2.5 科学探究：电容器 课件(共23张PPT)

(共23张PPT)
第5节 电容器
第2章 电势能与电势差
鲁科版 （2019版） 必修3
电容器的概念
1
莱顿瓶
带电体放在空中，它所带的电荷是会慢慢地失去的，为了保存电荷，我们就需要有一个能“装电荷的容器”
1.1 定义：能够容纳（储存）电荷的器件。
思考：各种干电池 电源（含充电宝、化学电池）是储存电荷的装置吗？
不是，它们是提供电能装置，将其他能转化成电能的装置；
1.2 构造：
两个互相靠近且彼此绝缘的导体。
1.3 符号
电容器的充电 放电现象
2
充电时。两极板会分别带上等量异种电荷
电路中会形成瞬时电流而发生放电，使两极板的电荷中和而不再带电；
电容器的充电 放电现象
2
一、实验目的
1.通过观察,了解电容器在充电和放电的过程中,两极板间电压和电路中电流的变化.
2.判断电容器在充电和放电的过程中,两极板储存电荷量的变化.
二、实验器材
电解电容器、直流电源、电流计、电压表、电阻、单刀双掷开关、导线.
电容器的充电 放电现象
2
三、实验原理
实验电路如图所示.当开关拨到位置“1” 时,电源E对电容器充电；
当开关拨到位置“2” 时,电容器放电；在充电和放电过程中，利用电流计观察电路的电流大小和方向的变化，利用电压表观察电容器两极板间电压的变化，进而判断电容器两极板储存电荷量的变化。
四、实验步骤
按照实验电路图连接电路,观察电容器的充、放电过程中电流计和电压表指针的偏转情况.
电容器的充电 放电现象
2
五、数据分析及结论
将测量的信息填入表格中,分析观察到的现象并得出结论.
电容器的充电 放电现象
2
例题：某课外兴趣小组设计了一个测定电容器电容的实验方案,其实验原理如图甲所示,E为电池组,C为待测电容器,G为检流计(可测微弱电流),R'为滑动变阻器,R为定值电阻,V为电压表,S'、S为开关,实验步骤如下:
A.按图甲连接电路;
B.闭合S',调节滑动变阻器,使电压表示数为某确定值;
C.闭合S,给电容器充电,当电容器两端电压稳定时,记下
此时的电压表示数UC及检流计示数iC;
D.断开S和S',同时开始计时,每隔5 s读取并记录一次电流值,直到电流为零;
电容器的充电 放电现象
2
E.以放电电流为纵坐标、放电时间为横坐标,作出iC-t图像;
F.改变UC的值,重复上述步骤(除了步骤A);
G.实验完毕,整理器材.
如图乙所示是实验中当UC=2.5 V时描出的iC-t图像,
由图可求得所测电容器电容C=　 μF(结果保留一位有效数字).
[解析]由iC-t图像可知,Q=40×10×10-6×5 C=2.0×10-3 C,根据C=可知,C= F=8×102 μF.
电容
3
电容器是储存电场能的装置。
1）原理：异种电荷互相吸引。
2）电容器的电荷量：一个极板所带电量的绝对值。
充电：其他能形式能转化成电能；
放电：电能转化为其他能形式能；
电容器的电荷量Q 与电势差U的关系
电容
3
3.1定义：电容器所带的电荷量Q与电容器两极板之间的电势差U之比。
3.5 物理意义：描述电容器容纳电荷本领大小的物理量。
3.2 定义式：
3.3 单位：法拉（简称法），符号为“F”。
常用单位：微法（μF）、皮法（pF）。
1μF = 10-6F，1 pF =10-12F。
3.4 计算式：
电容
3
3.6 决定式：
电容
3
绝缘底座，
金属外壳、
金属杆金属球刻度盘连在一起
绝缘
形成电容器
绝缘底座、绝缘外壳，
金属杆金属球箔片连在一起
原理相同：
同种电荷相斥；
验电器
静电计
电容
3
3.6 平行板电容器决定式：
电容的决定因素:电容C与两极板间电介质的相对介电常数ε成正比，跟极板的正对面积S成正比，跟极板间的距离d成反比。
公式：
C=
ε
S
4πK
d
ε—电介质的介电常数，真空是1
S—极板的正对面积
K—静电力常量
d—极板间距
附：ε
空气1.005
石蜡2.0-2.1
陶瓷5.7-6.8
玻璃4-11
云母片6-8
云母片
绝缘
隔热
电容
3
3.7 电容器的重要指标：电容及额定电压。
击穿电压：加在电容器两极上的极限电压。
额定电压：电容器长期工作所能承受的电压。
一般情况下，工作电压应低于击穿电压。
电容
3
答案：150μF， 4.5×10－4 C，150μF
例1 有一充电的平行板电容器，两板间电压为3V，现使它的电荷量减小3×10-4C，于是电容器两极板间电压降为原来的三分之一，此时电容器的电容是多少？电容器原来的电荷量是多少？如电容器上的电荷量全部放掉，电容器的电容是多少？
电容器的动态分析
4
A
B
S
P
开关S闭合，B板接地；P是金属板中的一点
▲△电容器电压不变
B板向下移动，问以下物理量变化情况：
①电容器电容
②电容器电荷量
③极板电场强度大小
④P点电势
⑤P、B电势差
电容器的动态分析
4
A
B
S
P
开关先S闭合再断开，B板接地；
P是金属板中的一点
▲△电容器电荷量不变
B板向下移动，问以下物理量变化情况：
①电容器电容
②电容器电势差
③极板电场强度大小
④P点电势
⑤P、B电势差
动态分析------电介质和金属板区别
A +
B -
场强E
电势差U
设U、AB间距不变
加入电介质
（绝缘体）
A +
B -
场强E
电势差U
设U、AB间距不变
加入金属板
4
电容器的动态分析
4
加入金属板
P
G
a
b
如图所示，金属板紧贴上极板插入过程中，电流计的电流流向是什么？
P点电势变化情况？
用控制变量法可以研究影响平行板电容器电容的因素，如图所示，设两极板的正对面积为S,极板间的距离为d，静电计指针偏角为θ，实验中,极板所带电荷量不变。下列说法正确的是(　　)
A、若保持S不变，增大d，则θ变大；
B、若保持S不变，增大d，则θ变小；
C、若保持d不变，减小S，则θ变小；
D、若保持d不变，减小S，则θ不变；
　A
例题
5
【多选】如图所示电路中，A、B为两块竖直放置的金属板，G是一只静电计，开关S合上后,静电计指针张开一个角度。下述做法可使静电计指针偏角增大的是(　　)
A、使A、B两板靠近一些；
B、使A、B两板正对面积错开一些；
C、断开S后,使B板向右平移拉开一些；
D、断开S后,使A、B正对面积错开一些；
CD
例题
5
【多选】平行板电容器充电后与电源断开,负极板接地,在两极板间,一个所带电荷量很小的正电荷固定在P点,如图所示.以E表示两极板间的电场强度,U表示两极板间的电势差,Ep表示正电荷在P点的电势能.若保持负极板不动,将正极板向下移到图中虚线所示的位置(两板仍平行),则(　 )
A、U变小,E不变； B、E变小,Ep变大；
C、U变小,Ep不变 ； D、U不变,Ep不变；
　AC　　
例题
5
【多选】如图所示,两块较大的金属板A、B相距为d,两板平行放置并与一电源相连,开关S闭合后,两板间恰好有一质量为m、带电荷量为q的油滴处于静止状态.以下说法正确的是(　　)
A、若将A向左平移一小段距离,则油滴仍然静止,G表中有从b到a的电流；
B、若将A向上平移一小段位移,则油滴向下加速运动,G表中有从b到a的电流；
C、若将A向下平移一小段位移,则油滴向上加速运动,G表中有从b到a的电流；
D、若将S断开,则油滴将做自由落体运动,G表中无电流；
　AB
例题
5