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第二章 电势能与电势差
电容器 电容
2.作用：
两个互相靠近彼此绝缘的导体。
一.电容器
电容器能贮藏电量和能量 .
1.组成：
平行板电容器
在两个正对的平行金属板中间夹上一层绝缘物质——电介质，就组成一个平行板电容器。
最简单的电容器：
两极
电介质
新课讲授
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3.电容器的工作方式
(1)电容器的充电
把电容器的两个极板和电池的正负极相连,两个极板就分别带上了等量的异种电荷,这个过程叫充电.
一个极板上所带电量的绝对值叫电容器的电量Q.
充了电的电容,两极板间就存在匀强电场,两板电压U.
从电源获得的电能储存在电场中,这种能量叫电场能.
新课讲授
(2)充电过程特点:
当电容器充电结束,电容器所在电路中无电流,电容器两板间电压与电源电压相等.
1.有电流,电流方向流入电容器正极板,电流强度由大变小;
2.电容器所带电量增加;
3.电容器两极板电压升高;
4.电容器中匀强电场的场强增大;
5.电源的化学能转化为其它形式的能.
新课讲授
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(3)电容器的放电
把充电后的电容器两极板接通,两极板上的电荷中和,电容器不再带电,这个过程叫放电.
新课讲授
(4)放电过程特点:
1.有电流,电流方向流出电容器正极板,电流强度由大变小;
当电容器放电结束,电容器所在电路中无电流,电容器两板间电压等于零电容器中匀强电场的场强为零.
2.电容器所带电量减少;
3.电容器两极板电压降低;
4.电容器中匀强电场的场强减小;
5.电场能转化为其它形式的能.
3.电容器是储存电场能的装置
电容器的电荷量 Q ：一个极板所带电量的绝对值。
（1）若保持与电源连接，则板间电压 U 不变；
（2）若断开电源，则极板所带电量 Q 不变。
新课讲授
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？
议一议
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
议一议
怎样学好电容这个物理量？
1.引入目的:为了描述电容器本身容纳电荷本领大小的特性.
2.量度方式:
任意电容器电容的定义式(度量式).
电容器的电容等于两极板间每升高（或降低）1V增多（或减少）的电量。
二.电容
新课讲授
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4.矢标量:标量.
5.单位换算:
6.测量方法:根据电容的定义式(度量式)进行测量.
式中的各量均代入绝对值进行计算.
1C/V=1F(法拉)
1F=106μF=1012pF
标量.两个标量相除结果一定是标量.
3.决定因素:电容是电容器本身的一种属性,由电容器本身的物理条件决定。与电容器两极板是否带电、带电量的多少以及两板间的电压均无关。
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三．平行板电容器的电容
实验方法：控制变量法
实验原理: 充电后，切断电容器与电源的连接，电容器所带电荷量Q不变。当改变电容器的物理条件时,由电势差的变化根据电容的定义式就可以推知电容的变化.
实验器材:
静电计(电势差计)反映两极板之间的电压，电压越大，静电计的指针偏转的角度就越大。
大胆猜想: 平行板电容器的电容跟哪些因素有关系？
实验结论
实验公式
Q、S保持不变时，d越大，C越小
Q、 d 保持不变时， S越大，C越大
Q、d、S保持不变时， 插入介质，C越大
C和d成反比
C与S成正比
C与ε成正比
平行板电容器电容的决定式(函数式).
四.电容器种类
实用电容器的种类很多，可根据不同特点进行分类．
1、根据电容器极板形状分为： 平行板电容器、球形电容器、柱形电容器等．
2、根据电容器极板间电介质分为： 真空电容器、空气电容器、云母电容器、纸介电容器、陶瓷电容器、聚四氟乙烯电容器、电解电容器等．
3、根据电容器电容是否变化分为： 固定电容器、可变电容器、半可变电容器等．
五．常用电容器
铝电解电容器
六.电容器的两个重要参量：
电容器长期工作所能承受的电压，叫额定电压。
加在电容器两极上的极限电压叫击穿电压。
额定电压应低于击穿电压.
电容值和额定电压
思考题：某一电容器标有“100μF，200V”的含义？
七.电容器的应用
1.测角度的电容传感器
2.测夜面高度的电容传感器
4.测压力的电容传感器
3.测位移X的电容传感器
③根据电容器极板形状分为：平行板电容器、球形电容器、柱形电容器等
小结1 电容器
①电容值；②额定电压值。
电容传感器
1.分类
①根据电容器电容是否变化分为固定电容器、可变电容器和半可变电容器等。
②根据电容器极板间电介质分为：真空电容器、空气电容器、云母电容器、纸介电容器、陶瓷电容器、聚四氟乙烯电容器、电解电容器等
2.电容器的两个重要参量
3.电容器的重要应用
通交流,阻直流;通高频,阻低频.
小结2 电容
1.引入目的:为了描述电容器本身容纳电荷本领大小的特性.
2.量度方式:
任意电容器电容的定义式(度量式).
3.决定因素:电容是电容器本身的一种属性,由电容器本身的物理条件决定。与电容器两极板是否带电、带电量的多少以及两板间的电势差均无关。
平行板电容器电容的决定式(函数式).
4.矢标量:标量.
5.单位换算:
6.测量方法:根据电容的定义式(度量式)进行测量.
式中的各量均是标量, 代绝对值进行计算.
1C/V=1F(法拉)
1F=106μF=1012pF
标量.两个标量的运算结果一定是标量.
电容器 电容
专题
(1)电容器的充电(放电)
当电容器充电(放电)结束,电容器所在电路中无电流,电容器两板间电压(等于零)与电源电压相等.
1.有电流,电流方向流入(出)电容器正极板,电流强度由大变小;
2.电容器所带电量增加(减少);
3.电容器两极板电压升高(降低);
4.电容器中匀强电场的场强增大(减小);
5.电源的化学能转化为电容器中匀强电场的电场能.(匀强电场的电场能转化为其它形式的能. )
专题一理解电容器的充电和放电过程及其特点
放电过程实际是正、负电荷中和的过程 .
1．如图所示，S闭合的瞬间和平行板电容器充电稳定后增大两极板距离的过程中，对电阻R来说，有无电流通过，如果有，方向怎样
·
A
B
R
S
C
·
·
·
·
（1）R上有从A到B的电流
过程一:电源给电容器充电,R上有从A到B的电流,当电容器的电压等于电源电压时,充电结束,电容器的上、下极板带等量正、负电荷。
过程二:当增大两板距离时,电容器的电容减小；当电路稳定后,电容器的电压跟电源的电压相等,说明电容器的电量减小,因此在增大两极板距离的过程中,电容器放电,R上有从B到A的电流.
（2）R上有从B到A的电流.
专题二对电容器电容的两个公式的理解
任意电容器电容的定义式(度量式).
平行板电容器电容的决定式(函数式).
对一个确定的电容器,其电容已确定,不会随其带电量和两板电压的改变而改变.
平行板电容器电容的大小由ε、s和d共同决定.
2．如图所示，把平行板电容器的两板分别和电源的正、负极相接，两板相距 d ，电源电压为 U ，电容器电容为 C 。将电键 K 闭合 ，将 A 板向上移，使AB板间的距离为2d ，通过电源的电量为多大？
A
B
S
·
·
过程一:电源给电容器充电,电容器所带电量即通过电源的电量为
U不变
ε、S不变
过程二:电容器放电, 放电过程中通过电源的电量为CU/2
1．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：
Q
C
Q
O
A
C
U
O
B
Q
U
O
C
C
O
D
BCD
任意电容器电容的定义式(度量式).
任意电容器电量的决定式(函数式).
构建和谐社会
2．有一充电的平行板电容器，两板间电压为3V，现使它的电量减少3×10－4 C是电容器两极间电压降为原来的1/3此电容器的电容是_________μF，电容器原来的带电量是__________C，若电容器极板上的电量全部放掉，电容器的电容是________μF.
150
150
当电压降为原来的1/3即为1V时,电压的减小量为2V
Q
U
O
·
·
(U1 Q1)
U1
U2
Q1
(U2 Q2)
Q2
ΔQ
ΔU
电容器的电容等于两极板间每升高（或降低）1V增多（或减少）的电量。
注意区分状态量和过程量.
3．如图所示，平行金属板A、B组成的电容器，充电后与静电计相连.要使静电计指针张角变大 ，下列措施中可行的是： A.将A板向上移动 B.将B板向右移动 C.将A、B之间充满电介质 D.将A板放走部分电荷
A B
ABC. 电容器充电后与电源切断联系,电量Q不变.
D.
C不变
讨论问题,先看常量,再看变量.
A
B
·
·
Ε(S、d)的变化
C的变化
U的变化
Q变小
Q不变
U变小
专题三平行板电容器的Q、U、C、E动态分析
解题程序:1. 写出上述三个公式;2.先看常量，后看变量;3,在变量中先看自变量，后看因变量,进而确定函数关系;4.先定性分析,再定量计算.
第二类问题:平行板电容器充电后，继续保持电容器两极板与电池两极相连接，两板间的电压U保持不变。
物理依据
任意电容器电容的定义式(度量式).
平行板电容器电容的决定式(函数式).
匀强电场场强的度量式.
第一类问题:平行板电容器充电后，切断与电源的连接，电容器的带电量Q保持不变。
1．两块平行金属板带等量异号电荷，要使两板间的电压加倍， 而板间的电场强度减半，可采用的办法有：
A.两板的电量加倍，而距离变为原来的4倍
B.两板的电量加倍，而距离变为原来的2倍
C.两板的电量减半，而距离变为原来的4倍
D.两板的电量减半，而距离变为原来的2倍
C
ε、S不变
讨论平行板电容器的Q 、U、 C 、E的动态变化,应该先看常量,后看变量,并且注意度量式和决定式物理意义的不同.
理论根据
2．连接在电池两极上的平行板电容器，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变大
ABD
ε、S不变
d减小
C变大
U不变
Q变大
U不变
E变大
第二类问题:U不变
3．一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，ε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， ε不变 C.U变小， ε不变 U不变， ε不变
+
P
·
AC
场强E不变，P点到下极板间的距离不变，P点与零势面的电势差不变, 把点电荷从P点移到零势面电场力所做的功不变,故点电荷在P点的电势能ε不变．
d减小
ε、S不变
C变大
Q不变
U减小
与d无关.
第一类问题:Q不变
推论:当Q一定时,改变d,场强不变.
专题四电容传感器
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.
F
θ
S
H
传感器：非电学量→传感器→电学量
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
h增大
S增大
正对面积意义
ε、d不变
C增大
非电学量
电学量
传感器
3.思考讨论
(1)电容器充电后保持和电源连接
U不变
C减小
d增大
E=U/d减小
Q=UC减小
C增大
Q=UC增大
s增大
E=U/d不变
(2)电容器充电后断开和电源连接
Q不变
d增大
C减小
U=Q/C增大
E=U/d不变
s增大
C增大
U=Q/C减小
E=U/d减小
八.平行板电容器的U、 Q 、 C 、 E动态分析
(1)平行板电容器充电后，继续保持电容器两极板与电池两极相连接，两板间的电压U保持不变,
(2)平行板电容器充电后，切断与电源的连接，电容器的带电量Q保持不变.
1.理论根据
2.两种情况
备份
