物理人教版（2019）必修第三册10.4 电容器的电容（共58张ppt）

(共58张PPT)
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”
问题1：它内部的构造是怎样的？
问题2：它是怎样“装进”和“倒出”电荷的呢？
——电容器。
第十章
静电场中的能量
10.4电容器的电容
与电阻一样，电容器是电路中最常见的元件之一。
生活中常见的电容器：
大小不一，形状各异
电容器的里面是什么样呢？
电介质
极板
它们的构造有什么共同点？
绝缘纸
导电纸
导电纸
想一想
早在1746年，荷兰的物理学家就发明了一种可存储电荷的小器件，称为莱顿瓶。富兰克林就是利用莱顿瓶收集来自雷电的电荷，完成许多电学实验的。它的基本构造是一个内外壁分别贴有锡箔的玻璃瓶。
右图是实验室拆开的纸质电容器。它是由两层导电纸和隔开它们的绝缘纸组成的。
莱顿瓶（1746年 荷兰 ）
拆开的纸质电容器
一、电容器
1.定义：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。
两个彼此绝缘又相距很近的导体
如：平行板电容器（最简单的电容器）
两块平行金属板-------------极板。
中间的绝缘物质-------------电介质
（例：空气）
电容器的极板
电容器的极板
电介质
2.构造：
开关先后接1和2，会看到什么现象？
想一想
3 .电容器的充电和放电
一、电容器
阅读P38de的实验
观察实验，并记录表格.
两极板间的电势差增大还是减小 通过图中电流表的电流方向向左还是向右 电流增大还是减小
开关 接1
开关 接2
两极板间的电势差增大还是减小 通过图中电流表的电流方向向左还是向右 电流增大还是减小
开关 接1 增大直到稳定
充电过程
两极板间的电势差增大还是减小 通过图中电流表的电流方向向左还是向右 电流增大还是减小
开关 接1 增大直到稳定 向右
I
—
—
+
-
充电过程
两极板间的电势差增大还是减小 通过图中电流表的电流方向向左还是向右 电流增大还是减小
开关 接1 增大直到稳定 向右 减小直至为0
充电过程
I
—
—
+
-
两极板间的电势差增大还是减小 通过图中电流表的电流方向向左还是向右 电流增大还是减小
开关 接1 增大直到稳定 向右 减小直至为0
充电过程
能量是如何转化的？
I
—
—
+
-
两极板间的电势差增大还是减小 通过图中电流表的电流方向向左还是向右 电流增大还是减小
开关 接1 增大直到稳定 向右 减小直至为0
充电过程
“装进”电荷
建立电场
储存电势能（来自电源）
I
—
—
+
-
一、电容器
（1）电容器的充电：
＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋
－ － － － － － － －
＋Q
－Q
将电容器两个极板带上等量异种电荷的过程，叫电容器的充电。
正极板
负极板
有短暂的电流
两极间有电场
两板分别带等量异种电荷，每个极板带电量的绝对值叫电容器的带电量。
E
3.电容器的充、放电现象
电容器充电的过程中，两极板的电荷量增加，极板间的电场强度增大，电源的能量不断储存在电容器中。
充电：将电容器两极板分别接在电池两端：（开关S接1）
充电过程中：
①电压表示数逐渐增大。
②有短暂电流，方向由电源正极流出的电流方向，电流由大到小直到为0。
③电容器所带电荷量增加、两极板间电势差增大、电容器中电场强度增强。
充电结束：
电容器所在电路中无电流、两极板间电势差与电源电压相等、两极板之间形成匀强电场、两极板带有等量异种电荷。 电容器充电后，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
能量转化：电源电能→ 电容器电势能。
开关接2时，又发生了什么变化？
想一想
两极板间的电势差增大还是减小 通过图中电流表的电流方向向左还是向右 电流增大还是减小
开关 接2 减小直至为 0 向左 减小直至为0
I
+
-
放电过程
“倒出”电荷
电场减弱
电势能转化为其他形式的能（焦耳热）
一、电容器
（2）电容器的放电：
＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋
－ － － － － － － －
＋Q
－Q
用导线将充电后的电容器两极接通，两极失去电荷的过程，叫电容器的放电。
在放电过程中导线上有短暂的电流产生
U=0
3.电容器的充、放电现象
放电的过程中，电容器把储存的能量通过电流做功转化为电路中其他形式的能量。
放电：充了电的电容器的两极板用导线相连：
（开关S接2）
放电过程中：
①电压表示数逐渐减，直到为0。
②有短暂电流，方向为从电容器正极板流出的电流方向，电流由大到小直到为0。
③电容器所带电荷量减少、两极板间电势差降低、电容器中电场强度减弱。
放电结束：
电容器所在电路中无电流、两极板不再带有电荷、两极板间电势差为零
能量转化：电容器电势能→ 其他形式能。
电流传感器
电压传感器
用传感器观察电容的充、放电过程
阅读P39拓展学习内容
问题1：什么样的容器能够“装进”电荷呢？
问题2：怎样“装进”和“倒出”电荷的呢？
问题3：电容器“装进”电荷的多少与什么有关？
电容器与水容器的类比
+ + + + + + + + + + + + + +
- - - - - - - - - - - - - - -
容纳储存电荷
容纳储存水
水量V
功能
储存量
电荷量Q
电容器的电容C
那电容器储存电荷的本领如何表征呢？
同一水容器：
h=1cm
V=1m3
h=2cm
V=2m3
比值：水桶截面积
h=1cm
V=1m3
h=1cm
V=4m3
S越大，容纳水的本领越强
不同的水容器：
S与V、h无关
储存本领的表征
高度h能否表征储存本领？
同一电容器：
是常量
比值
Q与U成正比
Q
2Q
U=1V
U=2V
实验表明：
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
储存本领的表征
电势差U能否表征储存本领？
1、同一电容器：
两极板所带电荷量Q与两极板间的电压U成正比
+ + + + + + + +
- - - - - - - -
Q
2Q
U
2U
实验表明：
2、不同的电容器：
+ + + +
- - - -
+ + + + + + + +
- - - - - - - -
U=1V
U=1V
Q
2Q
数值上等于单位电压下两极板所带的电荷量
不同的电容器 不同
二、电容
1.定义: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.定义式：
Q ---- 一个极板所带电荷量的绝对值
U ---- 电容器两极板间的电势差（电压）。
3.单位：
4.物理意义：描述电容器容纳电荷本领大小的物理量
法拉 简称：法（F）1F=106μF=1012pF
（比值定义法）
思考：电容C与Q、U是否成正反比关系？
5．对电容定义式 的理解
电容C与Q、U无关，不成正反比，C是由电容器自身的构造决定的，即使电容器不带电，其电容仍然存在，并且是一个确定的量．
(1)电容由电容器本身的构造决定
思考：Q、U图像是怎样的？斜率又代表什么含义？
定义式 得Q=CU，C为常量，表明 Q与U成正比．
(2)Q与U图像的斜率为电容器的电容C
1、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
电容器的电容与电量Q及电压U都无关，由电容器本身决定。
与水桶截面积S类似。
练一练
D
2、如图所示，将平行板电容器两极板分别接在电压是6V的电池组正负极，跟电池组负极相连的极板带电量为-9.0×10-8C ，则电容器的带电量为 C，电容器的电容为 PF。若将此电容器两极接电压12V的电池组正负极，电容器的电容为 PF。
＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋
－ － － － － － － －
＋Q
－Q
9.0×10-8
1.5×104
1.5×104
电容与电压U无关
练一练
击穿！！！
击穿电压和额定电压：
（1）加在电容器两极板上的电压不能超过某一个限度，超过这个限度，电介质将被击穿，这个电压称为击穿电压。
（2）电容器正常工作时两极板上的最大电压，称为额定电压。
额定电压比击穿电压低
外壳上标的电压是额定电压
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：
电容器正常工作时的最大电压
额定电压低于击穿电压
3、注意电解电容器的极性
1、固定电容器：
常用电容器
（1）聚苯乙烯电容器：
以聚苯乙烯薄膜为电介质，用两层铝箔为极板。
符号：
1、固定电容器：
常用电容器
＋
－
（2）电解电容器：
用铝箔做一个极板，以铝箔上很薄的一层氧化膜为电介质，用浸过电解液的纸做另一个极板。有正负极
符号：
电容较大
陶瓷
金属薄片
纸
陶瓷电容器
纸制电容器
2、可变电容器：
常用电容器
两极由两组铝片组成，固定的一组铝片叫做定片，可以转动的一组铝片叫做动片;空气为电介质。
转动动片，使两组铝片的正对面积发生变化，电容相应变化。
符号：
超级电容器是20世纪70年代根据电化学原理研发的一种新型电容器，它的出现使电容器的容量得到了巨大的提升。超级电容器的充电时间短，储存电能多，放电功率大，使用寿命长。这些优点展现了它作为新型动力电源的广阔发展前景
3.超级电容器
常用电容器
问题1：什么样的容器能够“装进”电荷呢？
问题2：怎样“装进”和“倒出”电荷的呢？
问题3：电容器“装进”电荷的多少与什么有关？
问题4：最简单的电容器（平行板电容器）电容与哪些因素有关？
二、电容
平行板电容器的电容
问题：平行板电容器的电容跟哪些因素有关呢？
平行板电容器组成结构
静电计在实验中起什么作用？
如何判断电容C的变化情况？
阅读P41面拓展学习内容
二、电容
平行板电容器的电容
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可能跟极板正对面积、距离和电介质等于因素有关。
实验电路：
静电计在实验中起什么作用？
测量电势差大小；静电计指针偏角越大，电势差越大。
如何判断电容C的变化情况？
静电计指针显示电势差大小，根据 ,判断C变化情况。
二、电容
两板间距离
两板正对面积
介电常数
真空εr=1
静电力常量
决定电容大小的因素：
平行板电容器的电容
二、电容
公式内容　　
公式特点
意义
联系
定义式(不成比例）
决定式（成比例）
反映容纳电荷的本领
反映了影响电容大小的因素
电容器容纳电荷的本领由Q/U来量度，由本身的结构(如平行板电容器的εr、S、d等因素)来决定
（1）定电压问题：若两极板充电后保持跟电源相连——U保持不变
平行板电容器的两类问题
当电容器的d、S、εr变化时，将引起电容器的C、Q、E的变化，即：
（2）定电荷量问题：若两极板充电后与电源断开——Q保持不变
平行板电容器的两类问题
当电容器的d、S、εr变化时，将引起电容器的C、U、E的变化，即：
问题1：什么样的容器能够“装进”电荷呢？
问题2：怎样“装进”和“倒出”电荷的呢？
问题3：电容器“装进”电荷的多少与什么有关？
问题4：最简单的电容器（平行板电容器）电容与哪些因素有关？
问题5：常用的电容器有哪些？使用中需要注意什么？
三、常用电容器
1.固定电容器：
（1）聚苯乙烯电容器：
以聚苯乙烯薄膜为电介质，两层铝箔为极板。
符号：
（2）电解电容器：
用铝箔做一个极板，以铝箔上很薄的一层氧化膜为电介质，用浸过电解液的纸做另一个极板。
符号：
+
-
三、常用电容器
2.可变电容器：
两极由两组铝片组成，固定的一组铝片叫作定片；可以转动的一组铝片叫作动片;空气为电介质。
转动动片，使两组铝片的正对面积发生变化，电容相应变化。
符号：
超级电容器是20世纪70年代根据电化学原理研发的一种新型电容器，它的出现使电容器的容量得到了巨大的提升。超级电容器的充电时间短，储存电能多，放电功率大，使用寿命长。这些优点展现了它作为新型动力电源的广阔发展前景
3.超级电容器
三、常用电容器
电容器的击穿电压与工作电压
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。
三、常用电容器
电容器
充电
放电
电容
平行板电容器电容
数学表达式
（决定式）
平行电容器的动态分析
单位：法拉F
（定义式）
数学表达式
（1）有一个已充电的电容器，两极板之间的电势差为3 V，所带电荷量为4.5×10 -4 C，此电容器的电容是多少？
根据，可得 F=1.5 10 -4 F
算一算
（2）将上述电容器两极板间的电势差降为2 V，电容器的电容是多少？所带电荷量是多少？
若电容器两极板间的电势差降为2V，电容器的电容不会改变，仍为1.5 10-4 F，
电容器所带的电荷量
Q=CU= 1.5 10 -4 2 C= 3.0 10 -4 C
算一算
（3）若该电容器的击穿电压是10 V，则它所带的电荷量不会超过多少？
=1.5 10 -4 10 C= 1.5 10 -3 C
算一算
2、研究与平行板电容器电容有关因素的实验装置如图所示,下列说法正确的是(　　)
A.实验前,只用带电玻璃棒与电容器a板接触,能使电容器带电
B.实验中,只将电容器b板向上平移,静电计指针的张角变小
C.实验中,只在极板间插入有机玻璃板,静电计指针的张角变大
D.实验中,只增加极板带电量,静电计指针的张角变大,表明电容增大
A
3、(多选)如图所示,电路中A、B为两块竖直放置的金属板,C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张角增大的是 (　　)
A.使A、B两板靠近一些
B.使A、B两板正对面积减小一些
C.断开S后,使B板向右平移一些
D.断开S后,使A、B正对面积减小一些
CD