10.4电容器的电容-2021-2022学年高二物理上学期人教版（2019）必修第三册(共35张PPT)

(共35张PPT)
第4节、电容器的电容
问题？
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，它内部的构造是怎样的？它是怎样“装进”和“倒出”电荷的呢？
一、电容器
1、电容器（capacitor）是一种重要的电学元件。
2、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。
一、电容器
3、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。这两个导体称为电容器的电极。
观察纸介质电容器的构造
该元件有两片锡箔（导体），中间是一层薄纸(绝缘体）
一、电容器
4、电容器的充、放电现象
把直流电源、电阻、电容器、电流表、电压表以及单刀双掷开关组装成实验电路（图10.4-1）
一、电容器
（1）、观察电容器的充电现象
把开关S 接1，此时电源给电容器充电。在充电过程中，可以看到电压表示数迅速增大，随后逐渐稳定在某一数值，表示电容器两极板具有一定的电势差。通过观察电流表指针偏向可以知道，充电时电流由电源的正极流向电容器的正极板。
电容器充电时，
电流流进电容器
的正极板。
一、电容器
（1）、观察电容器的充电现象
同时，电流从电容器的负极板流向电源的负极。随着两极板之间电势差的增大，充电电流逐渐减小至0，此时电容器两极板带有一定的等量异种电荷。即使断开电源，两极板上的电荷由于相互吸引而仍然被保存在电容器中。
一、电容器
（2）、观察电容器的放电现象
再把开关S接2，电容器对电阻R放电。观察电流表指针偏向可以知道，放电电流由电容器的正极板经过电阻R流向电容器的负极板，正负电荷中和。此时两极板所带的电荷量减小，电势差减小，放电电流也减小，最后两极板电势差以及放电电流都等于0。
电容器放电时，
电流从电容器
的正极板流出。
一、电容器
1）充电：
充电过程两极板带等量的异种电荷且不断增加，
2）放电：
使电容器带上电荷的过程
使电容器两极板电荷中和的过程
充电过程：电源的能量不断转化为电场能且储存在电容器中
放电时：电容器把储存的电场能通过电流做功转化为电路中其它形式的能量
3、电容器充电后，保持与电源连接，两极间的电压不变
电容器充电后，切断与电源连接，两极的带电量不变
（3）、电容器的充、放电时的能量转化问题
充电过程两极板电场强度也不断增加，
一、电容器
5、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。照图10.4-2 甲连接电路。电源用直流8 V左右，电容器可选几十微法的电解电容器。
一、电容器
5、用传感器观察电容器的放电过程
先使开关S 与1 端相连，电源向电容器充电，这个过程可在短时间内完成。然后把开关S 掷向2 端，电容器通过电阻R 放电，传感器将电流信息传入计算机，屏幕上显示出放电电流随时间变化
的I-t 图像（图10.4-2 乙）。
一、电容器
5、用传感器观察电容器的放电过程
一、电容器
5、用传感器观察电容器的放电过程
一位同学得到的I-t 图像如图10.4-3 所示，电源电压是8 V。
（1）在图中画一个竖立的狭长矩形（在图10.4-3的最左边），它的面积的物理意义是什么？
表示在0.2s内电容器放出的电荷量
一、电容器
5、用传感器观察电容器的放电过程
（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。
数格子数，41或42小格，3.36×10-3C
一、电容器
5、用传感器观察电容器的放电过程
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？
二、电容
在图10.4-1 电容器充电的实验中，我们看到，电容器两极板之间的电势差增大时，电流表的示数不为0，（即存在充电电流）这表明电容器所带的电荷量也在增加。那么，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呢？
二、电容
1、探究电容器两极板间电势差跟所带电荷量的关系
实验电路图如左图 所示。取一个电容器A 和数字电压表相连，把开关S1 接1，用几节干电池串联后给A充电，可以看到A 充电后两极板具有一定的电压。
二、电容
1、探究电容器两极板间电势差跟所带电荷量的关系
把开关S1 接2，使另一个相同的但不带电的电容器B跟A并联（注意不要让手或其他导体跟电容器的两极板接触，以免所带电荷漏失）
可以看到电压表示数变为原来的一半；断开开关S1，闭合开关S2，让B 的两极板完全放电，随后再断开开关S2，把B 和A 并联，电压表示数再次减少一半。 还可以继续这样操作……
二、电容
1、探究电容器两极板间电势差跟所带电荷量的关系
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。
以上实验表明，电容器的电荷量变为原来的一半时，其两极板间的电势差也变为原来的一半。
二.电容
1、电容器所带电量Q与电容器两极板间的电势差U的比值，叫电容器的电容。符号C。
2、电容的定义式:
Q指任意一个极板所带电量的绝对值,
U表示电容器两板的电势差—电压
二.电容
3、理解：
上式表示，电容器的电容在数值上等于使两极板间
的电势差为1 V 时电容器需要带的电荷量，电荷量越多，表示电容器的电容越大。这类似于用不同的容器装水。如图10.4-5，要使容器中的水深都为1 cm，横截面积大的容器需要的水多。
1）电容是表征电容器容纳电荷本领大小的物理量
二.电容
3、理解：
2）单位：法拉，简称法，符号是F。如果一个电容器带1 C 的电荷量时，两极板之间的电势差是1 V，这个电容器的电容就是1 F。
1F=1×106 F= 1×1012PF
3)电容器的电容与Q、U无关，由电容器本身
的结构决定。
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。这个极限电压叫作击穿电压。电容器外壳上标的是工作电压，或称额定电压，这个数值比击穿电压低。
4）公式变形：Q=CU
（同一电容器，Q与U成正比）
例1、某电容器一极板上带电量-1.0×10-5c，两板间电势差为1V，则电容器电容 F，相当于 F，若其充电量加倍，则电容
为 F，两极板间电势差为 。若电容器不带电时，则电容为 F 。
1.0×10-5
10
10
2V
10
2、对于给定的电容器，在电容C、带电量Q、两板间电势差U的相互关系中，下列图中正确的是　( ） 　
ACE
影响平行板电容器电容的因素
1）电容C与正对面积成正比
C∝S
2）电容C与两极板间距成反比
C∝1/d
3）电容C与介质常数成正比
C∝ε
平行板电容的决定式
三、平行板电容器的电容
四、常见电容器
固定电容器
可变电容器
薄膜电容器
电解电容器
以 改变正对面积S来改变电容C
符号
+
-
电容器的规格“200PF，6V”的含义：
1）该电容器的工作电压（或称额定电压）为6V
（该电容器的击穿电压大于6V）
平行板电容器充电后，切断与电源的连接。如增大d，则Q 、 C、 U、E分别如何改变 ？
例3、平行板电容器充电后，保持电容器的两极板与电源相连，如增大两板间距d，则电容器板间电势差U、电容C、电容器所带电量Q，板间场强E分别如何改变？
充电后，继续保持电容器与电源相连，电容器两板间电势差U不变.如增大d，则由C 将减小，知Q减小，依E=U/d，E将减小。
Q不变、 C变小、 U变大、E不变
例4、如图所示，由两块相互靠近的平行金属板组成的平行板电容器的极板N与静电计相接，极板M接地。用静电计测量平行板电容器两极板间的电势差U。在两板相距一定距离d时，给电容器充电，静电计指针张开一定角度。在整个实验过程中，保持电容器所带电量Q不变，下面哪些操作将使静电计指针张角变小（ ）
A．将M板向下平移
B．将M板沿水平向左方向远离N板
C．将M板沿水平向右方向靠近N板
D．拔出M、N之间的云母板（介电常数ε>1）
C
例5．如图所示，两块平行金属板正对水平放置，两板分别与电源正、负极相连．当开关闭合时，一带电液滴恰好静止在两板间的M点．则(　 　)．
A．当开关闭合时，若减小两板间距，液滴仍静止
B．当开关闭合时，若增大两板间距，液滴将下降
C．开关再断开后，若减小两板间距，液滴仍静止
D．开关再断开后，若增大两板间距，液滴将下降
BC
例6．(多选)如图所示，平行板电容器与电动势为E′的直流电源(内阻不计)连接，下极板接地，静电计所带电荷量很少，可被忽略．一带负电油滴被固定于电容器中的P点．现将平行板电容器的下极板竖直向下移动一小段距离，则(　 　)．
A．平行板电容器的电容将变小
B．静电计指针张角变小
C．带电油滴的电势能将减少
D．若先将上极板与电源正极的导线断开，再将下极板向下移动一小段距离，则带电油滴所受电场力不变
ACD
AD
例7．平行板电容器下板接地，两板与电源相连，b为正中央的点，将不带电的厚金属板插入两板正中间的如图所示位置后，a、b、c三点场强及电势变化情况为（ ）
A．Ea= Ec 且均增大，Eb减为零
B．Uc>Ub>Ua，且三点电势均减小
C．Ea= Ec且不变，Eb减为零
D．Uc>Ub>Ua，且Uc减小，Ub减小，Ua增大