(2019版)高中物理必修三：第十章4 電容器的電容

22/2第十章4電容器的電容問題呢？電容器電容器（capacitor）是一種重要的電學(xué)元件。在兩個(gè)相距很近的平行金屬板中間夾上一層絕緣物質(zhì)——電介質(zhì)（空氣也是一種電介質(zhì)），就組成一個(gè)最簡單的電容器，叫作平行板電容器。這兩個(gè)金屬板叫作電容器的極板。實(shí)際上，任何兩個(gè)彼此絕緣又相距很近的導(dǎo)體，都可以看成一個(gè)電容器。實(shí)驗(yàn)觀察電容器的充、放電現(xiàn)象（圖1）。1S A2E R C V圖10.4-1電容器的充、放電把開關(guān)S接1把開關(guān)SR板經(jīng)過電阻R。電容器充電的過程中，兩極板的電荷量增加，極板間的電場強(qiáng)度增大，電源的能量不斷的能。拓展學(xué)習(xí)用傳感器觀察電容器的放電過程圖像。10.4-28VS1S2R圖像（10.4-2乙）。甲觀察電容器放電的電路 乙實(shí)驗(yàn)裝圖10.4-2用傳感器在計(jì)算機(jī)上觀察電容器的放10.4-38。10.4-3圖像在圖中畫一個(gè)豎立的狹長矩形（在圖10.4-3的最左邊），什么？怎樣根據(jù)圖像估算電容器在全部放電過程中釋放的電荷量？試著算一算。如能是什么形狀的？電容10.4-1電容器充電的實(shí)驗(yàn)中，我們看到，電容器兩極板之間的電勢(shì)差增大時(shí)，電流表的示數(shù)不為極板間的電勢(shì)差是否存在某種定量關(guān)系？實(shí)驗(yàn)探究電容器兩極板間電勢(shì)差跟所帶電荷量的關(guān)系實(shí)驗(yàn)電路圖如圖10.4-4AS1用幾節(jié)干電池串聯(lián)后給A充電，可以看到A充電后兩極板具有一定的電壓。S1S12E VS2 A圖10.4-4實(shí)驗(yàn)電路圖把開關(guān)S1接2B跟A（注意不要讓手或其他導(dǎo)體跟電容器的兩極板接觸斷開開關(guān)S1S2BS2B和A并聯(lián)，電壓表示數(shù)再次減少一半。還可以繼續(xù)這樣操作……一半。Q與兩極板之間的電勢(shì)差U之比是不變的。不同的電容器，這個(gè)比一般是不同的，可見電荷量QU荷的特性。這里說的“電容器所帶的電荷量Q”，是指一個(gè)極板所帶電荷量的絕對(duì)值。電容器所帶的電荷量Q與電容器兩極板之間的電勢(shì)差U之比，叫作電容器的電容（capacitance）。用C表示，則有U＝QU上式表示，電容器的電容在數(shù)值上等于使兩極板間的電勢(shì)差為1V10.4-5，11cm 1cm1cm1cm圖10.4-5你覺得用Q和U定義電容，哪個(gè)更好？U Q法，符號(hào)是1C1V1。實(shí)際中常用的單位還有微法（μF）和皮法（pF），它們與法拉的關(guān)系是1μF＝10-6F1pF＝10-12F數(shù)值比擊穿電壓低。拓展學(xué)習(xí)平行板電容器的電容變形。平行板電容器的電容是由哪些因素決定的呢？我們通過以下實(shí)驗(yàn)來研究。如圖10.4-6，用靜電計(jì)1測(cè)量已經(jīng)充電的平行板電容器兩極板之間的電勢(shì)差U。甲正對(duì)面積S對(duì)電容C的影響 乙兩板間的距離d對(duì)電容C的影響 丙電介質(zhì)對(duì)電容C的影響10.4-6研究影響平行板電容器電容大小的因素Qd也不變，改變兩極板的正對(duì)面積S，通過靜電計(jì)指針的變化得到兩極板之間電勢(shì)差的變化。根據(jù)電容的定義式C＝Q，由U電勢(shì)差的變化判斷電容的變化，從而得到正對(duì)面積SC的影響（10.4-6甲）。QS也不變，改變兩極板間的距離ddC的影響（10.4-6乙）。保持QSdC的影響（10.4-6丙）。電容。反之亦然。Cd的關(guān)系為CC4πkd式中k為靜電力常量。當(dāng)兩極板之間充滿同一種介質(zhì)時(shí)，電容變大為真空時(shí)的εr倍，即CεrC4πkdεr是一個(gè)常數(shù)，與電介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)，叫作電介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)。1把靜電計(jì)的金屬球與一個(gè)導(dǎo)體連接，金屬外殼與另一個(gè)導(dǎo)體連接（或者金屬外殼與另一個(gè)導(dǎo)體同時(shí)接地），從指針偏轉(zhuǎn)角度的大小可以推知兩個(gè)導(dǎo)體間電勢(shì)差的大小。常用電容器以聚苯乙烯薄膜為電介質(zhì)，把兩層鋁箔隔開，卷起來，就制成（圖以聚苯乙烯薄膜為電介質(zhì)，把兩層鋁箔隔開，卷起來，就制成（圖10.4-7甲可以制成不同電容的聚苯乙烯電容器。以陶瓷為電介質(zhì)的固定電容器也很多。甲 乙10.4-7固定電容器電解電容器（圖10.4-7乙）（要靠另一片鋁箔與外部引線連接）可變電容器由兩組鋁片組成（圖10.4-8），10.4-8可變電容器超級(jí)電容器是20世紀(jì)70練習(xí)與應(yīng)用10.4-1S12，穩(wěn)定后又改接1該信息，在表格內(nèi)各空格處填上合理的答案。表充、放電過程中某兩個(gè)時(shí)刻的電路情況在此時(shí)刻通過圖電流表中的電開關(guān)S當(dāng)前電容器兩端的整個(gè)電路中的這個(gè)時(shí)候電時(shí)刻 中電流表的電流流正在增大還正在接通1電壓正在增大能量正在怎樣器是在充電方向 是減小 還是接通2 還是減小 轉(zhuǎn)化 是在放電t1 向左t2 向右10.4-9QUC之間的相互關(guān)系，請(qǐng)判斷它們的正誤，并說明理由。CQ