高中物理人教必修三第10章第4節(jié)電容器的電容課件

1、電容器的電容人教版高中物理 必修3新知導(dǎo)入我們知道，水可以用容器儲存起來，以備不時之需。那么電荷能否也像水一樣儲存起來呢？萊頓瓶就是一種最早用來貯存電荷的電容器。電容器新知導(dǎo)入電容器在我們當(dāng)今生活中隨處可見，如吸塵器、電腦、電視機(jī)、收音機(jī)等幾乎所有用電器中都有電容器。那么，它內(nèi)部的構(gòu)造是怎樣的？它是怎樣“裝進(jìn)” 和“倒出”電荷的呢？吸塵器今天我們就來學(xué)習(xí)電容器的電容。新知講解一、電容器1.平行板電容器在兩個相距很近的平行金屬板中間夾上一層絕緣物質(zhì)電介質(zhì)就組成一個最簡單的電容器，叫作平行板電容器。 一 一 一 一 一一 一 一十 十 十 十 十十 十 十這兩個金屬板叫作電容器的極板。注意：空氣也

2、是一種電介質(zhì)新知講解2.電容器（1）任何兩個彼此絕緣且又相隔很近的導(dǎo)體就構(gòu)成了一個電容器。（2）構(gòu)造：兩個互相靠近彼此絕緣的導(dǎo)體。（3）作用：存儲電荷(存儲電能)。V新知講解實驗：觀察電容器的充、放電現(xiàn)象1.實驗器材：把直流電源、電阻、電容器、電流表、電壓表以及單刀雙擲開關(guān)2. 實驗電路12SCREA電容器的充、放電新知講解實驗步驟1.把開關(guān)S接1，此時電源給電容器充電，觀察實驗現(xiàn)象。電源給電容器充電動畫視頻新知講解（1）現(xiàn)象：通過觀察電流表可以知道，充電時電流由電源的正極流向電容器的正極板。同時，電流從電容器的負(fù)極板流向電源的負(fù)極。隨著兩極板之間電勢差的增大，充電電流逐漸減小至 0，此時電容

3、器兩極板帶有一定的等量異種電荷。另外，在充電過程中，還可以看到電壓表示數(shù)迅速增大，隨后逐漸穩(wěn)定在某一數(shù)值，表示電容器兩極板具有一定的電勢差。UESAC+Q -Q新知講解（2）充電：使原本不帶電的兩板帶上等量異種電荷的過程 一 一 一 一 一一 一 一十 十 十 十 十十 十 十正極板負(fù)極板Q-Q兩板分別帶等量異種電荷，每個極板帶電量的絕對值叫電容器的帶電量。注意：即使斷開電源，兩極板上的電荷由于相互吸引而仍然被保存在電容器中。新知講解2.把開關(guān)S接2，電容器對電阻R放電。電容器放電動畫視頻新知講解（1）現(xiàn)象：觀察電流表可以知道，放電電流由電容器的正極板經(jīng)過電阻R流向電容器的負(fù)極板，正負(fù)電荷中和

4、。此時兩極板所帶的電荷量減小，電勢差減小，放電電流也減小，最后兩極板電勢差以及放電電流都等于0。EASU=0新知講解（）放電：用導(dǎo)線將充電后的電容器兩極接通，兩極失去電荷的過程，叫電容器的放電。 一 一 一 一 一一 一 一十 十 十 十 十十 十 十正極板負(fù)極板Q-Q電容器兩極正負(fù)電荷通過導(dǎo)線中和。 新知講解電容器的充、放電現(xiàn)象視頻新知講解總結(jié)：電容器充電的過程中，兩極板的電荷量增加，極板間的電場強(qiáng)度增大，電源的能量不斷儲存在電容器中；放電的過程中，電容器把儲存的能量通過電流做功轉(zhuǎn)化為電路中其他形式的能量。電 流傳感器新知講解拓展學(xué)習(xí) 用傳感器觀察電容器的放電過程1.實驗電路和器材如圖接計算

5、機(jī)新知講解實驗步驟（1）照圖連接電路。電源用直流 8 V左右，電容器可選幾十微法的電解電容器。（2）先使開關(guān) S 與 1 端相連，電源向電容器充電，這個過程可在短時間內(nèi)完成。（3）然后把開關(guān) S 擲向 2 端，電容器通過電阻 R 放電，傳感器將電流信息傳入計算機(jī)，屏幕上顯示出電流隨時間變化的 I-t 圖像。新知講解思考1.在圖中畫一個豎立的狹長矩形，它的面積的物理意義是什么？一個電容器放電的 I-t 圖像根據(jù)圖象的含義，因Q=It，所以豎直狹長矩形的面積表示為：在0.1s內(nèi)電容器的放電量。新知講解2.怎樣根據(jù) I-t 圖像估算電容器在全部放電過程中釋放的電荷量？試著算一算。參考答案：根據(jù)橫軸與

6、縱軸的數(shù)據(jù)可知，一個格子的電量為0.0810-3C，由大于半格算一個，小于半格舍去，因此圖象所包含的格子個數(shù)為42，所以釋放的電荷量是：Q=0.0810-3C42=3.410-3C；新知講解用傳感器觀察電容器的充電、放電過程視頻新知講解二、電容電容器充電的實驗中，當(dāng)電容器兩極板之間的電勢差增大時，電流表的示數(shù)不為 0，這表明電容器所帶的電荷量也在增加。那么，電容器所帶的電荷量跟兩極板間的電勢差是否存在某種定量關(guān)系？UESAC+Q -Q新知講解實驗：探究電容器兩極板間電勢差跟所帶電荷量的關(guān)系實驗器材：電容器 A、電容器 B、開關(guān)、導(dǎo)線、電源（幾節(jié)干電池）、數(shù)字電壓表等。實驗步驟（1）按照如圖所示

7、電路圖連接電路。VAEB12S2S1新知講解（2）把開關(guān)S1 接1，用幾節(jié)干電池串聯(lián)后給A充電，可以看到 A 充電后兩極板具有一定的電壓。（3）把開關(guān) S1 接 2，使另一個相同的但不帶電的電容器 B跟A并聯(lián)。觀察電壓表的示數(shù)?，F(xiàn)象：電壓表示數(shù)變?yōu)樵瓉淼囊话?。?）斷開開關(guān) S1 ，閉合開關(guān) S2 ，讓 B 的兩極板完全放電，隨后再斷開開關(guān) S2 ，把 B 和 A 并聯(lián)，觀察電壓表的示數(shù)。新知講解現(xiàn)象：電壓表示數(shù)再次減少一半。（5）重復(fù)步驟4，觀察電壓表示數(shù)。實驗結(jié)論電容器的電荷量變?yōu)樵瓉淼囊话霑r，其兩極板間的電勢差也變?yōu)樵瓉淼囊话搿＞_的實驗表明，一個電容器所帶的電荷量Q與兩極板之間的電勢差

8、U之比是不變的。新知講解1.電容定義：電容器所帶的電荷量跟它的兩極板間的電勢差的比值，叫做這個電容器的電容，用 C 表示。Q指每一個極板帶電量絕對值，U表示電容器兩板的電勢差電壓。2. 定義式：電容器電容定義式也可以寫成：數(shù)值上等于使兩極板間的電勢差增加1V時，所需要的電荷量。新知講解3.單位：法拉（F）；微法（uF）；皮法（pF）關(guān)系：1F=106uF=1012pF4.物理意義電容是反映電容器儲存電荷的本領(lǐng)的物理量。5.電容器的電容由本身結(jié)構(gòu)決定。與所帶的電荷Q和所加的電壓U無關(guān)。說明：即使電容器不帶電，其電容仍然存在，并且是個確定值。新知講解這類似于用不同的容器裝水。如圖 ，要使容器中的水

9、深都為 1 cm，橫截面積大的容器需要的水多。6. 電容器的電容在數(shù)值上等于使兩極板間的電勢差為 1 V 時電容器需要帶的電荷量，電荷量越多，表示電容器的電容越大。1 cm1 cm新知講解7.擊穿電壓加在電容器兩極板上的電壓不能超過某一限度， 超過這個限度，電介質(zhì)將被擊穿，電容器損壞。這個極限電壓叫作擊穿電壓。8.額定電壓電容器外殼上標(biāo)的是工作電壓，或稱額定電壓，這個數(shù)值比擊穿電壓低。新知講解拓展學(xué)習(xí) 平行板電容器的電容平行板電容器是最簡單的，也是最基本的電容器。幾乎所有電容器都是平行板電容器的變形。平行板電容器的電容是由哪些因素決定的呢？1.實驗器材靜電計、平行板電容器、電介質(zhì)（例如有機(jī)玻璃

10、板）2.實驗步驟新知講解（1）保持極板上的電荷量 Q 不變，兩極板間的距離 d 也不變，改變兩極板的正對面積 S，觀察靜電計指針的變化得到兩極板之間電勢差的變化。根據(jù)電容的定義式 ，得到正對面積 S 對電容 C 的影響。如圖減小兩極板的正對面積 S，靜電計指示的電勢差增大，C減小。如圖增大兩極板間的距離 d，靜電計指示的電勢差增大，由 知C減小。新知講解（2）保持極板上的電荷量 Q 不變，兩極板的正對面積 S 也不變，改變兩極板間的距離 d，通過靜電計指針的變化可得到兩極板之間的距離 d 對電容 C 的影響。新知講解（4）保持 Q、S、d 都不變，在兩極板間插入電介質(zhì)，例如有機(jī)玻璃板。通過靜電

11、計指針的變化可得到兩極板之間電介質(zhì)的存在對電容 C 的影響。如圖在兩極板間插入電介質(zhì)，靜電計指示的電勢差減小，由 知C增大。新知講解影響平行板電容器的因素視頻新知講解3.理論和實驗表明平行板電容器的電容C跟相對介電常數(shù)r成正比，跟正對面積S成正比，跟極板間的距離d成反比，即：r是一個常數(shù)，與電介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)，叫作電介質(zhì)的相對介電常數(shù)。新知講解三、常用電容器1.常用的電容器，從構(gòu)造上看，可以分為固定電容器和可變電容器兩類。2. 固定電容器通常以電解質(zhì)的種類命名，以聚苯乙烯薄膜為電介質(zhì)，把兩層鋁箔隔開，卷起來，這種電容器叫聚苯乙烯電容器。電解質(zhì)為云母的叫做云母電容器。聚苯乙烯電容器新知講解還有一種

12、固定電容器叫電解電容器，是用鋁箔作為一個極板，用鋁箔上很薄的一層氧化膜為電介質(zhì)，用浸過電解液的紙作為另一個極板制成的，這種電容器有正負(fù)之分。由于氧化膜很薄，所以電容較大。電解電容器新知講解可變電容器3.可變電容器：由兩組鋁片組成，它的電容是可以改變的。固定的一組鋁片叫作定片，可以轉(zhuǎn)動的一組鋁片叫作動片。轉(zhuǎn)動動片，使兩組鋁片的正對面積發(fā)生變化，電容就隨著改變。新知講解4.超級電容器超級電容器是20世紀(jì)70年代根據(jù)電化學(xué)原理研發(fā)的一種新型電容器，超級電容器的充電時間短，儲存電能多，放電功率大，使用壽命長。這些優(yōu)點(diǎn)展現(xiàn)了它作為新型動力電源的廣闊發(fā)展前景。課堂練習(xí)1.電容是表征_的物理量。如果某電容器

13、的電量每增加10-6C，兩極板之間電勢差增加1V，則該電容器電容為_，影響電容器電容大小的因素為_、_和_。電容器容納電荷本領(lǐng)10-6F兩極板間距離兩極板正對面積電介質(zhì)課堂練習(xí)2如圖為電容C與電壓U，的電源連成的電路當(dāng)電鍵K與1接通, 電容器A極板帶_電，B板帶_電，這一過程稱為電容器_ ，電路穩(wěn)定后，兩極板間電勢差為_。K1。A B2a c b負(fù)正充電過程當(dāng)K與2接通，流過導(dǎo)體acb的電流方向為_ ，稱為電容器_ 。Ubca放電課堂練習(xí)3.下列關(guān)于常用電容器，說法正確的是 ( )A電解電容器的極性固定，作用時極性不能錯B可變電容器是通過改變鋁片正對面積來改變電容C電容器的額定電壓就是擊穿電壓

14、D額定電壓是長期工作所承受電壓，比擊穿電壓小ABC課堂練習(xí)4據(jù)國外某媒體報道，科學(xué)家發(fā)明了一種新型超級電容器，能讓手機(jī)幾分鐘內(nèi)充滿電。某同學(xué)假日登山途中用該種電容器給手機(jī)電池充電，下列說法正確的是（）A該電容器給手機(jī)電池充電時，電容器的電容變大 B該電容器給手機(jī)電池充電時，電容器所帶的電荷量可能不變 C該電容器給手機(jī)電池充電時，電容器存儲的電能變少 D充電結(jié)束后，電容器不帶電，電容器的電容為零 CC拓展提高1.如圖所示，描述對給定的電容器充電時，電量Q、電壓U，電容C之間的相互關(guān)系圖象，其中錯誤的是( )AA B C DCQCQUCQOOOOQ拓展提高2有一個已充電的電容器，兩極板之間的電壓是

15、6V，所帶電荷量是4.510-4 C將電容器的電壓降為4V，電容器所帶電荷量是（）A1.510-4C B3.010-4C C3.510-4C D4.010-4C B拓展提高3.一充電后的平行板電容器保持兩極板的正對面積、間距和電荷量不變，在兩極板間插入一電介質(zhì)，其電容C和兩極板間的電勢差U的變化情況是（）AC和U均增大 BC和U均減小 CC減小，U增大 DC增大，U減小 D課堂總結(jié)1.任何兩個彼此絕緣且又相隔很近的導(dǎo)體就構(gòu)成了一個電容器。2. 使原本不帶電的兩板帶上等量異種電荷的過程叫電容器的充電；用導(dǎo)線將充電后的電容器兩極接通，兩極失去電荷的過程，叫電容器的放電。3（1）電容器所帶的電荷量跟它的兩極板間的電勢差的比值，叫做這個電容器的電容，用 C