【高中物理】電容器的電容(課件) 高中物理同步備課（人教版2019必修第三冊）

第九章靜電場及其應(yīng)用10.4電容器的電容2022-2023學(xué)年高中物理同步備課必修第三冊目錄contents電容器0102電容03實(shí)驗(yàn)探究04常用電容器05動態(tài)分析新課導(dǎo)入

能盛裝東西的物體稱為容器，能盛水的容器就可以稱為水容器。水可以用容器儲存起來，電荷是否也可以用一個(gè)“容器”儲存起來呢？圖中的元件就是這樣的“容器”

——電容器。

電容器是電氣設(shè)備中的一種很重要的元件，在電子信息技術(shù)和電子工程技術(shù)中有很重要的應(yīng)用。

那么，什么是電容器？它的內(nèi)部構(gòu)造是怎樣的？它是怎樣“裝進(jìn)”和“倒出”電荷的呢？想一想電容器011.電容器：任何兩個(gè)彼此絕緣（電介質(zhì)）又相隔很近的導(dǎo)體（兩極板），組成一個(gè)電容器。最簡單的電容器——平行板電容器一、電容器金屬極板絕緣物質(zhì)(電介質(zhì))2.電容器的作用：儲存電荷3.電路圖符號：【問題1】相鄰兩同學(xué)是否構(gòu)成電容器？

構(gòu)成。中間空氣絕緣，人是導(dǎo)體且靠很近。任何兩個(gè)彼此絕緣又相互靠近的導(dǎo)體都能構(gòu)成電容器?！締栴}2】兩個(gè)平行金屬板夾上一層絕緣物質(zhì)能否構(gòu)成一個(gè)電容器？

構(gòu)成。金屬板導(dǎo)電是導(dǎo)體，這種電容器叫平行板電容器，其中的絕緣物質(zhì)稱之為電介質(zhì)。想一想3.平行板電容器：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)），就構(gòu)成了一個(gè)最簡單的電容器，叫作平行板電容器。金屬極板絕緣物質(zhì)(電介質(zhì))4、帶電特點(diǎn)：兩極板電荷等量異號，分布在相對的兩板內(nèi)側(cè)。（“電容器所帶的電荷量”指一個(gè)極板所帶電荷量的絕對值）5、板間電場：勻強(qiáng)電場（）)，方向垂直于板面。那么，如何往電容器內(nèi)“裝”電荷呢？電容器及充放電演示1、電容器的充電：＋＋＋＋＋＋＋

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＋Q－Q正極板負(fù)極板有短暫的電流兩極間有電壓兩板分別帶等量異種電荷，每個(gè)極板帶電量的絕對值叫電容器的帶電量E★注意：若電容器保持與電源連接，則板間電壓U不變；若斷開電源，則極板所帶電量Q不變。①充電：把電容器的兩個(gè)極板和電池的正負(fù)極相連，兩個(gè)極板就分別帶上了等量的異種電荷，這個(gè)過程叫充電。③充電完成后：a、充電電流：充電瞬間有短暫的電流，電流方向從電源正極流出，電流由大變小。A.兩極板帶等量異種電荷B.兩極板間有電壓（且與電源電壓相等）C.兩極板間有勻強(qiáng)電場D.兩極板間儲存有電場能②充電過程的特點(diǎn)：b、與電源正極相連的極板帶正電，電容器所帶電荷量增加。c、兩極板間電壓升高。d、兩極板間電場強(qiáng)度增大。e、其它形式能轉(zhuǎn)化為電場能。2、電容器的放電：＋＋＋＋＋＋＋

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＋Q－Q在放電過程中導(dǎo)線上有短暫的電流產(chǎn)生U=0①放電：把充電后的電容器兩極板接通，兩極板上的電荷中和失去電荷，電容器不再帶電，這個(gè)過程叫放電。a、放電電流：電流方向從電容器正極板流出，電流由大變小。②放電過程的特點(diǎn)：b、電容器所帶電荷量減少。c、兩極板間電壓降低。d、兩極板間電場強(qiáng)度減小。e、電場能轉(zhuǎn)化為其它形式的能。③放電完成后：A.兩極板帶量為0B.兩極板間電壓U=0C.兩極板間場強(qiáng)E=0D.兩極板間無電場能放電過程實(shí)質(zhì)：是正、負(fù)電荷中和的過程。電容器放電過程利用I-t圖像測量電荷量QQ=I1t1ItItI1t1I-t圖像“面積”表示電荷量電容器放電過程I-t圖像，是瞬間放電。照相機(jī)的閃光燈原理

照相機(jī)的閃光燈，在不到0.001s的短暫時(shí)間內(nèi)發(fā)出強(qiáng)烈閃光，瞬間電流很大，各種電池都不能承受。在實(shí)際中，常常用電容器幫助閃光實(shí)現(xiàn)它的功能。拍照前用較長的時(shí)間（一般幾秒）給電容器充電，拍照時(shí)觸發(fā)閃光燈，使電容器通過燈管瞬間放電，發(fā)出耀眼的白光。然后電源又給電容器充電，為下次閃光做準(zhǔn)備。閃光燈的內(nèi)部結(jié)構(gòu)生活應(yīng)用注意：蓄電池儲存的不是電荷，是化學(xué)能。1、電容器是儲存電荷的裝置。2、電容器的電荷量Q：一個(gè)極板所帶電量的絕對值。①若保持與電源連接，則板間電壓U不變；②若斷開電源，則極板所帶電量Q不變。關(guān)鍵點(diǎn)撥想一想類比法：類比圓柱型水杯容器的儲水hhABC1.水位每升高h(yuǎn)，試比較A、B、C的儲水量；2.哪個(gè)儲水本領(lǐng)大？如何反映其儲水本領(lǐng)？既然電容器能儲存電荷，那么如何反映電容器容納電荷的本領(lǐng)大小呢？容納儲存水容納儲存電荷電荷量Q水量V電勢差U水位差h橫截面S電容器水容器？大膽猜想大膽猜想

人們通過實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)：

對于同一電容器，電容器所帶的電荷量Q與電容器兩極板間的電勢差U成正比，即比值Q/U是一個(gè)常量；對于不同的電容器，這個(gè)比值一般不同。這個(gè)比值就表征了電容器儲存電荷的特性。實(shí)驗(yàn)電路圖于是人們這樣定義：電容021、定義：電容器所帶的電荷量Q與電容器兩極板間的電勢差U的比值，叫做電容器的電容。2、定義式：

，或者3、物理意義：電容C是表示電容器容納電荷本領(lǐng)的物理量。電容越大，表明在相同電勢差情況下，電容器所帶的電荷越多。4、單位：在國際單位制中單位是法拉（F）1F=1C/V

常用單位：微法（μF);皮法（pF)

1μF=10-6F1рF=10-12FQ指一個(gè)極板所帶電荷量得絕對值（如果一個(gè)電容器帶1C電量時(shí)，兩極間電壓是1V，這個(gè)電容器的電容就是1F）電

容

5、對電容器和電容的理解：（1）電容器一個(gè)電學(xué)元件，而電容是一個(gè)物理量，它表征了電容器容納電荷的本領(lǐng)。（2）電容C是比值法定義的，

，由電容器本身的性質(zhì)決定，與Q、U無關(guān)，不能說C與Q成正比、與U成反比。6、由

推導(dǎo)

對于一個(gè)確定的電容器電容C是不變的，所以

或

，則Q1=CU1，Q2=CU2故（3）

說明單位電壓下儲存電荷量越多的電容越大。（4）電容器Q不可能無限增大，當(dāng)Q足夠大時(shí)會使空氣電離。（1）電容器的擊穿電壓

加在電容器兩極板上的電壓不能超過某一限度，超過這個(gè)限度，電介質(zhì)將被擊穿，電容器損壞，這個(gè)極限電壓稱為擊穿電壓。（2）電容器的額定電壓電容器長期正常工作時(shí)所能承受的電壓。電容器外殼上標(biāo)的就是額定電壓和電容，它比擊穿電壓要低。6．電容器的額定電壓和擊穿電壓對于給定的電容器，在描述電容量C、帶電量Q、兩板間電勢差U

的相互關(guān)系中，下列圖中正確的是(

)

ACE小試牛刀某一電容器，當(dāng)所帶電量為4×10-6C，兩極板間的電勢差為20v，求：（1）電容器的電容.（2）當(dāng)所帶電量減半時(shí)，電容器的電容為多少?（3）如果電容器不帶電呢？解:（1)（2）仍是2×10-7

F（3）仍是2×10-7

F小試牛刀你可以動手制做一個(gè)容量較大的電容器，該怎么做？請同學(xué)們參考課本P41拓展學(xué)習(xí)部分。電容器的電容跟哪些因素有關(guān)？想一想實(shí)驗(yàn)探究03極板面積極板距離電介質(zhì)平行板電容器是最簡單，也是最基本的電容器，幾乎所有電容器都是平行板電容器的變形。平行板電容的大小也是由電容器本身決定，與哪些因素有關(guān)？大膽猜想實(shí)驗(yàn)方法：控制變量法有機(jī)玻璃板++++++實(shí)驗(yàn)探究：影響平行板電容器電容的因素------改變d改變S改變電介質(zhì)說明：靜電計(jì)是在驗(yàn)電器的基礎(chǔ)上制成的，用來測量導(dǎo)體間的電勢差，從指針的偏轉(zhuǎn)角度就可以知道兩個(gè)導(dǎo)體間的電勢差的大小。多媒體實(shí)驗(yàn)室方案：電量Q不變平行板電容器的電容C

板間距離d；

正對面積S；

介電常數(shù)??r；??r=4探究平行板電容器電容C：(探究、理論表明)

------++++++++++++++++++++++++++++++??r=2??r=1反比于正比于正比于平行板電容器的電容決定式：兩極板間距離兩極板正對面積靜電力常量介電常數(shù)真空εr=1幾種常用電介質(zhì)的相對介電常數(shù)電介質(zhì)空氣煤油石蠟陶瓷玻璃云母水εr1.0005266～84～112.0～2.181空氣的相對介電常數(shù)與1十分接近，研究中，空氣對電容的影響一般可以忽略。電容器工作原理兩個(gè)公式的比較只適用于平行板電容器普遍適用式『判一判』(1)兩個(gè)靠近的導(dǎo)體一定能構(gòu)成一個(gè)電容器。 (

)(2)電容大的電容器帶電量不一定多。 (

)(3)電容的常用單位有μF和pF,1μF＝103pF。 (

)(4)其他條件不變時(shí)，平行板電容器的電容隨極板正對面積的增大而增大。 (

)(5)其他條件不變時(shí)，平行板電容器的電容隨極板間距離的增大而增大。 (

)(6)任何電介質(zhì)的相對介電常數(shù)都大于1。 (

)×

√×

√×

√【例題】（多選）下列哪些措施可以使電介質(zhì)為空氣的平行板電容器的電容變大些(

)

A．使兩極板靠近些B．增大兩極板的正對面積C．把兩極板的距離拉開些D．在兩極板間放入云母ABD小試牛刀【例題】對于一個(gè)確定的電容器的電容正確的理解是(

)

A．電容與帶電量成正比

B．電容與電勢差成反比

C．電容器帶電量越大時(shí)，電容越大

D．對確定的電容器,每板帶電量增加,兩板間電勢差必增加D小試牛刀常用電容器04電容器的分類：（1）按結(jié)構(gòu)分：固定電容器和可變電容器。（2）按形狀分：圓柱電容器、平行板電容器、球形電容器。（3）按電介質(zhì)分：空氣電容器、真空電容器、聚苯乙烯電容器、云母電容器、陶瓷電容器、電解電容電容器等。（1）聚苯乙烯電容器：以聚苯乙烯薄膜為電介質(zhì)，兩層鋁箔為極板。（2）電解電容器：用鋁箔做一個(gè)極板，以鋁箔上很薄的一層氧化膜為電介質(zhì)，用浸過電解液的紙做另一個(gè)極板。有“+”、“-”極之分，不能接反，不能接交流電。＋符號：固定電容器可變電容器兩極由兩組鋁片組成，固定的一組鋁片叫做定片；可以轉(zhuǎn)動的一組鋁片叫做動片。轉(zhuǎn)動動片，使兩組鋁片的正對面積發(fā)生變化，電容相應(yīng)變化。

可變電容器按其使用的介質(zhì)材料可分為空氣介質(zhì)可變電容器和固體介質(zhì)可變電容器。符號：

超級電容器是指介于傳統(tǒng)電容器和充電電池之間的一種新型儲能裝置，它既具有電容器快速充放電的特性，同時(shí)又具有電池的儲能特性。超級電容器動態(tài)分析05（1）電容器始終與電源連接，U保持不變。①由判斷電容C的變化。（C隨εr

、S、d的變化而變化。）②由判斷Q的變化。③由判斷E的變化。d增加C減小Q=CUQ減小E=U/dE減小S減小U不變C減小Q=CUQ減小E不變E=U/d（2）電容器充電后與電源斷開，Q保持不變。①由判斷電容C的變化。（C隨、S、d的變化而變化。）②由判斷U的變化。③由判斷E的變化。(Q不變時(shí)，E與d無關(guān)，只隨εr、S變化。）C減小U=Q/CU增加E不變C減小U==Q/CU增加E增加d增加S減小Q不變【例題】水平放置的平行板電容器與一電池相連，在電容器的兩板間有一帶正電的質(zhì)點(diǎn)處于靜止?fàn)顟B(tài)，現(xiàn)將電容器兩板間的距離增大，則(

)A.電容變大，質(zhì)點(diǎn)向上運(yùn)動B.電容變大，質(zhì)點(diǎn)向下運(yùn)動C.電容變小，質(zhì)點(diǎn)保持靜止D.電容變小，質(zhì)點(diǎn)向下運(yùn)動Ｄ小試牛刀【例題】兩塊大小形狀完全相同的金屬平板平行放置，構(gòu)成一平行板電容器，與它相連接的電路如圖所示，接通開頭Ｋ，電源即給電容器充電(

)A.保持Ｋ接通，減小兩極板間的距離，則兩極板間的電場強(qiáng)度減小B.保持Ｋ接通，在兩極板間插入一塊介質(zhì)，則極板上的電荷量增大C.斷開Ｋ，減小兩極板間的距離，則兩極板間的電勢差減小D.保持Ｋ接通，在兩極板間插入一塊介質(zhì)，則極板間的電勢差增大ＢCＲＫ＋－Ｅ小試牛刀

【例題】平行板電容器充電平衡后仍與電源相連，兩極板間的電壓是U，充電荷量為Q，兩極板間場強(qiáng)為E，電容為C，現(xiàn)將兩極板間距離減小，則（

）

A.Q變大 B.C變大

C.E不變

D.U變小AB小試牛刀

【例題】平行板電容器充電平衡后與電源斷開，兩極板間的電壓是U，充電荷量為Q，兩極板間場強(qiáng)為E，電容為C，現(xiàn)將兩極板間距離減小，則（

）

A.Q變大 B.C變大

C.E不變 D.U變小BCD小試牛刀【例題】如圖所示，將平行板電容器兩極板分別接在電壓是6V的電池組正負(fù)極，跟電池組負(fù)極相連的極板帶電量為-9.0×10-8C，則電容器的帶電量為

C，電容器的電容為

pF。