流表會(huì)有示數(shù)么？學(xué)生回答： 不會(huì)，兩塊金屬板是絕緣的。實(shí)驗(yàn)演示： 當(dāng)我們單刀雙擲開關(guān)撥向1，我 們發(fā)現(xiàn)，電流表指針偏轉(zhuǎn)了，但 是很快又恢復(fù)到0。老師分析： 電流表有示數(shù)，說明電路當(dāng)中發(fā) 生了電荷的定向移動(dòng)，移動(dòng)的電荷無法通過電容器，聚集在電容器的極板上，這樣電容器的兩極板就帶上了等量異種的電荷，我們把這一過程，叫電容器的充電。圖2 提出問題： 那么為什么電流很快就減小為零了呢？PPT演示： 如圖2提出問題： 如果兩塊極板上，帶上了等量的異種 電荷，它們之間會(huì)形成什么呢？ 學(xué)生回答： 兩塊極板之間形成了電場(chǎng)。老師分析： 因?yàn)殡妶?chǎng)的存在，使得兩塊極板之間形 成了電勢(shì)差，當(dāng)極板間的電勢(shì)差和電源兩端的相等的時(shí)候，電路中電荷的定向移動(dòng)便停止了，充電過程也相應(yīng)停止。提出問題：電容器充電結(jié)束，此時(shí)我們把開關(guān)撥向2，電流表會(huì)觀察的到示數(shù)么？學(xué)生回答：會(huì)的，當(dāng)開關(guān)撥向2后，電容器兩極板的異種電荷相互中和，形成電荷的定向移動(dòng)，形成電流。老師總結(jié)：我們把這一過程叫做電容器的放電，老師總結(jié)：充電和放電過程中能的變化：充電后，電源斷開，兩個(gè)極板上都保存有電荷，兩板間有電場(chǎng)存在，電源的電能就儲(chǔ)存在電場(chǎng)當(dāng)中，我們稱之為電場(chǎng)能a充電過程，電源的電能轉(zhuǎn)化為電容器的電場(chǎng)能放電后，兩極板不再有電荷，所以不存在電場(chǎng)，也就沒有了電場(chǎng)能b放電過程，電容器的電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為其他形式的能三、 電容器的電容提出問題：如果在電容器充電結(jié)束后，增大加在電容器兩端的電壓，電容器兩極板的電荷量會(huì)發(fā)生怎樣的變化？學(xué)生討論：如果電容器兩端所加的電壓增加的話，電路中電荷將發(fā)生定向移動(dòng)，使得電容器兩塊極板上的電荷量增加。提出問題：電壓U增加，電荷量Q也增加，Q和U到底是什么關(guān)系呢？怎么證明？我們以前遇到過類似的情況么？ 學(xué)生討論：Q可能正比于U，也可能正比于U2可以利用圖像來證明，在功和速度的關(guān)系里面，我們遇到過類似的問題，利用Excel分別劃出Q-U，Q-U2等圖線，得出關(guān)系。提出問題：要?jiǎng)澇鰣D像，必須先得到一組相應(yīng)的數(shù)據(jù)，電壓U比較容易測(cè)量，電荷量Q怎么辦呢？老師分析：我們現(xiàn)有的工具只能利用電流傳感器，得出I隨時(shí)間變化的圖線，怎么得出Q？能不能再次借鑒一下我們學(xué)過的方法。學(xué)生討論：因?yàn)镼=I t ，而我們又可以得到I-t圖線，我們可以借鑒以前利用V-t圖線求位移的方法，利用I-t圖線來求得Q。圖3V實(shí)驗(yàn)探究：電路圖如圖31、 按電路圖連接電路；2、 打開DISLab中的“電容器的電容”專用軟件，開始采集數(shù)據(jù)，將開關(guān)撥向1，當(dāng)電流減小為零后，再將開關(guān)撥向2 ，完成數(shù)據(jù)采集。然后選定充電（或放電）部分的圖像，積分求出面積，填入表格；3、 改變電源電壓，重復(fù)2過程；4、 完成表格，利用Excel繪制圖線，得出規(guī)律。U1V2V3V4V5VQ得出結(jié)論：Q U Q =C U 提出問題：不同的電容器，比例系數(shù)C 一般不相同，能說明什么問題么？學(xué)生討論：說明比例系數(shù)C 反映了電容器的某種能力，儲(chǔ)存電荷的能力。老師總結(jié)：電容器所帶的電荷量Q與電容器兩極板間電勢(shì)差U的比值，叫做電容器的電容。用C表示電容。 單位：法拉（F） *類比理解電容： 用不同的容器裝水，要使容器中的水深為1cm，需要的水多，容器的橫截面積就大 使不同的電容器兩板間的電勢(shì)差為1V，需要的電荷量越多，表示電容器的電容大。四、平行板電容器的電容提出問題：電容器的電容和哪些因素有關(guān)呢？學(xué)生討論：可能和兩塊極板之間的距離，面積等因素有關(guān)。提出問題：電容器電容的變化只能通過獲得，我們希望其中一個(gè)量不變，通過另外一個(gè)量的變化，來反映C的變化，選擇Q不變，還是U不變？ 學(xué)生分析：如果選擇U不變，Q的測(cè)量相對(duì)比較麻煩 ，所以選擇Q不變來測(cè)量U。圖4老師分析：我們會(huì)選擇Q不變來測(cè)量U，我們將電容器從電路當(dāng)中獨(dú)立出來，這樣電荷無法流走，Q保持一定，但是在這里我們不用電壓表或者電壓傳感器來測(cè)量，我們會(huì)用一種叫靜電計(jì)的機(jī)器來測(cè)量（如圖4）。 張角張大，說明U增大，張角減小，說明U減小實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：a.改變兩極板的正對(duì)面積S 現(xiàn)象：S越大，偏角越小，說明靜電計(jì)指出的電勢(shì)差U越小，電容越大b.改變兩極板間的距離d現(xiàn)象：d越小，偏角越小 說明靜電計(jì)指出的電勢(shì)差U越小，電容越大c.保持Q、S、d都不變，插入電介質(zhì)現(xiàn)象：偏角越大，說明靜電計(jì)指出的電勢(shì)差U越小，電容越大說明電介質(zhì)的插入，平行板電容器的電容會(huì)增大UC結(jié)論d變大C與距離成反比d變小S變大C與正對(duì)面積成正比 S變小插入介質(zhì)插入介質(zhì)，C增大得出結(jié)論：影響平行板電容器的電容大小的因素：正對(duì)面積S,板間距離d,電介質(zhì) 公式 +-五、常見電容器的介紹（1）介紹固定電容器：紙質(zhì)電容器 電解電容器（2）介紹可變電容器：作業(yè)：學(xué)案1.8電容器的電容 班級(jí) 姓名 【學(xué)習(xí)目標(biāo)】了解電容器的構(gòu)造和常用電容器。知道電容器充電和放電過程是能量轉(zhuǎn)化過程。認(rèn)識(shí)電容器電容的概念及其定義，運(yùn)用定義式進(jìn)行有關(guān)的計(jì)算。經(jīng)歷影響平行板電容器電容因素的實(shí)驗(yàn)探究過程，知道決定平行板電容器電容大小的因素。通過具體事例了解電容器在技術(shù)中的應(yīng)用?！疽c(diǎn)導(dǎo)學(xué)】一、電容器的構(gòu)成和功能二、電容器的充放電1、將開關(guān)撥向“1”電流表會(huì)有示數(shù)么？2、為什么電路中的電流很快就減小為零？三、電容器的電容1、如果在電容器充電結(jié)束后，增大加在電容器兩端的電壓，電容器兩極板的電荷量會(huì)發(fā)生怎樣的變化？2、Q和U有什么樣的關(guān)系呢？我們能用什么方法驗(yàn)證呢？我們以前有沒有遇到過類似的情況3、Q如何測(cè)量，如果我們能得到電流隨時(shí)間變化的關(guān)系既I-t 圖像，能否測(cè)得Q？U（v）Q四、平行板電容器的電容1、平行板電容器的電容可能和什么因素有關(guān)？2、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 電容器電容的變化只能通過獲得，我們希望其中一個(gè)量不變，通過另外一個(gè)量的變化，來反映C的變化，選擇Q不變，還是U不變！如何使得Q不變？如何測(cè)量U的變化，能用普通的電壓表進(jìn)行測(cè)量？UC結(jié)論d變大d變小S變大S變小插入介質(zhì)【典型例題】例1兩平行金屬板正對(duì)放置，充電后兩板間的電勢(shì)差為2V，兩極板帶電量分別為+610-6C和-610-6C，求（）電容C；（）若電勢(shì)差升高1V，電容C和電容器所帶電量Q分別為多少？拓展電容的大小等于電容器所帶的電量跟電容器兩極間電勢(shì)差的比值。可以證明：電容的大小也等于電容器帶電量的改變量Q跟對(duì)應(yīng)的兩極間電勢(shì)差的改變量U的比值。即。例2連接在電池兩極上的平行板電容器在兩板間的距離減小時(shí)（ ）A電容器的電容C變大B電容器的帶電量Q變大C 電容器兩板間的電勢(shì)差U變大D電容器兩板間的電場(chǎng)強(qiáng)度E變大拓展求解平行板電容器動(dòng)態(tài)變化問題時(shí)，首先要分清什么量在變、什么量不在變。這里有兩點(diǎn)必須注意：（）保持電容器和電源連接時(shí)，U不變；（）電容器充電后跟電源脫開時(shí)，Q不變。請(qǐng)思考：連接在電池兩極上的平行板電容器充電后跟電源脫開，在兩板間的距離減小時(shí)，電容器的電容C、電容器的帶電量Q、電容器兩板間的電勢(shì)差U、電容器兩板間的電場(chǎng)強(qiáng)度E將怎樣改變？例3 (1996年全國(guó)高考題)如圖平行板電容器的極板A與一靈敏靜電計(jì)相接，靜電計(jì)指針如圖。極板B和靜電計(jì)外殼接地若極板B稍向上移動(dòng)一點(diǎn)，觀察到靜電計(jì)指針張角變大，作出平行極電容器電容變小的結(jié)論的依據(jù)是（ ）A兩極板間的電壓不變，極板上的電量變小B兩極板間的電壓不變，極板上的電量變大C極板的電量幾乎不變，兩極板間的電壓變小D極板的電量幾乎不變，兩極板間的電壓變大拓展 此實(shí)驗(yàn)要求電容器的電荷量遠(yuǎn)大于靜電計(jì)所帶的電荷量，所以A、B兩板的正對(duì)面積應(yīng)該較大，兩板間的距離應(yīng)該小一些。例4 相距為d的兩塊平行金屬板M、N，分別與電源的正、負(fù)極相連電鍵閉合后M、N間產(chǎn)生勻強(qiáng)電場(chǎng)，一電子垂直于電場(chǎng)方向，從M邊的邊緣射入電場(chǎng)，經(jīng)電場(chǎng)偏轉(zhuǎn)恰好打在N板的中央，如圖所示。設(shè)電子總是從M板的邊緣射入電場(chǎng)，并且兩板的正對(duì)面積不變，問：(1)為使電子能飛出電場(chǎng)，M板在圖示平面內(nèi)應(yīng)如何移動(dòng)?(2)若先把電鍵斷開，為使電子能飛出電場(chǎng)，M板在圖示平面內(nèi)又應(yīng)如何移動(dòng)?拓展 雖然兩種情況下都是把M板向上移動(dòng)，但是移動(dòng)M板的效果是不同的。如果只要求電子恰好離開電場(chǎng)，后者移動(dòng)M的距離應(yīng)該是前者移動(dòng)距離的兩倍?！痉謱泳毩?xí)】1.下列關(guān)于電容器的說法中，正確的是()A.電容越大的電容器，帶電荷量也一定越多B.電容器不帶電時(shí)，其電容為零C.兩個(gè)電容器的帶電荷量相等時(shí)，兩板間電勢(shì)差較大的電容器的電容較大D.電容器的電容與電容器是否帶電無關(guān)2.對(duì)于水平放置的平行板電容器，下列說法正確的是()A.將兩極板的間距加大，電容將增大B.將兩極板平行錯(cuò)開，使正對(duì)面積減小，電容將減小C.在下板的內(nèi)表面上放置一面積和極板相等、厚度小于極板間距的陶瓷板，電容將增大D.在下板的內(nèi)表面上放置一面積和極板相等、厚度小于極板間距的鋁板，電容將增大3.對(duì)于一給定的電容器，在如圖所示中，描述電容C、帶電荷量Q、電壓U之間的相互關(guān)系的圖線中正確的是() 4.某電解電容器上標(biāo)有“25v、470F”的字樣，對(duì)此，下述說法中正確的是()A.此電容器只能在直流25v以下電壓才能正常工作B.此電容器必須在直流25v的電壓時(shí)才能正常工作C.當(dāng)工作電壓是直流25v時(shí)，電容才是470FD.這種電容器使用時(shí)，必須考慮電容器的兩根引線的極性5.平行板電容器保持與直流電源兩極連接，充電平衡后，兩極板間的電壓是U，充電荷量為Q，兩極板間場(chǎng)強(qiáng)為E，電容為C，現(xiàn)將兩極板間距離減小，則引起變化的情況是( )A.Q變大B.C變大C.E不變D.U變小6.上題中，如果電容器充電平衡后與電源斷開.將兩板間距離減小，引起變化情況是( )A.Q變大B.C變大C.E不變D.U變小7.如圖所示的電路中，電容器的兩極板始終和電源相連，若將兩極板間的距離增大，電路中將出現(xiàn)的情況是()A.有電流流動(dòng)，方向從a順時(shí)針流向bB.有電流流動(dòng)，方向從b逆時(shí)針流向aC.無電流流動(dòng)D.無法判斷8.電容器兩極板間電壓一定，若正極板不動(dòng)，將負(fù)極板遠(yuǎn)離正極板移動(dòng)，則極板間某一給定的點(diǎn)與負(fù)極板間的電勢(shì)差將()A.變大B.變小C.不變D.以上結(jié)論均有可能9.在如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置中，平行板電容器的極板A與一靈敏的靜電計(jì)相接，極板B與靜電計(jì)外殼接地.若極板B稍向A移近一點(diǎn)，則觀察到的靜電計(jì)指針變化和可以做出的結(jié)論是( )A.靜電計(jì)指針張角變大，極板上的電荷量變小B.靜電計(jì)指針張角變大，極板上的電荷量變大C.靜電計(jì)指針張角變小，兩極板間的電壓變小D.靜電計(jì)指針張角變小，兩極板間的電壓變大10.如圖所示，電源A的電壓為6V,電源B的電壓為8V，當(dāng)開關(guān)S從A轉(zhuǎn)到B時(shí)(電容器的電容為2F)，通過電流計(jì)的電荷量為( )A.410-6CB.1210-6CC.1610-6CD.2810-6C11.有一已充電的平行板電容器，若使它帶的電荷量減少310-4C，其電壓降為原來的三分之一，求電容器原來帶的電荷量。12.如圖所示，有三塊大小相同平行導(dǎo)體板A、B、C，其中A與B間距是B與C間距的一半，且A、B兩板所構(gòu)成的電容器的電容為10-2F，電池電壓為2V，求A、B兩板上的電荷量分別為多少？*13.如圖所示，平行板電容器電容為C，帶電荷量為Q，極板長(zhǎng)為L(zhǎng)，板間距離為d，極板與水平面夾角為.現(xiàn)有一質(zhì)量為m的帶電液滴由兩極板的中央P點(diǎn)從靜止開始沿與極板平行的直線運(yùn)動(dòng)到達(dá)Q點(diǎn)(P、Q兩點(diǎn)為電容器的邊緣，忽略邊緣效應(yīng)).求:(1)液滴的電荷量；(2)液滴到達(dá)Q點(diǎn)的速度和所用時(shí)間【錯(cuò)誤歸因】“電容器的電容”教學(xué)反思“電容器的電容”這一節(jié)內(nèi)容，由于是高中電學(xué)階段新學(xué)習(xí)的一種電學(xué)元器件，所以存在一定難度，由于充放電過程很難用傳統(tǒng)的教學(xué)工具來表示，對(duì)于C=Q/U這個(gè)公式無法證明，給學(xué)生的學(xué)習(xí)過程帶來了不小的困難。本節(jié)課我的主體思想是利用DISLab的可視性，形象化的展示電容器充電和放電過程中電流隨時(shí)間變化的情況，并且利用微元的思想借助計(jì)算機(jī)求出充放電過程中極板上所帶的電荷量。