物理人教版（2019）必修第三册10.4电容器的电容（共49张ppt）

(共49张PPT)
第十章 静电场中的能量
第4节 电容器的电容
1.知道什么是电容器以及常用的电容器。
2.理解电容器的电容概念及其定义式，并能用来进行有关的计算。
3.知道计算电容的公式及其含义，知道平行板电容器的电容与哪些因素有关。
4.会对平行板电容器动态问题进行分析。
学习目标
摄影时遇到光线不足，怎么办？
仅靠电池直接给闪光灯供电，能发出如此耀眼的光芒吗
使用闪光灯
闪光灯的内部结构
1. 构造：任何两个彼此绝缘而又互相靠近的导体，都可以看成一个电容器。
两个极板（导体）
电容器
电解质（绝缘材料）
一、电容器
电容器极板
绝缘介质
2、电容器的作用：
容纳储存电荷（储存电场能的装置）
E
S
G
1
2
C
电路图
1. 灵敏电流计的指针怎么变化？其原因是什么？
2. 充电完毕，电容器极板上的带电情况如何
3. 充电、放电的过程电路中的能量如何转化？
观察电容器的充放电过程，思考下列问题
电路图
（1）充电过程：使电容器带电的过程。充电后两极板带有等量的异种电荷。任意一个极板带电量的绝对值叫电容器的带电量，用“Q”表示。（其他能转化为电场能）
（2）放电过程：使电容器失去电荷的过程。（电场能转化为其他形式的能）
2. 工作方式
G
+ + + + +
－－－－－
I充
I充
电容器的充电
G
+ + + + +
－－－－－
I放
I放
电容器的放电
Q↑，U↑，E↑
Q↓，U↓，E↓
总结：电容器的充、放电过程
充电过程 放电过程
电流流向
极板电量 增加 减小
板间电场 增强 减弱
结果 板间电压与电源相同，两极板带等量异种电荷 板间电压为零，极板电荷中和
（电容器相当于一个用电器）
（电容器相当于一个瞬间电源）
圆柱型水容器的储水问题:
h
h
A
B
C
1. 水位每升高 h，试比较 A、B、C 的储水量, 哪个储水本领大？
2. 如何反映其储水本领？
既然电容器是用来储存电荷的，怎样描述电容器容纳电荷的本领呢？
思考讨论1
电容 C
那电容器储存电荷的本领如何表征呢？
+ + + + + + +
- - - - - - -
容纳储存水
容纳储存电荷
电荷量 Q
水量 V
电势差 U
水位差 h
横截面 S
电容器
水容器
S = V /h
C = Q /U
二、电 容
1. 定义：电容器所带的电荷量 Q 与电容器两极板间的电
势差 U 的比值。（Q是某一极板所带电量的绝对值）
2. 定义式：
3. 单位：在国际单位制中单位是法拉（ F ）
1 F = 1 C/V 1 μF = 10─6 F 1 рF = 10─12 F
4. 物理意义：电容是描述电容器容纳电荷本领的物理量，与 U 和 Q 无关，由电容器本身的结构决定。（就像水容
器一样，它的容量大小与水的深度无关）
C = Q /U
电容器的Q—U图象
U/V
Q/C
C1
C2
C1>C2
0
电容器的Q—U图象
U/V
Q/C
△U
△Q1
C1
C2
△Q2
0
（1）C=0.5×10-6 F （2）不变 （3）不变
例1. 某一电容器，当所带电量为 4×10-6 C，两极板间的电势差为 20 V。
(1)求电容器的电容。
(2)当所带电量减半时，电容器的电容为多少？
(3)当电容器不带电时，电容器的电容为多少？
(1)根据以上数据估算，电容器在整个放电过程中释放的电荷量为________C；(结果保留三位有效数字)
(2)如果将电阻R换成阻值更大的电阻，则整个放电过程释放的电荷量将________；(填“增加”“减少”或“不变”)
(3)该同学用相同实验装置测得另一电容器放电过程中释放的电荷量Q＝6.6×10－3 C，该电容器的电容为________F。(结果保留两位有效数字)
1.52×10－3
不变
1.1×10－3
1．对电容C＝Q/U，以下说法正确的是(　　)
A．电容器充电荷量越大，电容增加越大
B．电容器的电容跟它两极所加电压成反比
C．电容器的电容越大，所带电荷量就越多
D．对于确定的电容器，它所充的电荷量跟它两极板间所加电压的比值保持不变
答案：D
课堂练习
Q
C
Q
O
A
C
U
O
B
Q
U
O
C
C
O
D
2.如图是描述对给定的电容器充电时电量Q、电压U、电容C之间相互关系的图象，其中正确的有（　　）
BCD
3．一个平行板电容器，使它每个极板所带电荷量从Q1＝3×10－5 C增加到Q2＝3.6×10－5 C时，两极板间的电势差从U1＝10 V增加到U2＝12 V，求这个电容器的电容；如要使两极板电势差从U1＝10 V降到U2′＝6 V，则每个极板需减少多少电荷量？
电容的大小显然应取决于自身的结构，那么跟哪些因素有关呢？
静电计是在验电器的基础上制成的。从指针的偏转角就可以测出两个导体间的电势差。
平行板电容器的电容大小的决定因素探究
在电容器带电荷量Q不变的情况下，只改变电容器的极板正对面积S，板间距离d，板间电介质εr中的一个量．
实验方法：控制变量
1. 电量Q、正对面积S保持不变时
距离d越大，C越小
2.电量Q、距离d 保持不变时
正对面积S越大，C越大
3. Q、d、S保持不变时
插入介质，电容C越大
C和d成反比
C与S成正比
C与ε成正比
相对介电常数
正对面积
静电力常量
两极板间的距离
（平行板电容器）
电容器的电容是电容器本身的结构决定，与是否带电或与带电量的多少无关。
实验结论
三．平行板电容器的电容
几种电介质的介电常数
电介质 空气 石蜡 陶瓷 玻璃 云母
介电常数 1.0005 2.0~2.1 6 4~11 6~8
[典例]　(2021·湖南邵阳检测)工厂在生产纺织品、纸张等绝缘材料时为了实时监控其厚度，通常要在生产流水线上设置如图所示传感器。其中A、B为平行板电容器的上、下两个极板，上下位置均固定，且分别接在恒压直流电源的两极上。当流水线上通过的产品厚度增大时，下列说法正确的是(　　)
A．平行板电容器的电容减小
B．A、B两板间的电场强度增大
C．A、B两板上的电荷量变小
D．有电流从b向a流过灵敏电流计
[答案]　D
1． (2021·甘肃靖远期末)如图所示，已充电的平行板电容器两极板正对，极板A与静电计相连，极板B接地。若将极板B稍向上移，则(　　)
A．电容器的电容变大
B．电容器所带的电荷量变大
C．两极板间电场的电场强度不变
D．静电计指针偏转的角度变大
答案：D　
课堂练习
2.如图所示，把一个平行板电容器与一个静电计相连后，给电容器带上一定电荷量，静电计指针的偏转指示出的电容器两板间的电势差，现保持极板Ｍ不动，而要使静电计指针的偏角增大，可采用的办法是（　　）
　A.N板向右移一些
　B.N板向左移一些
　C.N板向上移一些
　D.在MN板间插入电介质
BC
N
M
课堂练习
电容式传感器
传感器是将所感受到的一种非电学物理量转换成便于检测的电学物理量的器件。常用于检测和自动控制。
导电液体
电介质
金属芯线
h
电介质
极板
极板
x
θ
动片
定片
待测压力F
固定电极
可动电极
课堂练习
1.传感器是把非电学量（如速度、温度、压力等）的变化转换成电学量变化的一种元件，在自动控制中有着相当广泛的应用。如图所示是一种测定液面高度的电容式传感器的示意，金属芯线与导电液体形成一个电容器，从电容C大小的变化就能反映液面的升降情况，两者的关系是（　　）
　A.C增大表示h增大
　B.C增大表示h减小
　C.C减小表示h减小
　D.C减小表示h增大
AC
导电液体
金属芯线
电解质
h
2．(多选)如图所示为某一机器人上的电容式位移传感器工作时的简化模型图。当被测物体在左右方向发生位移时，电介质板随之在电容器两极板之间移动，连接电容器的静电计会显示电容器电压的变化，进而能测出电容的变化，最后就能探测到物体位移的变化，若静电计上的指针偏角为θ，则被测物体 (　　)
A．向左移动时，θ增大　　
B．向右移动时，θ增大
C．向左移动时，θ减小
D．向右移动时，θ减小
BC
4．传感器在各种领域中有着广泛应用，是自动控制设备中不可缺少的元件。如图所示为几种电容式传感器，其中通过改变电容器极板间距而引起电容变化的是(　　)
C
从电容器的包装上我们可以得到该电容的那些信息
电容器的主要性能指标
电容量
额定电压
工作电压≤额定电压<击穿电压
电容器使用时应注意的问题
1. 电容器的击穿电压
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，电容器损坏，这个极限电压称为击穿电压。
2. 电容器的额定电压
电容器长期工作时所能承受的电压。
电容器外壳上标的就是额定电压，它比
击穿电压要低。
3. 电解电容器的极性
例3. 某电容器上标有“1.5 μF 9 V”的字样，则 (　　)
A. 该电容器所带电荷量不能超过 1.5×10－6 C
B. 该电容器所加电压不能超过 9 V
C. 该电容器击穿电压为 9 V
D. 当给该电容器加 4.5 V 的电压时，它的电容值变为0.75 μF
B
课堂练习
1.某电解电容器上标有“36Ｖ，3×10-5F”的字样，下列说法正确的是（　　）
　A.增加1V的电压，需增加电量3×10-5C
　B.此电容器必须加36V的电压，才能工作
　C.工作电压是36V时，电容才是3×10-5F
　D.使用时，须考虑引线的极性
AD
例4. 如图所示，是一个由电池、电阻 R 与平行板电容器组成的串联电路，在增大电容器两极板间距离的过程中 (　　)
一、电容器充放电问题
A. 电阻 R 中没有电流
B. 电容器的电容变小
C. 电阻 R 中有从 a 流向 b 的电流
D. 电阻 R 中有从 b 流向 a 的电流
BC
1.主要的理论公式
（1）、平行板电容器的电容C与板距d、正对面积S、
介质介电常数ε间的关系
（2）、平行板电容器内部是匀强电场,所以场强
（3)、电容器所带电荷量：
二、平行板电容器的动态分析
E=U/d
Q=CU.
2.电容器的动态分析的两种情况
(1)电压（U）一定：（电键闭合，始终与电源相连接）
＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋
－ － － － － －
＋Q
－Q
d增大，U、Q、E怎样变化？
若减小呢？
将S减小，U、Q、E？
（2）电键断开，（Q一定）
将d增大，U、Q、E怎样变化？
将S减小，U、Q、E？
①平行板电容器充电后，继续保持电容器的两极板与电源相连，在这种情况下，电容器两板间电势差U不变．
板间场强E只与板间距d有关
②平行板电容器充电后，切断与电源的连接。电容器所带电荷量Q不变
板间电场E与只与板间距d无关
二级结论：
例5. 平行板电容器充电后，与电池两极断开连接，当两极板间的距离减小时（ ）
A. 电容器的电容 C 变大
B. 电容器极板的带电量 Q 变大
C. 电容器两极间的电势差 U 变大
D. 电容器两极板间的电场强度 E 不变
AD
例6、如图所示，用电池对电容器充电，电路a、b之间接有一灵敏电流表，两极板之间有一个电荷q处于静止状态。现将两极板的间距变大，则（　　）
　A.电荷将向上加速运动
　B.电荷将向下加速运动
　C.电流表中将有从a到b的电流
　D.电流表中将有从b到a的电流
BD
2． (多选)如图所示，两块水平放置的平行正对的金属板a、b与电源E相连，在与两板等距离的M点有一个带电液滴恰处于静止状态。若将b板向上平移一小段距离，但仍在M点下方，下列说法中正确的是 (　)
A．液滴仍将处于静止状态
B．M点电势升高
C．带电液滴在M点的电势能增大
D．在b板移动前后两种情况下，若将液滴从a板移到b板，电场力做功相同
CD　
1.水平放置的平行板电容器与一电池相连，在电容器的两板间有一带正电的质点处于静止状态，现将电容器两板间的距离增大，则( 　　)
A.电容变大，质点向上运动
B.电容变大，质点向下运动
C.电容变小，质点保持静止
D.电容变小，质点向下运动
Ｄ
课堂练习
2.一平行板电容器充电后与电源断开，负极板接地，在两极板间有一正电荷（电量很小）固定在P点。如图所示，用E表示两极板间场强，U表示电容器的电压，EP表示正电荷在P点的电势能，若保持负极板不动，将正极板移到图中虚线所示的位置，则（　　）
　A.U变小，E不变
　B.E变大， EP不变
　C.U变小，EP不变
　D.U不变，EP不变
AC
＋
P
－
3、如图所示，平行板电容器经开关S与电池连接，a处有一电荷量非常小的点电荷，S是闭合的，φa表示a点的电势，F表示点电荷受到的电场力.现将电容器的B板向下稍微移动，使两板间的距离增大，则（ ）
A．φa变大，F变大
B．φa变大，F变小
C．φa不变，F不变
D．φa不变，F变小
4.如图所示，两板间距离为d的平行板电容器与一电源连接，开关Ｓ闭合后，电容器两极板间有一质量为m，电荷量为q的粒子静止不动，下列叙述正确的是( 　　)
A.粒子带的是正电
B.电源电动势的大小等于mgd/q
C.断开开关Ｓ，粒子向下做加速运动
D.保持开关Ｓ闭合，把电容器极板距离增大，粒子将向下做加速运动
ＢＤ
Ｓ
常用电容器 电解电容器 可变电容器
五、电容器使用时注意的问题
工作电压≤额定电压<击穿电压
电解电容器有极性，正负极不能接反，不能接交流电
六、平行板电容器的动态分析