10.4电容器的电容 课件-2020-2021学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册(共32张PPT)

(共32张PPT)
第十章　静电场中的能量
10.4
电容器的电容
目录
二、知识讲解
三、小结
四、练习
一、上节回溯
一、上节回溯
1．电势差与电场强度的关系式：UAB＝Ed
2．电场强度的另一个表达式：E＝
二、知识讲解——电容器
问题引入
　　水可以用容器储存起来，电荷也可以用一个“容器”储存起来，图中的元件就是这样的“容器”——电容器。那么，它的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
　　在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。
　　两个金属板叫作电容器的极板。实际上，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。
平行板电容器
电介质
电容器的极板
电容器的极板
二、知识讲解——电容器
电容器的充、放电
实验：观察电容器的充电现象
A
V
C
R
S
E
1
2
　　把开关
S
接到
1
，此时电源给电容器充电。在充电过程中，电压表示数迅速增大，随后稳定在某一数值。电流由电源正极流向电容器的正极板，电流由电容器的负极板流向电源的负极，随着两极板之间的电势差的增大，电流逐渐减小至零，此时两电极板带有一定的等量异种电荷，断开电源，电荷仍保存于电容器中。
二、知识讲解——电容器
电容器的充、放电
实验：观察电容器的放电现象
A
V
C
R
S
E
1
2
　　把开关
S
接到
2
，此时电容器对电阻
R
放电。电流由电容器的正极板经过电阻R流向负极板，正负电荷中和，此时两极板所带的电荷量减小，放电电流减小，两极板间的电势差减小，最终，两极板间的放电电流和电势差都等于
0
。
二、知识讲解——电容器
电容器的充、放电
电容器的充电：通过给电容器两极接上电源两极，使电容器带上电荷的过程，叫作电容器的充电，过程中，两极板的电荷量增加，两极板间的电势差增大。充满电后，两极板带上等量异种电荷，电势差固定，电能储存在电容器中。
电容器的放电：将电容器的两极板接通，电容器失去电荷的过程，叫作电容器的放电，过程中，电容器所带电荷量减少，两极板间的电势差减小，还会产生放电电流，最终，两极板上的电荷量，两极板间的电势差和放电电流，均为零。这个过程就是电容器储存的能量，通过电流做功转化成电路中的其他形式的能。
二、知识讲解——电容器
二、知识讲解——电容
思考
　　经过前面的实验，我们知道了电容器充电过程两极板的电荷量增加，两极板间的电势差也增大。放电过程中，电容器的两极板电荷量减小，两极板间的电势差也在减小。那么，电容器所带的电荷量是否与两极板间的电势差存在某种定量的关系？
设计实验
问题1：如何设计一个实验，来验证电容器所带电荷量与电容器两极板之间的电势差的关系？
问题2：如何控制两极板上的电荷量？
回顾，库仑定律发现的实验，库仑如何确定小球的电荷量。
二、知识讲解——电容
演示实验
1．实验电路如图所示，将开关
S1
接1，给电容器
A
充满电，记录电压表示数；
2．将
S1
接
2，待电压表示数稳定后，记录电压表示数；
3．断开
S1，闭合
S2，将电容器
B
完全放电；
4．重复做步骤
2、3
三次。
V
A
S1
E
1
2
S2
B
电荷量
Q
电势差/V
二、知识讲解——电容
电容的定义
　　经过上述实验，可知电容器的电荷变为原来的一半，其两极板间的电势差也变为原来的一半。
　　精确的实验表明，一个电容器所带的电荷量
Q
（电容器所带电荷量是指一个极板所带电荷量的绝对值）与两极板之间的电势差
U
之比是不变的。
　　电容器所带电荷量
Q
与电容器两极板之间的电势差
U
之比，叫作电容器的电容，用符号
C
表示。定义式：C＝
电容是表示电容器存储电荷的本领的物理量，与
Q
和
U
无关
二、知识讲解——电容
类比水桶存水
　　同一个水桶盛水量不同
h＝1cm
V＝1dm3
h＝2cm
V＝2dm3
V与h成正比
V/h是定值
水桶截面积
二、知识讲解——电容
类比水桶存水
　　不同的水桶盛水量不同
h＝1cm
V＝1dm3
h＝1cm
V＝4dm3
水桶
V/h＝S
越大，存储水的本领越强
S
是容器本身的性质与
V
、
h无关
二、知识讲解——电容
电容的单位
1．单位：国际单位制中，法拉，简称法，符号F；
2．意义：电容器两极板之间的电势差为
1V
时，所带电荷量为
1C，这个电容器的电容就是
1
F
；
3．常用单位：微法（μF）、皮法（pF），1
F＝10-6
μF＝10-12
pF
二、知识讲解——电容
例1：
关于电容，下列说法中正确的是
（
）
A．电容器的极板上带电量越大，这只电容器的电容就越大
B．电容器的极板间电压越大，这只电容器的电容就越大
C．如果电容器两极板上没有带电，它的电容为零
D．对某一个电容器来说，两板间的电势差随所带电量的增加而增加
D
二、知识讲解——电容
例
2：
　如图所示，将平行板电容器两极板分别接在电压是6V的电池组正负极，跟电池组负极相连的极板带电量为-9.0×10-8C
，则电容器的带电量为
C，电容器的电容为
pF。若将此电容器两极接电压12V的电池组正负极，电容器的电容为
　pF。
＋
＋
＋
＋
＋
＋
＋
＋
－
－
－
－
－
－
－
－
＋Q
－Q
9.0×10-8
1.5×104　
1.5×104
电容与电压
U
无关
二、知识讲解——电容
平行板电容器的电容
1．保持极板所带电荷量
Q
不变，两极板间的距离
d
不变，改变两极板的正对面积
S；
二、知识讲解——电容
平行板电容器的电容
2．保持极板所带电荷量
Q
不变，两极板正对面积
S
不变，改变两极板间的距离
d
；
二、知识讲解——电容
平行板电容器的电容
3．保持
Q、S、d
都不变，在两极板中插入电介质，例如插入有机玻璃板；
电介质
空气
煤油
石蜡
陶瓷
玻璃
云母
水
εr
1.0005
2
2.0~2.1
6
4~11
6~8
81
二、知识讲解——电容
平行板电容器的电容
4．平行板电容器的电容公式
＝
两板间距离
两板正对面积
相对介电常数真空
εr＝1
静电力常量
二、知识讲解——电容
例题：
　　如图所示，A、B为平行电容器的两极板，G为静电计，开始时闭合开关
S，静电计张开一定角度。下列说法正确的是
（
）
开关S保持闭合状态，将R的滑片向右移动，静电计指针张开角度增大
开关S保持闭合状态，将两极板间距增大，静电计指针张开角度增大
断开开关S后，将两极板间距增大，两极板间电势差不变
断开开关S后，紧贴
B
极板插入一个金属板，板间场强不变
A
R
E
S
B
G
D
二、知识讲解——电容
二、知识讲解——常用电容器
1．聚苯乙烯电容器
　　利用聚苯乙烯薄膜为电介质，两层铝箔作为极板
2．电解电容器
　　铝箔作为一个极板，铝箔上很薄的一层氧化膜作为电介质，用浸过电解液的纸作为另一个极板
固定电容器
可变电容器
　　可变电容器由两组铝片组成，固定的一组铝片叫做定片，可以转动的一组铝片叫做动片；以空气作为电介质；
　　
转动动片，使两组铝片的正对面积发生变化，电容相应变化。
二、知识讲解——常用电容器
额定电压和击穿电压
1．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，这个极限电压叫作击穿电压；
2．额定电压：电容器正常工作时两极板上的最大电压，叫作额定电压，通常电容器外壳上标的就是额定电压，这个数值比击穿电压低。
二、知识讲解——常用电容器
三、小结
1．电容器
2．电容器的充电
3．电容器的放电
4．电容
5．电容的单位
1．（2021山东菏泽单县五中月考）关于已充电的某个平行板电容器，下列说法不正确的是
（
）
两极板上一定带异种电荷
两极板上所带电荷量一定相等
充上的电荷量越多，其电容就越大
充上的电荷量越多，其两极板间的电势差就越大
四、练习
C
2．（2021北京西城四十三中学高二期中）a、b两个电容器如图甲所示，图乙是它们的部分参数。则关于a、b两个电容器的下列说法正确的是
（
）
a、b
两个电容器的电容之比为
8:1
a、b
两个电容器的电容之比为
4:5
b
电容器工作时最多能容纳电荷
0.1
C
a
电容器工作时最多能容纳电荷
1
C
C
四、练习
3．（2020福建三明一中高二上月考）利用如图所示的实验装置，可探究平行板电容器电容
C
的影响因素。现使静电计的金属外壳、极板
B
接地，若保持极板上的电荷量
Q
不变，下列现象可能出现的是
（
）
仅让
B
极板上移，观察到静电计张角变小
仅让
B
极板左移，观察到静电计张角变小
仅在两极板间插入有机玻璃，观察到静电计张角变小
仅在两极板间插入有机玻璃，观察到静电计张角变大
C
四、练习
4．有一个已充电的电容器，两极板之间的电压为3V，所带电荷量为4.5×10-4C，此电容器的电容是多少？将电容器的电压降为
2
V
，电容器的电容是多少？所带电荷量是多少？
答：由
C＝，可得：C＝1.5×10-4
F。
若电压降为
2
V
，电容器的电容不会改变。电容器所带电荷量：
Q＝CU＝3.0×10-4
C
。
四、练习
5．心室纤颤是一种可能危及生命的疾病。一种叫作心脏除颤器的设备，通过一个充电的电容器对心颤患者皮肤上的两个电极板放电，让一部分电荷通过心脏，使心脏完全停止跳动，再刺激心颤患者的心脏恢复正常跳动。
　　下图是一次心脏除颤器的模拟治疗，该心脏除颤器的电容器电容为
15
μF
，如果充电后电容器的电压为
4.0
kV，电容器在一定时间内放电至两极板之间的电压为
0
，这次放电有多少电荷量通过人体组织？
答：Q＝CU＝15×10-6×4.0×103
C＝6.0×10-2
C
四、练习
谢谢