鲁科版（2019）高中物理必修第三册2.5科学探究：电容器-课件

科学探究：电容器
核心素养
物理观念
科学思维
科学探究
科学态度与责任
1.知道电容器的概念，认识常见电容器。
2.理解电容的概念及定义方法。
3.知道平行板电容器的电容，并了解影响电容器电容大小的因素。
1.应用电容的定义式进行简单的计算，体会比值定义的方法。
2.知道改变平行板电容器电容大小的方法。
观察电容器的充、放电现象探究影响平行板电容器电容大小的因素。
体会电容器在实际生活中的广泛应用，培养探究新事物的兴趣。
知识点一　观察电容器的充、放电现象
[观图助学]
平行板电容器的充电与放电示意图
1.电容器：能储存______的电学元件称为电容器。两块彼此绝缘的平行金属板可组成最简单的电容器，即平行板电容器。
2.电容器的充电、放电
(1)充电：把电容器的两极板分别与电池组的两极相连，两极板上分别带上______的异号电荷的过程。
(2)放电：充电后的电容器两极板通过电流计接通，电路中会形成瞬时电流而发生放电，使两极板的电荷______而不再带电。
电荷
等量
中和
[思考判断]
(1)两个靠近的导体一定能构成一个电容器。( )
(2)电容器所带的电荷量是指每个极板所带电荷量的代数和。( )
(3)电容器充电过程是将其他形式的能转化成电容器的电能并储存起来；电容器放电过程是将电容器储存的电能转化为其他形式的能。( )
×
×
√
知识点二　电容器的电容
1.电容
(1)定义：电容器的________Q与两极板间的_______之比。
电荷量
电压
微法
皮法
106
1012
2.平行板电容器
绝缘
平行
正比
正比
反比
[思考判断]
×
×
×
√
√
×
知识点三　常见电容器及其应用
1.电容器的分类
(1)按照导体极板间所用的电介质分类：空气电容器、_____电容器、_______电容器、陶瓷电容器、______电容器、______电容器等。
(2)按电容器的电容是否可变分类：可变电容器和固定电容器等。
云母
纸质
涤纶
电解
2.额定电压和击穿电压
(1)额定电压：___________________________。它比击穿电压要____。
(2)击穿电压：是电容器的极限电压，超过这个电压，电容器内的电介质将被击穿，电容器将被损坏。
3.应用
利用电容器可以测量水位，驻极体话筒也是利用电容器的原理制造的。
电容器安全工作时电压的上限
低
核心要点
观察电容器的充、放电现象
[要点归纳]
1.电容器充、放电特点
(1)充电过程是将电能储存在电容器中的过程。
充电过程特点(如图乙所示)
①充电电流方向为从电源的正极流出的电流的方向。
②电容器所带电荷量增加。
③电容器两极板间电压升高。
④电容器中电场强度增大。
⑤充电过程中电容器从电源获取的能量为电能。
(2)放电过程是将储存的电场能转化为其他形式能量的过程。
放电过程特点(如图丁所示)
①放电电流方向是从正极板流出的电流的方向。
②电容器两极板上电荷量减少。
③电容器两极板间电压降低。
④电容器中电场强度减小。
⑤电容器的电场能转化成其他形式的能量。
2.实验步骤
(1)调节直流可调电源，输出为6 V，并用多用电表校准。
(2)断开开关，正确连接实物图，电路图如图。
2.实验步骤
(3)把单刀双掷开关S和触点1连通，观察电容器的充电现象，并将现象记录在表格中。
(4)把单刀双掷开关S和触点2连通，观察电容器的放电现象，并将现象记录在表格中。
(5)断开开关。
3.实验结论
实验项目
实验现象
电容器
充电
灯泡
亮度由明到暗最后熄灭
电流表1
读数由大到小最后为零
电压表
读数由小到大最后等于电源电压
电容器
放电
灯泡
亮度由明到暗最后熄灭
电流表2
读数由大到小最后为零
电压表
读数由大到小最后为零
[试题案例]
[例1] 某同学利用图(a)所示电路测量电容器充电时两极板间的电压随时间的变化。实验中使用的器材为：干电池E(两端电压恒定)、开关S1和S2，电容器C(约100 μF)、电阻R1(约200 kΩ)、电阻R2(1 kΩ )、电压表 (量程6 V)、秒表、导线若干。
图(a)
(1)按图(a)所示的电路原理图将图(b)中实物图连线。
图(a)
(2)先闭合开关S2，再断开开关S2，闭合开关S1，同时按下秒表开始计时。若某时刻电压表的示数如图(c)所示，电压表的读数为________V(保留2位小数)。
(3)该同学每隔10 s记录一次电压表的读数U，记录的数据如下表所示。在给出的坐标纸上描绘出U－t图线。已知只有一个数据点误差较大，该数据点对应的表中的时间是________s。
时间t/s
10.0
20.0
30.0
40.0
50.0
60.0
电压U/V
2.14
3.45
4.23
4.51
5.00
5.18
(4)电路中C、R2和S2构成的回路的作用是____________________。
答案　(1)
(2)3.60　
(3)40.0
(4)使实验前电容器两极板上的电荷中和
[针对训练1] 如图所示实验中，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
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，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，C、D错误。
答案　A
[要点归纳]
1.电容器的充、放电过程中，电路中有充电、放电电流，电路稳定时，电路中没有电流。
核心要点
电容器的电容
[试题案例]
[例2] (多选)下列关于电容的说法正确的是(　　)
答案　AC
[针对训练2] (多选)如图所示是描述对给定的电容器充电时极板上的电荷量Q、极板间电压U和电容C之间关系的图像，其中正确的是(　　)
解析　给定的电容器的电容是由电容器本身决定的，与电容器带的电荷量Q和两极板间的电压U均无关，不能认为C与Q成正比，与U成反比，故D正确，A、B错误；而C图告诉我们对给定电容器所带的电荷量与极板间的电压成正比，其比值即电容器的电容不变，故C正确。
答案　CD
[观察探究]
电容式触摸屏的结构示意图如图所示。
核心要点
电容器的动态分析问题
(1)若电容器两极板间的电压不变，用手按外屏时，两极板
间的距离减小，电容怎么变化？电容器带电荷量怎么变化？
(2)若电容器带电荷量不变，用手按外屏两极板间的距离减小
时，电容器两极板间的电压怎么变化？
答案　(1)U不变，d减小，可推出：C变大，Q变大
(2)Q不变，d减小，可推出：C变大，U变小
[探究归纳]
1.板间电场强度的两个公式
2.分析电容器动态变化问题的步骤
[试题案例]
[例3] 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
答案　A
[针对训练3] (多选)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，电荷量足够小，固定在P点，如图所示，以E表示两极板间的场强，U表示两极板间电压，φ表示P点的电势，Ep表示正电荷在P点的电势能，Q表示极板所带的电荷量。若保持负极板不动，将正极板移到图中虚线位置，则(　　)
A.U不变，Ep不变 B.E不变，Ep不变
C.Q不变，E不变 D.φ变小，E变小
答案　BC
谢 谢