物理人教版（2019）必修第三册10.4电容器的电容（共33张ppt）

(共33张PPT)
电容器是一种储能元件，在电路中用于调谐、滤波、耦合、旁路、能量转换和延时。按其结构可分为固定电容器、半可变电容器、可变电容器三种。
第四节 电容器的电容
静电力：
电场强度：
静电力做功：
电势能：
电势：
电势差：
【知识回顾】
【新课导入】
水可以用容器储存起来，电荷是不是也可以用一个“容器”储存起来呢？
真有这样的“容器” （容电器）—电容器。
闪光灯
说明：照相机的闪光灯，在不到0.001s的短暂时间内发出强烈闪光，瞬间电流很大，各种电池都不能承受。在实际中，常常用电容器帮助闪光灯实现它的功能。
多媒体实验室
闪光灯的内部结构
电容器
电容器的应用
点击任意图片
一、电容器
平行板电容器
电介质
电容器的极板
电容器的极板
1、构造：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），就构成了一个最简单的电容器，叫做平行板电容器。
任何两个彼此绝缘又相互靠近的导体都可以构成电容器。
2、电路图符号：
3 、作用：储存电荷
问题：如何往电容器内“装入”和倒出电荷呢？
二、电容器的充放电
电容器充放电实验
（1）充电：使电容器的两个极板分别带上等量的异种电荷，这个过程叫充电。
U
+ + + + + +
-Q
+Q
- - - - - -
G
充电过程是电能转化为电场能的过程。
电容器的带电量：单个极板所带的电荷量的绝对值。
电容器充放电实验
（2）放电：已经充电的电容器两极板上的电荷的中和过程，叫放电。
+ + + + + +
Q
+Q
U
G
放电过程是电场能转化为电能的过程。
把开关S接1，电源给电容器充电，电容器两极所带电荷量逐渐增大，电流（顺时针方向）一开始很大，后逐渐减小，电压表示数增大，当电流表示数为0，电压表示数不变时，电容器充电结束。Q增大、U增大、E增大，电源的电能转化为电容器的电场能，储存在电容器中，充满后均不再变化。
阅读课本P38-39思考：
1.充、放电时电流恒定吗？
2.电流如何变化？
3.电容器两端电势差（电压）如何变化？
4.电容器带电量如何变化？
5.电容器的场强如何变化？
把开关S接2，电容器对电阻R放电。观察电流表可以知道，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。Q减小、U减小、E减小，电容器的电能转化为电路的电能。
不论是充电还是放电，电流都是一开始很大，之后逐渐减小。
课本P43 1
减小
减小
2
1
减小
增大
电场能转化电能
电能转化电场能
放电
充电
思考：I-t图线与横轴所围面积的物理意义是什么？
做一做
思考：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。
算出每一个格子的面积，大于半格算一个，小于半格舍去，图象所包含的格子的面积为释放的电荷量。
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？
思 考
充电：Q增大、U增大、E增大、i减小
放电：Q减小、U减小、E减小、i减小
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：如何测量两极板间的电势差？
问题3：如何测量或控制两极板上的电荷量？
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；
电荷量 Q Q/2 Q/4 Q/8 Q/16
电压 U U/2 U/4 U/8 U/16
3．断开 S1，闭合 S2，将电容器 B 完全放电；
4．重复做步骤 2、3 四次。
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
U
++++++++
--------
Q
d=1cm
类比法
同一电容器：
不同的电容器：
+ + + +
- - - -
+ + + + + + + +
- - - - - - - -
U=1V
U=1V
Q
2Q
C越大，容纳电荷的本领越强
C与Q、U无关
如何理解：电容是电容器储存（容纳）电荷本领的物理量？
①一个装满水的容积为1L的水杯，和一个没有水的容积为2L的水杯比较，装水本领依然是2L的水杯大。
②绝对不能把电容理解成储存电荷多少的物理量。
+ + + +
- - - -
+ + + + + + + +
- - - - - - - -
U=1V
U=1V
Q
2Q
三、电容
1.定义：
电容器所带电量 Q 与电容器两极板间电势差U 的比值。（符号：C）
2.定义式：
在数值上等于使电容器两极板间的电势差增加1V所需要增加的电荷量。
3.单位：
4.物理意义：
描述电容器容纳电荷的本领。
电容越大，表明在相同电势差情况下，电容器所带的电荷越多。
法拉，简称法，符号F，常用单位微法（ F）和皮法（pF）
1 F=1×10-6F，1pF=1×10-12F
5.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。
6.额定电压：
电容器长期正常工作时所能承受的最大电压。电容器外壳上标的就是额定电压和电容，它比击穿电压要低。
例： 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
1.某一电容器标注的是：“300V，5μF”，则下述说法正确的是 ( )
　A．该电容器可在300V以下电压正常工作
　B．该电容器只能在300V电压时正常工作
　C．电压是200V时，电容仍是5μF
　D．使用时只需考虑工作电压，不必考虑电容器的引出线与电源的哪个极相连
练一练
AC
2.一个电容器带电量为Q时，两极板间的电压为U，若使其带电量增加4×10-7C，电势差则增加20V，则它的电容是( )
A.1×10-8F B.2×10-8F
C.4×10-8F D.8×10-8F
B
练一练
思考：①为什么S2断开，S1接2，A电容器的电量变为Q/2，B的电量由0增加到Q/2？
电荷数守恒
充电结束时应满足的条件：UA=UB
思考：②若CA=2CB,S2断开，S1接2，A电容器和B电容器的电量分别为多少？
问题：平行板电容器的电容跟哪些因素有关呢？
猜想与假设：
平行板电容器的电容C可能跟极板 、
、 有关。
正对面积
距离
电介质
Q、S、ε保持不变时，d越大，C越小
Q、 d 、ε保持不变时， S越大，C越大
Q、d、S保持不变时， 插入介质，C变大
实验表明：静电计的指针偏转的角度越大，两极板之间的电压就越大。
根据公式
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
理论及实验表明：平行板电容器两极板间的正对面积S越大，电容C越大；极板间距离d越大，电容C越小；插入电介质电容C增大
平行板电容器的电容公式：
练：在研究影响平行板电容器电容大小因素的实验中，如图所示，把一个平行板电容器与一个静电计相连接后，给电容器带上一定电量，静电计指针的偏转指示出电容器两板间的电势差的变化，现保持B极板不动，而要使静电计指针的偏角增大，可采取的办法是（　　）
A．A板向右移一些
B．A板向左移一些
C．在MN之间插入一片薄金属板
D．在MN之间插入一片有机玻璃板
B
如图所示，把一个平行板电容器接在电压U=10V的电源上，现进行下列四步动作：
(1)合上S；
(2)在两板中央插入厚为d/2的金属板；
(3)打开S；
(4)抽出金属板.
则此时电容器两板间电势差为( )
20V
挑战性学习
２、电容器的充放电　　　　　　　　　　　　　
二、
电
容
三、平行板电容器：
１、定义：
充电：使原本不带电的两板带
上等量异种电荷的过程
放电： 使充电后的电容器电荷
中和失去电荷的过程
小结：
１、定义：两块彼此靠近又互相绝缘的导体组成的器件。
一、
电
容　　　器
２、表达式：Ｃ＝Ｑ／Ｕ　　
３、物理意义：反映电容器容纳电荷量本领的强弱
４、国际单位：法拉或法（F）
四、电容器的种类
电容器　电容