物理人教版（2019）必修第三册10.4电容器的电容（共42张ppt）

(共42张PPT)
中物理
第十章 静电场中的能量
第4节 电容器的电容
课堂引入
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？
课堂引入
图中的元件就是这样的“容器” ——电容器。
电容器是电气设备中的一种很重要的元件，在电子技术和电工技术中有很重要的应用。
一、电容器
电容器是一种重要的电学元件。从外形上来看有很多种，有方的，扁的，圆柱型的
电脑主板
一、电容器
１.构造：
任何两个彼此绝缘又相距很近的导体组成一个电容器。
极板
介质
→导体
绝缘→
2.作用：储存电荷的装置
3.作用：储存电荷
思考：相邻的两个同学是否能构成电容器？
那么，如何往电容器内“装”电荷呢？
二、电容器的充放电
1.电容器的工作原理——
：使两极板分别带等量异种电荷。
+Q
电能
电场能
电容器的电荷量 Q ：每个极板所带电量的绝对值。
若断开电源，极板所带电量 Q 不变。
-Q
（1）充电
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——使电容器带上电荷的过程
G
1
2
R
电容器两极板带上等量异种电荷
两极板间存在匀强电场
电容器储存电荷的同时也储存了电能
有短暂的充电电流（电源正极流向负极）
电容器的电荷量 Q ：一个极板上所带电量的绝对值。
若断开电源，极板所带电量 Q 不变。
结束后：电路无电流 I=0
:两极板的电荷中和
电能
电场能
【注意】当电容器带电量发生改变时，电路中有电流;稳定后电路中无电流，因为两极板绝缘，电流通不过。
2.电容器的工作原理——
（2）放电
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——使电容器失去电荷的过程
G
1
2
R
放电结果：
电容器两极正负电荷中和
电容器储存的电能(电场能）转化为其他形式的能
放电特点：
有短暂的放电电流（电容器正极板流向负极板）
3.拓展学习：用传感器观察电容器的放电过程
实验设计
微元法: Q =I t
I-t图像“面积”表示电荷量
I
-
t图像
4.关键点拨：
（3）若保持与电源连接，则板间电压 U 不变；
（4）若断开电源，则极板所带电量 Q 不变。
（2）把一个极板带电量的绝对值叫做电容器的带电量,用Q表示；
（1）充放电时间极短，充放电完成时，灵敏电流计的指针不偏转，
说明此时电路中没有电流。
5.学以致用：照相机的闪光灯原理
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
闪光实现它的功能。拍照前用较长的时间（一般几秒）给电容器充电，
拍照时触发闪光灯，使电容器通过灯管瞬间
放电，发出耀眼的白光。然后电源又给电容
器充电，为下次闪光做准备。
闪光灯的内部结构
人们通过实验研究发现：
对于同一电容器，电容器所带的电荷量Q与电容器两极板间的电势差U成正比，即比值Q/U 是一个常量；对于不同的电容器，这个比值一般不同。
这个比值就表征了电容器储存电荷的特性。
三、电容
实验电路图
于是人们这样定义：
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。
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，叫电容器的电容（capacitance）。用C表示;
2.定义式：
3.单位：法拉（F）
1F=1C/ V 1F=106μF=1012pF
电容C与电荷量Q成正比与电压U成反比吗？
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。
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（1）电容器电容C
（2）电容器的耐压值：电容器所能承受的最大电压
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。
外壳上标的电压是额定电压
额定电压U
<
击穿电压Um
【典例1】如图是一只“超级电容器”，从图中的信息可知（　　）
A．对该电容器充电时，所能充的电荷量越多，它的电容就越大
B．该电容器两极的电压一旦超过2.7V时，就要被击穿而损坏
C．将该电容器与电动势为2V的电源相连，充电完毕后，所带电荷量为20C
D．将该电容器充好电后再对电阻放电，则放电过程中，其电压和电容均不断减少
典例分析
【正确答案】C
【典例2】电容器是一种重要的电学元件，它能够储存电荷。电容器储存电荷的特性用电容表征。如图所示，在研究电容器充、放电的实验中，使开关S掷向1端，电源E对电容器C充电。下列图像中，能正确反映电容器充电过程中电流与时间、电荷量与电压关系的是（　　）
A． B． C． D．
典例分析
【正确答案】A
课堂练习
例1：有人用图描述某电容器充电时，其电荷量Q、电压 U、电容 C之间的相互关系，请判断它们的正误，并说明理由。
解题提示：C描述的是物体本身的特性。电量Q或者电压U的改变，并不会改变电容C的大小。
BCD
课堂练习
解：C描述的是物体本身的特性。电量Q或者电压U的改变，并不会改变电容C的大小。
例2：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 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
Q1=CU1=1.5×10-4×2C=3.0×10-4C
【典例4】一个已充电的电容器，若使它的电荷量减少1.5×10-4 C，则其电压减小为原来的三分之二，则（　　）
A．电容器原来的带电荷量为9×10-4 C
B．电容器原来的带电荷量为4.5×10-4 C
C．电容器原来的电压为1 V
D．电容器的电容变为原来的三分之一
典例分析
【正确答案】B
我想制造一个容量较大的电容器，该怎么做？
请同学们参考课本P41拓展学习部分。
问题与思考
电容器的电容跟哪些因素有关？
点
击
播
放
三、探究影响平行板电容器电容的因素
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1．电容C随正对面积S减小而减小
2．电容C随极板距离d减小而增大
3．电容C会随着插入不同的介质而变化
实验结论
决定式：
电介质的相对介电常数
两极板正对面积
静电力常量
两极板间距离
几种常用电介质的相对介电常数
1.0005
2
6
6～8
4～11
2.0～2.1
81
空气的相对介电常数与1十分接近，研究中，空气对电容的影响一般可以忽略。
三、探究影响平行板电容器电容的因素
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由两个相互平行且彼此绝缘金属板构成
两板带等量异种电荷，且分布在板内侧，板间形成匀强电场，方向垂直板面
绝缘电介质
电极板
电极板
E=U/d
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1、下列说法中正确的是:（ ）
A、平行板电容器一板带电＋Q，另一板带电－Q，则此电容器不带电。
B、由公式C=Q/U 可知，电容器的电容随带电量Q的增加而变大。
C、平行板电容器保持带电量不变而增大板距时，两板间电压要减小。
D、电容器的带电量与两极板间的电势差成正比。
D
即学即练
d增加
C减小
Q=CU
Q减小
E=U/d
E减小
S减小
U不变
C减小
Q=CU
Q减小
E不变
E=U/d
类型一：电容器始终与电源连接，U保持不变。
四、平行板电容器的动态分析
C减小
U=Q/C
U增加
E不变
C减小
U=Q/C
U增加
E增加
类型二：电容器始终与电源断开，Q保持不变。
四、平行板电容器的动态分析
d增加
S减小
Q不变
【典例7】（多选）平行板电容器充电平衡后仍与电源相连，两极板间的电压是U，充电荷量为Q，两极板间场强为E，电容为C，现将两极板间距离减小，则 （ ）
A.Q变大 B.C变大
C.E不变 D.U变小
典例分析
【正确答案】AB
[变式训练]
　　用控制变量法，可以研究影响平行板电容器电容的因素，如图所示。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
A
【典例3】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，用丝绸摩擦过的玻璃棒与电容器
a板接触，可使电容器a板带正电
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
典例分析
【正确答案】A
【典例5】随着生活水平的提高，电子秤已经成为日常生活中不可或缺的一部分，电子秤的种类也有很多，如图所示是用平行板电容器制成的厨房用电子秤及其电路简图。称重时，把物体放到电子秤面板上，压力作用会导致平行板上层膜片电极下移。则（　　）
A．电容器的电容增大，带电荷量减小
B．电容器的电容减小，带电荷量增大
C．稳定后电流表仍有示数，两极板电势差增大
D．稳定后电流表示数为零，两极板电势差不变
典例分析
【正确答案】D
【典例8】（2021·湖南）一平行板电容器充电后与电源断开，负极板接地，两板间有一个正检验电荷固定在P点，如图所示，以C表示电容器的电容、E表示两板间的场强、φ表示P点的电势，W表示正电荷在P点的电势能，若正极板保持不动，将负极板缓慢向右平移一小段距离l0，则下列关于各物理量与负极板移动距离x的关系图像中正确的是（　　）
A． B． C． D．
典例分析
【正确答案】C
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。
（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“+”、“-”极之分，不能接反，不能接交流电。
＋
符号：
五、常用电容器
2.可变电容器：
两极由两组铝片组成，固定的一组铝片叫做定片；可以转动的一组铝片叫做动片。转动动片，使两组铝片的正对面积发生变化，电容相应变化。
五、常用电容器
可变电容器按其使用的介质材料可分为空气介质可变电容器和固体介质可变电容器。
五、常用电容器
3.超级电容器：
超级电容器是指介于传统电容器和充电电池之间的一种新型储能装置，它既具有电容器快速充放电的特性，同时又具有电池的储能特性。
课堂小结
电容器
充电
在两个相距很近的平行金属板中间夹上一层绝缘物质
电容
单位：法拉 1F=1C/V
意义：容纳电荷的本领
与电源连接，U保持不变
与电源断开，Q保持不变
放电
【典例6】（2021·全国高二专题练习）电容器是电学中常见的能存储电荷的电子元件。某同学用图甲所示的电路探究电容器的充、放电规律。图中R是高阻值电阻，先使开关S与1端相连，然后把开关S掷向2端。与电流传感器相连接的计算机，记录了这一过程中电流随时间变化的I-t曲线如图乙所示。
（1）要研究电容器放电过程的规律，开关S应接在______端（选填“1”或“2”）；
典例分析
（2）根据计算机所记录的I-t曲线
①在形成电流曲线1的过程中，电容器两极板间电压逐渐______（选填“变大”、“变小”或“不变”）；
②在形成电流曲线2的过程中，电容器的电容______（选填“变大”、“ 变小”或“不变”）。
典例分析
【答案】2 变大 不变