10.4电容器的电容课件 (共32张PPT) 高二上学期物理人教版（2019）必修第三册

(共32张PPT)
10.4 电容器的电容
新课导入：
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？
1.定义：
任何两个彼此绝缘又相距很近的导体，可看成一个电容器。
新知讲解：
一、电容器
电介质
平行板电容器
电容器的极板
电容器的极板
2.符号：
3.作用：可以储存电荷
4.电容器的充、放电：
新知讲解：
一、电容器
①电容器的充电：
把电容器的一个极板与电池组的正极相连，另一个极板与负极相连，使电容器的两个极板分别带上等量的异种电荷的过程。
②电容器的放电：
用导线将充电后的电容器两极接通，使电容器两极板的异种电荷中和的过程。
电容器的充电：
新知讲解：
实验：观察电容器的充、放电现象
当开关S接1时
有短暂的电流
两极板间有电势差
＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋
－ － － － － － － －
正极板
负极板
E
＋Q
－Q
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（电源能量→电容器的电场能）。
电容器的放电：
新知讲解：
实验：观察电容器的充、放电现象
当开关S接2时
有短暂的反向电流
电势差逐渐减为零
＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋
－ － － － － － － －
正极板
负极板
＋Q
－Q
电容器放电的过程中，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（电容器的电场能→ 其他形式能量） 。
U=0
课堂练习：
1.如图所示，关于平行板电容器的充、放电，下列说法正确的是( )
A. 开关接1时，平行板电容器充电，且上极板带正电
B. 开关接1时，平行板电容器充电，且上极板带负电
C. 开关接2时，平行板电容器充电，且上极板带正电
D. 开关接2时，平行板电容器充电，且上极板带负电
A
解析：
开关接1时，平行板电容器充电，上极板与电源正极相连而带正电，选项A正确，B错误；开关接2时，平行板电容器放电，放电结束后上、下极板均不带电，选项C、D错误。
电流传感器可以像电流表一样测量电流，不同的是反应比较灵敏，且可以和计算机相连，能画出电流与时间的变化（I-t）图像。
拓展学习：
用传感器观察电容器的放电现象
I-t图像中，图线与横轴所围成的面积代表了电荷量。 Q=It
在电容器充电的实验中，电容器所带的电荷量增加时，电容器两极板之间的电势差也增大…
新知讲解：
演示：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，使另一个相同但不带电的电容器B跟A并联，可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…
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。
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。
2.公式：
1.定义：
电容器所带电荷量Q与电容器两极板间电势差U的比值，叫做电容器的电容，用C表示。
新知讲解：
二、电容 C
电容
一个极板所带电荷量的绝对值（ C ）
两极板间电势差（ V ）
比值定义式
3.单位：法拉 符号：F 1 F = 1 C/V
4.物理意义：表示电容器容纳电荷本领的物理量。
标量，只有大小，没有方向。
C与Q、U无关，仅由电容器本身决定。
单位关系：1 F = 106 μF = 1012 pF
适用任何电容器
Q = CU
新知讲解：
你觉得用 和 定义电容，哪个更好？
h=1cm
V1
V2
S与V、h无关
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C
电容器
水容器
水桶 S 越大，容纳水的本领越强
容纳电荷的本领。
与水桶截面积S类比
课堂练习：
2.有一充电的平行板电容器，两板间电压为U＝2 V ，现使其电荷量增加了ΔQ＝5×10－6 C，于是电容器两板间的电压升高为6 V 。求：
(1)电容器的电容是多大？
(2)电容器原来所带的电荷量是多少？
(3)若放掉全部电荷，电容器的电容是多大？
解析：
(1)电容器电势差的变化量为：ΔU＝(6－2)V＝4 V
由C＝ 得C＝1.25×10－6 F
(2)电容器原来所带的电荷量：Q＝CU＝2.5×10－6 C
(3) 放掉全部电荷后，电容仍为1.25×10－6 F
新知讲解：
三、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：
电容器正常工作时两极板上的最大电压。电容器外壳上标的就是额定电压，它比击穿电压要低。
3.电解电容器的极性
电解电容器在使用时注意正负极，长引脚为正极。
课堂练习：
3.某电容器上标有“1.5 μF 9 V”的字样，则( )
A. 该电容器所带电荷量不能超过1.5 C
B. 该电容器所加电压不能超过9 V
C. 该电容器击穿电压为9 V
D. 当给该电容器加4.5 V的电压时，它的电容值变为0.75 μF
B
拓展学习：
实验：探究平行板电容器的电容由哪些因素决定
构造：两块相距很近的平行金属板间夹上一层绝缘材料。
特点：①两板内侧带等量异种电荷，均匀分布；
②板间形成“匀强电场”。
猜想：平行板电容器的电容跟哪些因素有关？
电容与两板正对面积 S 有关
电容与板间距离 d 有关
电容与电介质有关
控制变量法
拓展学习：
实验：探究平行板电容器的电容由哪些因素决定
保证极板上的电荷量Q 不变，通过用静电计观察两板间电势差U ，来探究正对面积S 、两板间距离d 、电介质对其影响。
正对面积S对电容C的影响
正对面积S 两板间电势差U 电容C 关系
S ↓
S ↑
U ↑
U ↓
C ↓
C ↑
C ∝ S
拓展学习：
实验：探究平行板电容器的电容由哪些因素决定
保证极板上的电荷量Q 不变，通过用静电计观察两板间电势差U ，来探究正对面积S 、两板间距离d 、电介质对其影响。
板间距d 两板间电势差U 电容C 关系
d ↑
d ↓
U ↑
U ↓
C ↓
C ↑
C ∝
板间距d对电容C的影响
拓展学习：
实验：探究平行板电容器的电容由哪些因素决定
保证极板上的电荷量Q 不变，通过用静电计观察两板间电势差U ，来探究正对面积S 、两板间距离d 、电介质对其影响。
电介质 两板间电势差U 电容C 关系
有机玻璃板
U ↓
C ↑
电介质对电容C的影响
C ∝ εr
1.平行板电容器的电容公式：
新知讲解：
三、平行板电容器的电容
静电力常量：
电介质的相对介电常数，真空 εr = 1
两极板间的距离
两极板的正对面积
几种常用电介质的相对介电常数
决定式
适用平行板电容器电容的计算
新知讲解：
三、平行板电容器的电容
2. 与 的比较：

类别 定义式 决定式
适用范围 所有电容器，反映了电容器容纳电荷的本领。 平行板电容器，反映了平行板电容器的决定因素
联系 电容的大小可以由 来量度，但决定因素是电容器本身，如平行板电容器的εr、S、d等因素。 课堂练习：
4.如图所示，用控制变量法可以研究影响平行板电容器的因素。设两极板正对面积为S，极板间的距离为d，静电计指针偏角为θ。实验中，极板所带电荷量不变，若( )
A. 保持S不变，增大d，则θ变大
B. 保持S不变，增大d，则θ变小
C. 保持d不变，减小S，则θ变小
D. 保持d不变，减小S，则θ不变
B
解析：
根据电容定义式 ，保持S不变，增大d，电容C减小，再根据，知U增大，所以θ变大，故A正确，B错误。保持d不变，减小S，电容减小，根据公式可知U增大，所以θ变大，故C、D错误，故选A。
新知讲解：
四、常用电容器
1.固定电容器：电容固定不变。
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）。
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）（正负极不能接反，不能接交流电 ）
电解电容器及其符号
聚苯乙烯电容器及其符号
新知讲解：
四、常用电容器
2.可变电容器：电容大小可变。
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。
通过改变两极间的正对面积或距离来改变电容。
可变电容器及其符号
新知讲解：
补充：五、平行板电容器的动态分析
1.分析方法
抓住不变量，分析变化量；
紧抓三个公式：E
2.两类典型问题
①定电压问题
②定电荷量问题
新知讲解：
补充：五、平行板电容器的动态分析
定电压问题
情形
不变量
关系式
电容器始终与电源相连接
U 不变
由 可知，C随d、S、 的变化而变化。
由 可知，当U不变时，E随d的变化而变化。
由Q＝CU＝U 可知，当U不变时，Q随d、、变化而变化。
新知讲解：
补充：五、平行板电容器的动态分析
定电荷量问题
情形
不变量
关系式
电容器充电后与电源断开
Q 不变
由 可知，C随d、S、 的变化而变化。
由 可知，E随、变化而变化，与d无关
由Q＝CU＝U 可知，当Q不变时，U随d、、变化而变化。
生活应用：
电容式触摸屏的结构示意图如图所示。
(1)若电容器两极板间电压不变，极板间距离减小，电容器所带电荷量如何变化？
(2)若电容器所带的电荷量不变，极板间距离减小，电容器两极板间的电压如何变化？
解析：
(1)电压不变，距离减小，电容变大，电荷量变大；
(2)电荷量不变，距离减小，电容变大，电压减小。
课 堂 小 结
课堂练习：
5.如图所示，一带电油滴悬浮在平行板电容器两极板A、B之间的P点，处于静止状态。现将极板A向下平移一小段距离，但仍在P点上方，其他条件不变。下列说法中正确的是( )
A. 液滴将向下运动 B. 液滴将向上运动
C. 电容器电容减小 D. 极板带电荷量将减小
B
解析：
将极板A向下平移一小段距离，电容器极板间的电压保持不变，根据得，板间场强增大，油滴所受静电力增大，油滴将向上运动，故A错误，B正确；将极板A向下平移一小段距离时，根据 得知电容C增大，而电容器的电压U不变，由Q＝CU知，极板带电荷量将增大，故C、D错误。
课堂练习：
6.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( )
CD
A. 平行板电容器的电容值将变大
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
课堂练习：
解析：
由，d增大，则电容减小，A错误；静电计测量的是电容器两端的电势差，因为电容器始终与电源相连，则电势差不变，所以静电计指针张角不变，B错误；电势差不变，d增大，则电场强度减小，P点与上极板的电势差减小，则P点电势增大，因为该电荷为负电荷，则电势能减小，C正确。电容器与电源断开，电荷量不变，d改变，根据，知电场强度不变，则油滴所受电场力不变，D正确。