2022-2023学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册 10.4电容器的电容 课件 (共31张PPT）

电容器的电容
一个世纪以来，科学家们一直用静电发生器产生静电。但怎样能储存电荷呢？这可难坏了当时的科学家们。

1746年 马森·布洛克
莱顿瓶
起电机
莱顿瓶
玻璃瓶内外两层锡箔
电路板上的电容器
平板的电容屏
与电阻一样，电容器也是电路中最常见的元件之一，在生活中有广泛应用。
想一想：它们的构造有什么共同点？
共同点：都是在两个导体间充填绝缘体
莱顿瓶
纸质电容器
一、电容器
1.电容器的构造
金属板
金属板
极板
极板
平行板电容器
绝缘物质
两个彼此绝缘、又相互靠近的导体
电容器符号
（电介质）
一、电容器
想一想：电容器是怎样“装进”和“倒出”电荷的呢？
实验探究1：电容器充电和放电的规律
问题1：会有电流吗？
问题2：电流的方向相 同吗？
问题3：电流会一直存在吗？
一、电容器
2.电容器的充放电
{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}
电流方向
电流大小变化
电压表大小变化
能量转化
充电过程（S-1）
放电过程（S-2）
做一做：通过观看实验完成下面表格的内容
一、电容器
（1）电容器充电
{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}
电流方向
电流大小变化
电压表大小变化
能量转化
充电过程（S-1）
顺时针
减小到0
增加到稳定
电源电能储存在电容器中
一、电容器
（2）电容器放电
{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}
电流方向
电流大小变化
电压表大小变化
能量转化
放电过程（S-2）
逆时针
减小到0
电能转化为其他形式的能量
减小到0
二、电容
想一想：怎样比较电容器的储存电荷能力呢？
1cm
圆柱形水容器的储水问题
不同容器，使其中的水位h升高1cm，所需水量Q是不同的，那怎样去表示容器的储水能力呢？
可以用水量????深度????=截面积S来表示
?
那表示电容器储存电荷的能力能否也用这个想法呢？
也就是用电荷量????电压????来表示电容器储存电荷的能力
?
带着问题让我们用电流传感器来观察电容器的放电过程得出结论吧！
二、电容
实验探究2：用传感器探究电容器放电过程电荷量Q与电压U的关系
步骤1：开关S先与1端相连，电源向电容器充电，这个过程在短时间内完成；
步骤2：再将开关S与2端相连，电容器通过电阻R放电，传感器将电流信息传入计算机，屏幕上显示出电流随时间变化的I-t图像。
二、电容
实验探究2：用传感器探究电容器放电过程电荷量Q与电压U的关系
问题1：能否通过I-t图象求得电容器释放的电荷量呢？
通过I-t图象与横轴围成的面积表示电容器所释放的电荷量Q
二、电容
实验探究2：用传感器探究电容器放电过程电荷量Q与电压U的关系
问题2：改变电容器两端电压U，测得多组I-t图象，计算每次电容器释放电荷量Q，得到如下实验数据：
{5940675A-B579-460E-94D1-54222C63F5DA}
第一次
第二次
第三次
第四次
电压U/V
1.61
3.24
4.88
6.52
电荷量Q/×10-3C
0.3750
0.7784
1.1894
1.5853
????????/×10-3C·V-1
0.233
0.240
0.244
0.242
{5940675A-B579-460E-94D1-54222C63F5DA}
第一次
第二次
第三次
第四次
电压U/V
1.61
3.24
4.88
6.52
电荷量Q/×10-3C
0.3750
0.7784
1.1894
1.5853
0.233
0.240
0.244
0.242
????????的比值不变
?
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，叫做电容器的电容。
2.定义式：C=????????
?
二、电容
3.物理意义：表示电容器容纳电荷本领的物理量。
4.单位：电容的单位是法拉，简称法，符号是F。
常用的单位还有微法（μF）和皮法（pF）:
1μF=10-6F
1pF=10-12F
问题：能否说电容C与电荷量Q成正比，与电压U成反比呢？
注意：不能。因为电容C表示电容器储存电荷的本领，只与电容器自身结构有关，与电荷量Q和电压U无关。
我们将这种定义物理量的方法叫做比值定义法，是物理中常用的研究方法。
三、平行板电容器的电容
猜一猜：电容的大小与哪些因素有关呢？
极板正对面积
板间距离
电介质
控制变
量法
问题：怎样研究这些影响因素呢？
三、平行板电容器的电容
实验装置：
接地
接地
金属球
静电计
电容器
若静电计指针夹角越大，则电容器两端电压越大。
三、平行板电容器的电容
实验探究3：研究影响平行板电容器电容大小的因素
保持Q和d不变，正对面积S
静电计夹角θ
电容器两端电压U
根据C =????????可知，电容C
?
三、平行板电容器的电容
实验探究3：研究影响平行板电容器电容大小的因素
保持Q和S不变，板间距离d
静电计夹角θ
根据C =????????可知，电容C
?
电容器两端电压U
三、平行板电容器的电容
实验探究3：研究影响平行板电容器电容大小的因素
保持Q和S、d不变，插入电介质，
静电计夹角θ
根据C =????????可知，电容C
?
电容器两端电压U
插入电介质，电容变为真空（空气）时的????????倍。
????????是一个常数，称为电介质的相对介电常数。
?
三、平行板电容器的电容
实验探究3：研究影响平行板电容器电容大小的因素
{5940675A-B579-460E-94D1-54222C63F5DA}实验
操作
实验
现象
电势差 U
变化
电容C
变化
结论
正对面积S减小
指针偏角θ增大
电势差U增大
电容C减小
板间距离d
增大
指针偏角θ增大
电势差U增大
电容C减小
插入电介质
指针偏角θ减小
电势差U减小
电容C增大
C∝S
C ∝ ????????
?
C ∝ ?????????
?
三、平行板电容器的电容
实验结论：
C∝S
C ∝ ????????
?
C ∝ ?????????
?
C=????????????4????????????
?
两板正对面积
两板板间距离
相对介电常数
静电力常量
（电容决定式）
{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}电解质?
空气
煤油
石蜡
陶瓷
玻璃
云母
水
?????????
1.0005
2
2.0~2.1
6
4~11
6~8
81
{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}
空气
煤油
石蜡
陶瓷
玻璃
云母
水
1.0005
2
2.0~2.1
6
4~11
6~8
81
空气对电容的影响忽略不计
三、平行板电容器的电容
{5940675A-B579-460E-94D1-54222C63F5DA} 公式
内容
C=Q????
C=εrS4kπd
公式特点
研究方法
物理意义
{5940675A-B579-460E-94D1-54222C63F5DA} 公式
内容
公式特点
研究方法
物理意义
公式????=????????和C=????????????????????????????的比较
?
定义式
决定式
电容C与Q和U无关，????????的比值反映电容器容纳电荷的本领。
?
电容C与S、d、 ?????????有关，反映影响电容大小的因素。
?
比值定义法
控制变量法
四、常用的电容器
电容器
固定电容器
可变电容器
聚苯乙烯电容器
电解电容器
击穿电压：加在电容器两极板上的电压不能超过某一限度，电介质被击穿，电容器损坏，这个极限电压称为击穿电压。
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。
课堂练习
1.（1）有一个已充电的电容器，两极板之间的电压为3V，所带电荷量为4.5×10-4C，此电容器的电容是多少？
根据????=????????可得，????=4.5×10?43F=1.5×10-4F
?
课堂练习
（2）将电容器的电压降为2V，电容器的电容是多少？所带电荷量是多少？
①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1.5×10-4F；
②电容器所带的电荷量为
Q=CU=1.5×10-4×2C=3.0×10-4C
课堂练习
（3）若该电容器的击穿电压为10V，则电容器所带电荷量不会超过多少？
电容器所带最多电荷量不超过
Qmax=CUmax=1.5×10-4×10C=1.5×10-3C
课堂练习
2.如图所示，平行板电容器已经充电，静电计的金属球与电容器的一个极板连接，外壳与另一个极板连接，静电计指针的偏转指示电容器两极板间的电势差。实验中保持极板上的电荷量Q不变。设电容器两极板正对面积为S，极板间的距离为d，静电计指针偏角为θ 。下列关于实验现象的描述正确的是（ ）
A .保持其他条件不变，只增大d，则θ变大
B .保持其他条件不变，只减小d，则θ不变
C .保持其他条件不变，只减小S，则θ变小
D.保持其他条件不变，只在两板间插入电介质，则θ变大
A
Q不变
d
插入电介质
εr
C=????????????4????????????
?
C
C =????????
?
U
θ
C=????????????4????????????
?
C
C =????????
?
U
θ
S
C=??????????????4????????????
?
C
C =????????
?
U
θ
课堂小结
比值定义法
控制变量法
作业布置
1.完成本节课课后习题；
2.同学们试着用家中的塑料杯和铝箔自制一个电容器，想想怎样可以给电容器充电？
感 谢 聆 听