電工基礎(chǔ)第三章教案

1、第三章 電容器§31、電容器教學(xué)目的1、知道電容器的概念，認識常見的電容器，理解電容器的概念及定義方法，掌握電容的定義公式、單位，并會應(yīng)用定義式進行簡單的計算。2、了解影響平行板電容器電容大小的因素，了解平行板電容器的電容公式，知道改變平行板電容器的電容大小的方法。教學(xué)重、難點教學(xué)重點:電容器的基本概念；電容的物理意義；影響平板電容器電容大小的因素。教學(xué)難點：掌握電容器的基本概念及其組成；理解電容的物理意義；記住平板電容器電容值 的計算方法。教學(xué)方法：類比法、講授法，實驗演示法，計算機輔助教學(xué)教學(xué)時數(shù)：一課時授完。教 具：多媒體課件教學(xué)過程：、復(fù)習(xí)導(dǎo)入：1、復(fù)習(xí)提問：疊加定理內(nèi)容與應(yīng)

2、用條件。2、導(dǎo)入新課：電容器是電路的基本元件之一，在電工和電子技術(shù)中應(yīng)用非常廣泛。例如在電力系統(tǒng)中利用它可改善系統(tǒng)的功率因數(shù)；在電子技術(shù)中，利用它可起到濾波、耦合、隔直、調(diào)諧、旁路和選頻等作用。這節(jié)課我們就來介紹電容器的基本概念。、講授新課：一、電容器和電容1、電容器：(1)、電容器:指在電路中儲存電場能量的元件是由兩個彼此絕緣又相隔很近的導(dǎo)體電極中間夾一層絕緣體（又稱電介質(zhì)）所構(gòu)成。(2)、電容器最基本的特性：能夠存儲電荷。(3)、用途：具有“隔直通交”的特點，在電子技術(shù)中，常用于濾波、移相、旁路、信號調(diào)諧等；在電力系統(tǒng)中，電容器可用來提高電力系統(tǒng)的功率因數(shù)。(4)、主要技術(shù)參數(shù)：電容量、允

3、許誤差、額定電壓。(5)、工作原理：把電容器的兩個極板分別接到電源的正負極上，電容器的兩極板間便有電壓，在電場力的作用下，自由電子定向運動，使得板帶有正電荷，板帶有等量的負電荷電荷的移動直到兩極板間的電壓與電源電動勢成騎虎相等時為止這樣在兩個極板間的介質(zhì)中建立了電場，電容器儲存了一定量的電荷和電場能量2、電容(1)、電容量是衡量電容器儲存電荷能力大小的一個物理量，簡稱電容，通常也用符號C表示。1 / 12(2)、含義：電容器任一極板所儲存的電荷量，與兩極板間電壓的比值叫電容量，簡稱電容。用字母C表示。(3)、電容定義式為：式中Q一個極板上的電荷量，單位是庫侖，符號為C；U兩極板間的電壓，單位是

4、伏特，符號為V；C電容，單位是法拉，符號為F。(4)、物理意義：描述電容器容納電荷本領(lǐng)的大小(5)、單位換算：法拉，簡稱法，通常用符號“F”表示。當電容器兩端所加的電壓為1V時，若在任一極板上儲存1C的電荷量，則該電容器的電容量就是1F。實際應(yīng)用常用的是較小的單位有微法（F）和皮法（pF）: 1F106F 1pF=10-12F 二、平行板電容器、 影響平行板電容器電容的因素：理論與實驗證明，平行板電容器的電容與兩極板的正對面積成正比，與兩極板的距離與反比，并跟板間插入的電介質(zhì)有關(guān)。、平行板電容器電容計算的數(shù)學(xué)表達式為式中某種電介質(zhì)的介電常數(shù)，單位是法拉每米，符號為F/m；S極板的有效面積，單位

5、是平方米，符號為；d兩極板間的距離，單位是米，符號為m；C電容，單位是法拉，符號為F。、注意：（1）、對某一個平行板電容器而言，它的電容是一個確定值，其大小僅與電容器的極板面積大小、相對位置以及極板間的電介質(zhì)有關(guān)；與兩極板間電壓的大小、極板所帶電荷量多少無關(guān)。（2）、不同電介質(zhì)的介電常數(shù)不同，真空中的介電常數(shù)用0表示，實驗證明：8.85×1012F/m 其它電介質(zhì)的介電常數(shù)與真空中的介電常數(shù)的比值，叫做某種物質(zhì)的相對介電常數(shù)，用表示則（3）、并不是只有電容器才有電容，實際上任何兩個導(dǎo)體之間都存在著電容?！纠?】將一個電容為6.F的電容器接到電動勢為1000V的直流電源上,充電結(jié)束后,

6、求電容器極板上所帶的電荷量.解:根據(jù)電容定義式C=Q/U 則Q=CU=6.8×10-6×1000=0.0068(C)課堂練習(xí)：有一真空電容器其電容是8.2F,將兩極板間的距離增大一倍后,其間充滿云母介質(zhì),求云母電容器的電容.解:真空電容器的電容 (1) 云母電容器的電容(2)(2) 除以(1)得到 則C=8.2F=28.7F、本課小結(jié)1、電容器的定義與基本特性2、電容的概念與定義公式3、平行板電容器公式與應(yīng)用.、課余作業(yè)：課本P69小練習(xí)1、2、3、4.教學(xué)后記：§32、電容器的參數(shù)和種類教學(xué)目的1、了解電容器的參數(shù)。2、了解電容器的種類及特點。教學(xué)重、難點教學(xué)重

7、點:電容器的參數(shù)教學(xué)難點：電容器的種類及特點。教學(xué)方法：類比法、講授法，實驗演示法，計算機輔助教學(xué)教學(xué)時數(shù)：一課時授完。教 具：瓷片電容器、云母電容器、電解電容器、可調(diào)電容器、多媒體課件等。教學(xué)過程：、復(fù)習(xí)導(dǎo)入：1、復(fù)習(xí)提問：電容器、電容的定義公式、平行板電容器電容公式2、導(dǎo)入新課：電容器的各類繁多，不同種類電容器的性能、用途不同，同一類的電容器也有許多不同的規(guī)格，要合理選擇和使用電容器，就必須對電容器的參數(shù)有種類有充分的認識。這節(jié)課我們就來了解電容器的參數(shù)和種類方面的問題。、講授新課：一、電容器的參數(shù)1、額定工作電壓（1）、電容器的額定工作電壓是指使電容器能長時間地穩(wěn)定工作，并且保證電介質(zhì)性

8、能良好的直流電壓的數(shù)值。（2）、額定工作電壓一般叫耐壓。（3）、電容器上所標的電壓就是工作工作電壓，一般直接標注在電容器外殼上。（4）、如果把電容器連接到交流電路中，必須保證電容器的工作工作電壓不低于交流電壓的最大值，否則電容器會被擊，造成不可修復(fù)的永久損壞。2、標稱容量和允許誤差（1）、標稱電容量是標志在電容器上的電容量。（2）、電容器實際電容量與標稱電容量的偏差稱誤差，在允許的偏差范圍稱精度。精度等級與允許誤差對應(yīng)關(guān)系：00（01）-±1%、0（02）-±2%、-±5%、-±10%、-±20%、 -（+20%-10%）、-（+50%-20%

9、）、-（+50%-30%）（3）、一般電容器常用、級，電解電容器用、級，根據(jù)用途選取。 3、絕緣電阻（1）、直流電壓加在電容上，并產(chǎn)生漏電電流，兩者之比稱為絕緣電阻。（2）、當電容較小時，主要取決于電容的表面狀態(tài)，容量0.1F時，主要取決于介質(zhì)的性能，絕緣電阻越小越好。 4、損耗（1）、電容在電場作用下，在單位時間內(nèi)因發(fā)熱所消耗的能量叫做損耗。（2）、各類電容都規(guī)定了其在某頻率范圍內(nèi)的損耗允許值，電容的損耗主要由介質(zhì)損耗，電導(dǎo)損耗和電容所有金屬部分的電阻所引起的。 5、頻率特性隨著頻率的上升，一般電容器的電容量呈現(xiàn)下降的規(guī)律。二、電容器種類和選用1、常用的各種電容器及其符號表示： （見課本P7

10、1圖33）2、電容器的種類 （1）、按照結(jié)構(gòu)分三大類：固定電容器、可變電容器和微調(diào)電容器。（2）、按電解質(zhì)分類：有機介質(zhì)電容器、無機介質(zhì)電容器、電解電容器和空氣介質(zhì)電容器等。（3）、按用途分有：高頻旁路、低頻旁路、濾波、調(diào)諧、高頻耦合、低頻耦合、小型電容器。（4）、按制造材料的不同可以分為：瓷介電容、滌綸電容、電解電容、鉭電容，還有先進的聚丙烯電容等。（5）、高頻旁路：陶瓷電容器、云母電容器、玻璃膜電容器、滌綸電容器、玻璃釉電容器。（6）、低頻旁路：紙介電容器、陶瓷電容器、鋁電解電容器、滌綸電容器。（7）、濾波：鋁電解電容器、紙介電容器、復(fù)合紙介電容器、液體鉭電容器。（8）、調(diào)諧：陶瓷電容器、

11、云母電容器、玻璃膜電容器、聚苯乙烯電容器。 （9）、低耦合：紙介電容器、陶瓷電容器、鋁電解電容器、滌綸電容器、固體鉭電容器。（10）、小型電容：金屬化紙介電容器、陶瓷電容器、鋁電解電容器、聚苯乙烯電容器、固體鉭電容器、玻璃釉電容器、金屬化滌綸電容器、聚丙烯電容器、云母電容器。3、電容器的選用在實際選用電容器時，不僅要考慮電性能要求，還應(yīng)考慮它的體積、種類、重量及價格等因素；不僅要考慮電路要求，還應(yīng)考慮電容器的使用環(huán)境?？傊?，在選用電容器時應(yīng)視具體情況而定。（1）、首先應(yīng)滿足電性能要求，主要考慮電容量，允許誤差和額定工作電壓等指標是否達到電路要求，既不能過高，也不能過低。過高造成浪費，過低不但達

12、不到電路要求，而且不安全。（2）、考慮電路要求和使用環(huán)境，如電力系統(tǒng)用以改善系統(tǒng)的功率因數(shù)時，應(yīng)選擇額定工作電壓高，容量大的電力電容器；在諧振回路中，應(yīng)選擇穩(wěn)定性高，介質(zhì)損耗小的云母電容器或陶瓷介質(zhì)電容器等；用于電源濾波時，應(yīng)選用大容量的電解電容器。（3）、考慮裝配形式，體積及成本等。（4）、對電容器的型號及意義熟悉，這也是選用電容器的依據(jù)之一。一般固定電容器的型號意義可查閱有關(guān)的手冊，如某電容器型號為CZG型，則表示管狀紙介質(zhì)電容器，具體意義如下：C為主稱（C表示電容器）；Z為介質(zhì)材料（Z代表紙介質(zhì)）；G為分類及特征代號（G表示管狀）。、本課小結(jié)1、 電容器的參數(shù)。2、電容的種類及特點。、課

13、余作業(yè)：課本P72小練習(xí)1、2.教學(xué)后記：§33、電容器的連接教學(xué)目的1、掌握并能應(yīng)用電容器串、并聯(lián)的公式進行計算。2、理解電容器串、并聯(lián)的條件與特點。教學(xué)重、難點教學(xué)重點:電容器串、并聯(lián)規(guī)律與應(yīng)用。教學(xué)難點：電容器串、并聯(lián)規(guī)律的推導(dǎo)過程與應(yīng)用。教學(xué)方法：講授法教學(xué)時數(shù)：一課時授完。教 具：多媒體課件教學(xué)過程：、復(fù)習(xí)導(dǎo)入：1、復(fù)習(xí)提問：電容器的工作電壓、標稱容量和允許誤差、電容器的選用原則。2、導(dǎo)入新課：在上節(jié)內(nèi)容中，我們學(xué)習(xí)了電容器的兩個重要參數(shù)：電容量和耐壓。在實際工作中，選用電容器必須考慮它的電容量和耐壓能力。而電容器的容量和耐壓都不是連續(xù)的（顯示電容量和耐壓值標稱系列）。當遇

14、到單獨一個電容器的電容量或耐壓不能滿足電路要求時，這時，可將若干個電容器作適當連接，以滿足實際電路的需要。、講授新課：一、電容元件的串聯(lián)1、定義：將幾只電容器首尾依次相連，構(gòu)成中間無分支的連接方式，稱為電容器的串聯(lián)。如下圖所示。2、適用范圍：當單獨一個電容器的耐壓不能滿足電路要求，而它的容量又足夠大時，可將幾個電容器串聯(lián)起來，再接到電路中使用。3、電容元件串聯(lián)使用時，有以下幾個特點： （1）、電容器串聯(lián)電路中，各個電容器所帶電荷量相等，即 Q1=Q2=Q3=Q（2）、電容器串聯(lián)總電壓等于各電容器兩端電壓之和。推導(dǎo):利用基爾霍夫第二定律，列出回路電壓方程就可以得到 U=U1+U2+U3。（3）、

15、電容器串聯(lián)時其等效電容的倒數(shù)等于各電容器電容的倒數(shù)之和。推導(dǎo):電路的總電容量C=,再根據(jù)U=U1+U2+U3，就可以推出公式 再推廣到n個電容器串聯(lián)的公式： +當n個電容器的電容量相等，均為C0時，總電容C=電容器串聯(lián)時總電容量減小了，這種情況相當于增大了電容器兩極板間的距離，使電容量減小了，它與電阻并聯(lián)情況相似?！纠?】有兩只電容器，C1容量為2F，額定工作電壓為160V，C2容量為10F，額定工作電壓為250V。若將它們串聯(lián)后接在300V的直流電源上使用，求等效電容量和每只電容器上分配的電壓，這樣使用是否安全？解：等效電路如右圖所示（1）、串聯(lián)等效電容為： （2）、C1上分配的電壓為： C

16、2上的電壓為： (3)、由于C1上分配的電壓250V遠大于其本身耐壓160V，所以C1將會被擊穿。當C1擊穿后，迫使C2承受著全部電源電壓300V，而300V遠大于C2的耐壓值250V，因而C2也很快被擊穿。所以不能這樣使用。通過上例可看出，串聯(lián)時等效電容減小了,若串聯(lián)電容器的個數(shù)越多,等效電容量則越小.電容器串聯(lián)使用時,不但要滿足容量要求,還應(yīng)考慮每個電容器實際承受的電壓是否超過其本身的耐壓值,以防擊穿而損壞電容器。 課堂練習(xí)：如下圖中，C1 = C2 = C3 = C0 = 200 mF，額定工作電壓為50 V，電源電壓U = 120 V，求這組串聯(lián)電容器的等效電容是多大？每只電容器兩端的

17、電壓是多大？在此電壓下工作是否安全？ 解：三只電容串聯(lián)后的等效電容為 每只電容器上所帶的電荷量為q=q1=q2=q3=CU=66.67×10-6×1208×10-3（C）每只電容上的電壓為電容器上的電壓小于它的額定電壓，因此電容在這種情況下工作是安全的。 二、電容器的并聯(lián)1、將幾只電容器的首與首，尾與尾相連的連接方式稱為電容器的并聯(lián)。如下圖所示2、適用范圍：當單獨一個電容器的電容量不能滿足電路的要求，而其耐壓均滿足電路要求時，可將幾個電容器并聯(lián)起來，再接到電路中使用。3、電容并聯(lián)具有以下幾個特點：（1）、電容器并聯(lián)時，加在各個電容器上的電壓相等，等于電路兩端總電壓

18、。即: （2）、電容器串聯(lián)總電荷量等于各電容器電荷量之和。即QQ1+Q2+Q3+Qn（3）、電容器串聯(lián)的總電容（等效電容）等于各電容器電容量之和。即： 當n個電容器的電容量相等，均為C0時，總電容C=nC0電容器并聯(lián)時總電容量增大了，這種情況相當于增大了電容器極板的有效面積，使電容量增大，它與電阻串聯(lián)情況相似。應(yīng)當注意，并聯(lián)時每個電容器直接承受外加電壓，因此，工程上每只電容器的耐壓都必須大于外加電壓。3、 電容器的混聯(lián)既有串聯(lián)又有并聯(lián)的電容器組合電路，叫做電容器的混聯(lián)如下圖所示。在使用和計算混聯(lián)電路時，要根據(jù)實際電路分別應(yīng)用串聯(lián)和并聯(lián)知識分析。 【例2】 如上圖所示電路中，C1為100F、10

19、0V，C2為50F、100V，C3為50F、50V。求總電容量C及最大安全工作電壓U。解：由上圖可看出，三個電容器的連接關(guān)系是C2和C3并聯(lián)后（等效電容記為C23）再與C1串聯(lián)。（1）總?cè)萘繛椋海?）最大安全工作電壓 因為C2和C3并聯(lián)后可看做一個電容器，其等效電容量為100F，耐壓50V（取并聯(lián)帶內(nèi)容最小耐壓值）。C1是100F，耐壓100V。C1與C23串聯(lián)，電容量相等，耐壓也相等，當C23分配電壓為50V時，C1上分配電壓也是50V，所以說，該混聯(lián)電路承受的最大安全工作電壓為100V。課堂練習(xí)：電容器A的電容為10 mF，充電后電壓為30 V，電容器B的電容為20 mF，充電后電壓為15

20、 V，把它們并聯(lián)在一起，其電壓是多少？解：電容器A、B連接前的帶電量分別它們的總電荷量并聯(lián)后的總電容CC1+C210+2030（mF）連接后的共同電壓、本課小結(jié)電容器串、并聯(lián)特點、課余作業(yè)：課本P77小練習(xí)1、2.教學(xué)后記：§33、電容器中的電場能教學(xué)目的1、了解電容器的充電和放電過程。2、理解電容器中電場能的概念。3、掌握電容器的電流電壓間的關(guān)系。教學(xué)重、難點教學(xué)重點:電容器中的電場能。教學(xué)難點：電容器的充電和放電過程與電容器中的電場能。教學(xué)方法：講授法教學(xué)時數(shù)：一課時授完。教 具：多媒體課件教學(xué)過程：、復(fù)習(xí)導(dǎo)入：1、復(fù)習(xí)提問：電容器串、并聯(lián)特點2、導(dǎo)入新課：我們使用照相機拍照時要

21、用到閃光燈，閃光燈閃過后需要過一會才能使用，為什么不能連續(xù)使用呢？這是因為閃光燈短時間放電是用的電容器的放電，電容器放電后，需要再次充電后才能使用。這節(jié)課我們就來了解這方面的知識。、講授新課：一、電容器的充電和放電電容器之所以在電工和電子技術(shù)中得到廣泛使用，是由于電容器具有存儲電場能量的性質(zhì)，而這一性質(zhì)又體現(xiàn)為電容器具有充電和放電的功能。因此，了解電容器充放電的過程及其規(guī)律，對于認識和掌握含電容器電路的原理具有重要意義。1、電容器的充電過程如圖所示為電容器充放電的實驗電路，實驗前電容器上沒有電荷，當開關(guān)K打到“1”時，構(gòu)成充電電路，此時電源向電容器充電，從電流表可以觀察到充電電流從大到小的變化

22、，從電壓表觀察到電容上的電壓由小到大的變化，經(jīng)過短短的時間，電流表回到零位，電壓表的指示值上升到電源電壓UC=6V。 2、電容器的放電過程 當電容器充電結(jié)束后，電容器上建立了電壓UC=6V,此時，將開關(guān)K打到“2”，就構(gòu)成了電容器放電電路，現(xiàn)在的電容器可看成一個等效電源，并通過1K電阻放電。從電流表觀察到，電路中有電流流過，而且由大變小，由電壓表觀察到，電容器上電壓也逐漸下降，經(jīng)過一段時間后下降為零，表示放電結(jié)束。3、電容器的特點 （1）、電容器是一種儲能元件。充電的過程就是極板電荷不斷積累的過程，電容器充滿電荷時，相當于等效電源。隨著放電的進行，原來儲存的電場能量又全部釋放出來。 （2）、電容器能夠隔直流、通交流。電容器接通直流電源時，僅僅在剛接通的短暫時間內(nèi)發(fā)生充電過程，即只有短暫的電流。充電結(jié)束后，電路電流為零，電路處于開路狀態(tài)，這就是電容器具有的隔直流的作用，通常把這一作用簡稱“隔直”。（3）、當電容器接通交流電源時，由于交流電的大小和方向不斷交替變化，致使電容器反復(fù)進行充、放電，其結(jié)果在電路中出現(xiàn)連續(xù)的交流電流，這就是電容器具有的通過交流電的作用，簡稱“通交”。4、電容器中的電流 由以上分析，我們