10.4 电容器的电容（教学课件）——高中物理人教版（2019）必修第三册（29张PPT）

(共29张PPT)
第十章
静电场中的能量
第4节
电容器的电容
问题与目标
1.知道什么是电容器及常见的电容器。从物理学的视角认识自然、理解自然，建构关于自然界的物理图景。
2.引导学生经历科学探究过程，知道电容器充电和放电时的电流情况，理解电容器电容的概念及物理意义，养成科学思维习惯。
3.掌握平行板电容器的决定式并能运用其讨论相关问题。体会科学研究方法，增强创新意识和实践能力，注重体现物理学科的本质，培养学生的物理核心素养。
用照相机拍照时，闪光灯会发光。如果我把电池拿出来，闪光灯还能发光吗?
可以！！！
为什么还能发光呢？
因为相机中有电容器
水可以用容器储存起来，电荷也可以用一个“容器”储存起来。在前面的学习中，经常提到带电体、带电小球、电池等，这说明它们容纳了电荷，具有容纳电荷的本领，图中的元件就是这样的“容器”——电容器。其实，照相机闪光灯就是利用电容器的放电来发光的。那么，它内部的构造是怎样的?它是怎样“装进”和“倒出”电荷的呢?
电容器到底是什么样的元件?它的作用、构造、原理是什么？这节课我们就来学习电容器的电容。
电容器是一种重要的电学元件。在我们的日常生活中，哪些电器中用到了电容器?
（一）电容器
1.电容器的概念
莱顿瓶的结构和功能是怎样的?
用手接触与充了电的莱顿瓶连接的导线的时候会感觉到电击。
瓶子可以容纳电荷。
任何两个彼此绝缘又相距很近的导体，都可以看成一个电容器。电容器能储存电荷和能量，两个导体称为电容的两极。
在两个相距很近的平行金属板中间夹上一层绝缘物质——电介质（空气也是一种电介质），就组成一个最简单的电容器，叫作平行板电容器。这两个金属板叫作电容器的极板。
2.电容器的充、放电
(1)充电实验演示：如图所示，单刀双掷开关先接通1，再接通2，观察实验现象。
①你观察到了什么现象?请解释这一现象。
②电容器的上极板带什么电荷，下极板带什么电荷?
③电容器容纳的电荷为何不会很快消失?
④开关接通1后，电源会不会永不停止地给电容器充电?
⑤何时充电完毕?为什么两极板间的电压等于电源电压后电容器就停止充电?
⑥是否可以不断增加充电电压，使电容器两端的电压不断增加?
当电压超过某个限度时电介质被击穿，电容器会损坏，这个极限电压称为击穿电压。电容器外壳上标的是工作电压或额定电压。
(2)用传感器观察电容器的放电过程。
电流传感器可以像电流表一样测量电流。不同的是，它的反应非常快，可以捕捉到瞬间的电流变化。此外，由于它与计算机相连，还能显示出电流随时间变化的I-t图像。
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?
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。
③如果要测绘充电时的I-t图像，应该怎样连接电路?
怎样进行测量?得到的I-t图像可能是什么形状的?
电容器是存储电荷量的装置，从放电的过程，我们如何得知其所带的电荷量呢?
如果是不规则图像，该如何计算面积呢?
数格子法。
（二）电容
电容器所带的电荷量跟两极板间的电势差是否存在某种定量关系?
思路引导：电容器充电后两极板间的电压如何测量?在什么时候进行测量？
实验器材：两个规格分别为(25V，4700μF)和(25V，10000μF)的电解电容器、学生电源、DIS传感器和相应软件、小灯泡、导线若干、开关等。
实验步骤：电路图如图所示。
测同一电容器在不同的充电电压下所带的电荷量：开关接1让电容器充电，充电完毕时电容器两端的电压等于电源电压。此电压可以通过电压传感器测得。开关接2改变电压，重复实验三到四次。
记录数据于表格中，或者作Q-U图像。让电容器放电测放电电流随时间变化的关系图像，通过软件操作求出电容器所带的电荷量并填入表格。
实验次数
充电电压（U/V）
充入电量（Q/C）
Q与U的比值
1
?
?
?
2
?
?
?
3
?
?
?
4
?
?
?
实验结论：精确的实验表明，一个电容器所带的电荷量Q与两极板之间的电势差U之比是不变的。不同的电容器，这个比一般是不同的，可见，电荷量Q与电势差U之比表征了电容器储存电荷的特性。
不同的电容器，Q与U的比值一样吗?
用同一电源给不同电容器充电，再将两个电容器反着接，发现电荷量并没有全部中和掉，即得出不同电容器用同一电源充电，电荷量不同，即Q与U的比值不同。
（三）探究平行板电容器的电容
水杯可以盛水，可称为水容器。水杯存水的本领大小由什么决定?电容器储存电荷的本领大小又是由哪些因素决定的呢?
静电计是在验电器的基础上制成的，可以用来测量电势差。使用时把它的金属球跟一个导体连接，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便可以推知两个导体间电势差的大小。
问题1：为获得电容值较大的电容器，首先应解决什么问题？
问题2:平行板电容器的电容可能与哪些因素有关?
问题3：研究多因素问题时，应采用什么方法进行实验?
与两极板的正对面积S、两极板间的距离d、两极板间插入的电介质等因素有关。
控制变量法。
平行板电容器的电容决定因素
问题4：如何给平行板电容器充电?
问题5：没有提供直接测量电容的仪器怎么办?
将电容器与电源相连。
用静电计测量电压，由公式间接测量。
问题6：如何保证电容器所带的电荷量不变?
用电池组给电容器充电后断开电源。
问题7：怎样测量电容器两极板间的电势差?
用静电计测量已经充电的平行板电容器两极板之间的电势差U。
当平行板电容器的两极板间是真空时，电容C与极板的正对面积S、极板间的距离d的关系为
,式中k为静电力常量。
（四）常用电容器
（1）常见电容器按结构可分为固定电容器、可变电容器、半可变电容器等。可变电容器通常是通过改变正对面积或改变极板间距离来改变电容的。
（2）电容器的重要参数
①击穿电压：电容器两极间的电压超过某一数值时，电介质被击穿，电容器损坏，这个极限电压称为电容器的击穿电压。电容器正常工作时的电压应低于击穿电压。
②额定电压；电容器长期工作时所能承受的电压，额定电压低于击穿电压。
课堂练习
1.一个电容器的规格是“10
μF
50
V”，则(
)
A.这个电容器的电容总等于10
μF
B.这个电容器的最大电容为10
μF，带电荷量较少时，电容小于10
μF
C.这个电容器上加的电压不能低于50
V
D.这个电容器加上50
V电压时，电容才是10
μF
A
2.电容的单位是(
)
A.安培
B.牛顿
C.法拉
D.伏特
C
3.如图所示的电子元件名称叫电容器，外壳上的“1000”字样，是用来表示它的(
)
A.电容
B.电阻
C.电流
D.电压
A
4.如图所示的实验装置中，保持平行板电容器极板上的电荷量Q不变，极板A接地，极板B与一个灵敏的静电计相接。将A极板向左移动，增大电容器两极板间的距离时，电容器的电容C、两极板间的电压U，电容器两极板间的场强E的变化情况是(
)
A.C不变，U不变，E变小
B.C变小，U不变，E不变
C.C变小，U变大，E不变
D.C变小，U变大，E变小
C