電容器的電容 課件 -2023-2024學(xué)年高二上學(xué)期物理人教版（2019）必修第三冊

人教版物理必修三第十章

靜電場中的能量第四節(jié)

電容器的容器（1）水可以用容器儲存，電荷也可以用容器儲存，儲存電荷的容器稱為電容器。它內(nèi)部的構(gòu)造是怎樣的？它是怎樣“裝進”和“倒出”電荷的呢？引入2．電容器的作用儲存電荷，同時也儲存能量．電容器帶電時，兩個極板帶等量異種電荷．一、電容器1．電容器兩個相互靠近但又彼此絕緣的導(dǎo)體就組成一個電容器．物理上常用兩個平行的金屬板中間夾上一層絕緣物質(zhì)—電介質(zhì)(空氣也是電介質(zhì))，組成平行板電容器．電容器的極板電容器的極板電介質(zhì)新課教學(xué)：3．電容器充電:將電容器兩個極板帶上等量異種電荷的過程，叫電容器的充電。把電容器兩極與電源兩極相連，與電源正極相連的金屬極板上的一部分自由電子流向電源，從而該極板帶正電(正極板)；與電源負極相連的金屬極板從電源負極得電子帶負電(負極板)．整體上來看，充電過程中電源把電子從電容正極板移到負極板，這個過程中要克服電場力做功，所以電容器中就會儲存電勢能，放電時儲存的電勢能會再釋放出來，如圖所示充電過程特征：電流減小，電荷增加，電壓增大，電勢能增加，電場增強．電流方向：充電時電流由電源正極經(jīng)電容器(實際上沒有電荷從電容器正極板流向負極板)流回電源負極．4．電容器放電: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。電容器負極板的電子經(jīng)外電路流向電容器正極板，但無論充電還是放電，沒有電子通過電容器極板間的電介質(zhì)．放電過程電子從負極板流向正極板，電場力做正功，電勢能轉(zhuǎn)化為其它能．電流方向：放電時電流從電容器帶正電極板經(jīng)外電路流向帶負電極板(與電子定向運動方向相反)．放電過程特征：電流減小，電荷減少，電壓減小，電勢能減少，電場減弱．1．電容器的電容:充電后的電容器兩極間的電壓，叫電容器的電壓.電容器的帶電量Q越多，電壓U越高。電容器的帶電量與兩極間電壓(電勢差)的比值叫電容器的電容(量)．二、電容器的電容3．推論方程由Q1＝CU1，Q2＝CU2，得C＝(ΔQ)/ΔU.2．定義式:C＝Q/U，國際單位：法拉(符號F).

常用單位微法(符號μF)、皮法(符號pF)1F＝106μF＝1012pF.當(dāng)一個電容器帶1C電量時，兩極間電壓是1V，那么這個電容器的電容就是1F(1)電容器的帶電量：電容器的兩極板帶電量總是相等的，所以單個極板帶電量Q就可以表示電容器所帶電量的多少，我們把單個極板帶電量叫電容器的帶電(荷)量．(3)電容與電容器結(jié)構(gòu)有關(guān)，是由電容器自身因素決定的，與所帶電荷量和電壓無關(guān)．(2)電容器的電容越大，表示在相同電壓時所帶電荷量越多，說明電容儲存電荷的能力越強．對公式C=Q/U的理解：（4）通過Q-U圖象來理解C＝Q/U電容的Q-U圖象是一條過原點的直線，其斜率等于電容器的電容．其中Q為一個極板上所帶電荷量的絕對值，U為兩極板間的電勢差，可以看出，電容器電容也可以表示為C＝ΔQ/ΔU，即電容器的電容的大小在數(shù)值上等于兩極板間的電壓增加(或減小)1V所需增加(或減小)的電荷量．電容器和電容的比較：電容器是盛放電荷的一種容器，電容是描述這種容器盛放電荷本領(lǐng)大小的一個物理量，如果把電容器比作水缸，則電容就是這個水缸的橫截面積．水缸的橫截面積越大，水缸容納水的本領(lǐng)就越大．三、平行板電容器

基本結(jié)構(gòu)：由兩塊彼此絕緣、互相靠近的平行金屬板組成，是最簡單的，也是最基本的電容器．板間電場：板間(除邊緣外)形成勻強電場，電場強度大小為E＝U/d，方向垂直極板平面．平行板電容器的電容大小的決定因素探究：(1)方法：采取控制變量法，在電容器帶電荷量Q不變的情況下，只改變電容器的極板正對面積S，板間距離d，板間電介質(zhì)εr中的一個量．(2)靜電計電勢差的意義：由于靜電計的金屬球與其中一個極板相連，兩者電勢相等，靜電計的金屬外殼與另一個極板相連(或同時接地)，兩者電勢相等．所以靜電計的電勢差實質(zhì)上也反映了電容器兩極板間的電勢差的大小．電容器帶電與水桶盛水類比：水桶S大，容納水的本領(lǐng)越強h=1cmV=1Sdm3h=1cmV=4Sdm3S與V、h無關(guān)公式理解：平行板電容器的電容C與εr、S成正比，與d成反比.平行板電容器的電容(實驗結(jié)論)決定式：平行板電容器的電容C與極板的正對面積S及板間的電介質(zhì)的相對介電常數(shù)εr成正比，與極板間距離d成反比，則C＝(εrS)/4πkd.(1)上述實驗只能證明電容C與εr、S和d有關(guān)，公式C＝(εrS)/4πkd是進一步精確實驗得出的．式中的k為靜電力常量．(2)公式中，εr是一個常數(shù)，與電介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)，稱為電介質(zhì)的相對介電常數(shù)．真空的相對介電常數(shù)為1，空氣的相對介電常數(shù)與1十分接近．(3)公式C＝(εrS)/4πkd為平行板電容器的決定式，此式表明電容器C完全由電容器本身決定，與電容器所帶電荷量Q及極板間電壓U無關(guān)．特別提醒：幾種常用電介質(zhì)的相對介電常數(shù)電介質(zhì)空氣煤油石蠟陶瓷玻璃云母水1.000522.0--2.164--116--881空氣的相對介電常數(shù)與1十分接近，研究中，空氣對電容的影響一般可以忽略。

公式內(nèi)容公式類別定義式?jīng)Q定式適用范圍任何電容器平行板電容器意義對一個固定電容器C是不變的，Q與U成正比，C反映容納電荷本領(lǐng)對于平行板電容器，電容C與εr、S成正比，與d成反比

聯(lián)系對于電容器，電容C可以由Q/U來度量，但平行板電容器的電容C的值卻是由εr、S、d決定的，與Q和U無關(guān)

公式與

的比較1．電容器分類(1)固定電容器：容量不變的電容器,常見的有聚苯乙烯電容器與電解電容器，電解電容器的容量一般較大(μF或mF數(shù)量級)．電解電容器有正極和負極，使用中正極電勢要高于負極電勢．四、常見電容器(3)法拉電容：常見電容器的容量都不到一法拉．但法拉電容容量可以達到法拉級別，但充、放電要比一般電容器慢得多．一般用做電子設(shè)備(如手機)時鐘后備電源供電．

(2)可變電容器：容量可以改變的電容器，由一組固定和一組可動的金屬片組成，一般容量較小(pF數(shù)量級)．(4)按電介質(zhì)不同——紙介電容器、陶瓷電容器和電解電容器等.聚苯乙烯電容器及其符號電解電容器及其符號擊穿電壓和額定電壓

(1)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，這個極限電壓稱為擊穿電壓．(2)額定電壓：電容器長期工作時所能承受的電壓．電容器外殼上標的就是額定電壓，它比擊穿電壓要低．2．電容器規(guī)格電容器外殼上除標明容量外，還標識有電壓，這個電壓是正常工作的最高電壓，也叫額定電壓，如圖．電容器電壓高到一定程度，電容器中間的介質(zhì)就會由絕緣體變?yōu)閷?dǎo)體，俗稱擊穿，擊穿后電容器會損壞，這個電壓叫擊穿電壓，額定電壓低于擊穿電壓．討論交流：靜電計是測量電壓的，電壓表也是測量電壓的，在電容實驗中為什么不用電壓表測量電壓？靜電計和電壓表都是用來測量電壓的，但是工作原理不同，靜電計改裝自驗電器，指針是利用電荷同性相斥原理偏轉(zhuǎn)，因為靜電計外殼接地，所以靜電計指針偏轉(zhuǎn)角顯示出指針對地電勢差大?。羔樑c外殼是絕緣的，工作時沒有電流流過靜電計，它是測量靜電電壓的，測量范圍從幾千伏到幾萬伏．電壓表是利用通電導(dǎo)線在磁場中受安培力原理制作成的，工作時需要有持續(xù)的電流流過電壓表(雖然電流很小)，它是測量恒定電流電路的電壓的，一般測量范圍是幾毫伏到幾百伏．如果用電壓表測量靜電電壓，由于電壓表是相當(dāng)于一個電阻，會把電容器的電荷快速釋放掉，這樣就測量不出電壓了．同樣用靜電計也不能測量恒定電流電路的電壓．因為電壓太低，靜電計根本沒有明顯反應(yīng)．(1)平行板電容器連接在電源兩端，電容器的d、S、εr發(fā)生變化時，將引起C、Q、U、E變化．五.平行板電容器的兩類問題的分析方法：①條件：如圖所示，S閉合，電容器與電源保持連接，兩極板間的電勢差U保持不變．②方法：由決定式C＝(εrS)/4πkd判斷出C隨S、εr、d的變化．由Q＝CU＝(UεrS)/4πkd判斷出Q隨εr、S、d的變化．由E＝U/d判斷出E隨d的變化情況．(2)平行板電容器充電后，切斷與電源的連接，電容器的d、S、εr發(fā)生變化時，將引起電容的C、Q、U、E怎樣變化．①條件：電容器充電后與電源斷開，極板上所帶電荷量保持不變．②方法：由C＝(εrS)/4πkd

判斷出C隨S、εr、d的變化。由U＝Q/C＝Q/(εrS/4πkd)＝(4πkdQ)/εrS判斷