電容器的電容 課件 -2023-2024學(xué)年高二上學(xué)期物理人教版（2019）必修第三冊(cè)

人教版物理必修三第十章

靜電場(chǎng)中的能量第四節(jié)

電容器的容器（1）水可以用容器儲(chǔ)存，電荷也可以用容器儲(chǔ)存，儲(chǔ)存電荷的容器稱為電容器。它內(nèi)部的構(gòu)造是怎樣的？它是怎樣“裝進(jìn)”和“倒出”電荷的呢？引入2．電容器的作用儲(chǔ)存電荷，同時(shí)也儲(chǔ)存能量．電容器帶電時(shí)，兩個(gè)極板帶等量異種電荷．一、電容器1．電容器兩個(gè)相互靠近但又彼此絕緣的導(dǎo)體就組成一個(gè)電容器．物理上常用兩個(gè)平行的金屬板中間夾上一層絕緣物質(zhì)—電介質(zhì)(空氣也是電介質(zhì))，組成平行板電容器．電容器的極板電容器的極板電介質(zhì)新課教學(xué)：3．電容器充電:將電容器兩個(gè)極板帶上等量異種電荷的過(guò)程，叫電容器的充電。把電容器兩極與電源兩極相連，與電源正極相連的金屬極板上的一部分自由電子流向電源，從而該極板帶正電(正極板)；與電源負(fù)極相連的金屬極板從電源負(fù)極得電子帶負(fù)電(負(fù)極板)．整體上來(lái)看，充電過(guò)程中電源把電子從電容正極板移到負(fù)極板，這個(gè)過(guò)程中要克服電場(chǎng)力做功，所以電容器中就會(huì)儲(chǔ)存電勢(shì)能，放電時(shí)儲(chǔ)存的電勢(shì)能會(huì)再釋放出來(lái)，如圖所示充電過(guò)程特征：電流減小，電荷增加，電壓增大，電勢(shì)能增加，電場(chǎng)增強(qiáng)．電流方向：充電時(shí)電流由電源正極經(jīng)電容器(實(shí)際上沒(méi)有電荷從電容器正極板流向負(fù)極板)流回電源負(fù)極．4．電容器放電:用導(dǎo)線將充電后的電容器兩極接通，兩極失去電荷的過(guò)程，叫電容器的放電。電容器負(fù)極板的電子經(jīng)外電路流向電容器正極板，但無(wú)論充電還是放電，沒(méi)有電子通過(guò)電容器極板間的電介質(zhì)．放電過(guò)程電子從負(fù)極板流向正極板，電場(chǎng)力做正功，電勢(shì)能轉(zhuǎn)化為其它能．電流方向：放電時(shí)電流從電容器帶正電極板經(jīng)外電路流向帶負(fù)電極板(與電子定向運(yùn)動(dòng)方向相反)．放電過(guò)程特征：電流減小，電荷減少，電壓減小，電勢(shì)能減少，電場(chǎng)減弱．1．電容器的電容:充電后的電容器兩極間的電壓，叫電容器的電壓.電容器的帶電量Q越多，電壓U越高。電容器的帶電量與兩極間電壓(電勢(shì)差)的比值叫電容器的電容(量)．二、電容器的電容3．推論方程由Q1＝CU1，Q2＝CU2，得C＝(ΔQ)/ΔU.2．定義式:C＝Q/U，國(guó)際單位：法拉(符號(hào)F).

常用單位微法(符號(hào)μF)、皮法(符號(hào)pF)1F＝106μF＝1012pF.當(dāng)一個(gè)電容器帶1C電量時(shí)，兩極間電壓是1V，那么這個(gè)電容器的電容就是1F(1)電容器的帶電量：電容器的兩極板帶電量總是相等的，所以單個(gè)極板帶電量Q就可以表示電容器所帶電量的多少，我們把單個(gè)極板帶電量叫電容器的帶電(荷)量．(3)電容與電容器結(jié)構(gòu)有關(guān)，是由電容器自身因素決定的，與所帶電荷量和電壓無(wú)關(guān)．(2)電容器的電容越大，表示在相同電壓時(shí)所帶電荷量越多，說(shuō)明電容儲(chǔ)存電荷的能力越強(qiáng)．對(duì)公式C=Q/U的理解：（4）通過(guò)Q-U圖象來(lái)理解C＝Q/U電容的Q-U圖象是一條過(guò)原點(diǎn)的直線，其斜率等于電容器的電容．其中Q為一個(gè)極板上所帶電荷量的絕對(duì)值，U為兩極板間的電勢(shì)差，可以看出，電容器電容也可以表示為C＝ΔQ/ΔU，即電容器的電容的大小在數(shù)值上等于兩極板間的電壓增加(或減小)1V所需增加(或減小)的電荷量．電容器和電容的比較：電容器是盛放電荷的一種容器，電容是描述這種容器盛放電荷本領(lǐng)大小的一個(gè)物理量，如果把電容器比作水缸，則電容就是這個(gè)水缸的橫截面積．水缸的橫截面積越大，水缸容納水的本領(lǐng)就越大．三、平行板電容器

基本結(jié)構(gòu)：由兩塊彼此絕緣、互相靠近的平行金屬板組成，是最簡(jiǎn)單的，也是最基本的電容器．板間電場(chǎng)：板間(除邊緣外)形成勻強(qiáng)電場(chǎng)，電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E＝U/d，方向垂直極板平面．平行板電容器的電容大小的決定因素探究：(1)方法：采取控制變量法，在電容器帶電荷量Q不變的情況下，只改變電容器的極板正對(duì)面積S，板間距離d，板間電介質(zhì)εr中的一個(gè)量．(2)靜電計(jì)電勢(shì)差的意義：由于靜電計(jì)的金屬球與其中一個(gè)極板相連，兩者電勢(shì)相等，靜電計(jì)的金屬外殼與另一個(gè)極板相連(或同時(shí)接地)，兩者電勢(shì)相等．所以靜電計(jì)的電勢(shì)差實(shí)質(zhì)上也反映了電容器兩極板間的電勢(shì)差的大?。娙萜鲙щ娕c水桶盛水類比：水桶S大，容納水的本領(lǐng)越強(qiáng)h=1cmV=1Sdm3h=1cmV=4Sdm3S與V、h無(wú)關(guān)公式理解：平行板電容器的電容C與εr、S成正比，與d成反比.平行板電容器的電容(實(shí)驗(yàn)結(jié)論)決定式：平行板電容器的電容C與極板的正對(duì)面積S及板間的電介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)εr成正比，與極板間距離d成反比，則C＝(εrS)/4πkd.(1)上述實(shí)驗(yàn)只能證明電容C與εr、S和d有關(guān)，公式C＝(εrS)/4πkd是進(jìn)一步精確實(shí)驗(yàn)得出的．式中的k為靜電力常量．(2)公式中，εr是一個(gè)常數(shù)，與電介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)，稱為電介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)．真空的相對(duì)介電常數(shù)為1，空氣的相對(duì)介電常數(shù)與1十分接近．(3)公式C＝(εrS)/4πkd為平行板電容器的決定式，此式表明電容器C完全由電容器本身決定，與電容器所帶電荷量Q及極板間電壓U無(wú)關(guān)．特別提醒：幾種常用電介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)電介質(zhì)空氣煤油石蠟陶瓷玻璃云母水1.000522.0--2.164--116--881空氣的相對(duì)介電常數(shù)與1十分接近，研究中，空氣對(duì)電容的影響一般可以忽略。

公式內(nèi)容公式類別定義式?jīng)Q定式適用范圍任何電容器平行板電容器意義對(duì)一個(gè)固定電容器C是不變的，Q與U成正比，C反映容納電荷本領(lǐng)對(duì)于平行板電容器，電容C與εr、S成正比，與d成反比

聯(lián)系對(duì)于電容器，電容C可以由Q/U來(lái)度量，但平行板電容器的電容C的值卻是由εr、S、d決定的，與Q和U無(wú)關(guān)

公式與

的比較1．電容器分類(1)固定電容器：容量不變的電容器,常見(jiàn)的有聚苯乙烯電容器與電解電容器，電解電容器的容量一般較大(μF或mF數(shù)量級(jí))．電解電容器有正極和負(fù)極，使用中正極電勢(shì)要高于負(fù)極電勢(shì)．四、常見(jiàn)電容器(3)法拉電容：常見(jiàn)電容器的容量都不到一法拉．但法拉電容容量可以達(dá)到法拉級(jí)別，但充、放電要比一般電容器慢得多．一般用做電子設(shè)備(如手機(jī))時(shí)鐘后備電源供電．

(2)可變電容器：容量可以改變的電容器，由一組固定和一組可動(dòng)的金屬片組成，一般容量較小(pF數(shù)量級(jí))．(4)按電介質(zhì)不同——紙介電容器、陶瓷電容器和電解電容器等.聚苯乙烯電容器及其符號(hào)電解電容器及其符號(hào)擊穿電壓和額定電壓

(1)擊穿電壓：加在電容器兩極板上的電壓不能超過(guò)某一限度，超過(guò)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)額定電壓：電容器長(zhǎng)期工作時(shí)所能承受的電壓．電容器外殼上標(biāo)的就是額定電壓，它比擊穿電壓要低．2．電容器規(guī)格電容器外殼上除標(biāo)明容量外，還標(biāo)識(shí)有電壓，這個(gè)電壓是正常工作的最高電壓，也叫額定電壓，如圖．電容器電壓高到一定程度，電容器中間的介質(zhì)就會(huì)由絕緣體變?yōu)閷?dǎo)體，俗稱擊穿，擊穿后電容器會(huì)損壞，這個(gè)電壓叫擊穿電壓，額定電壓低于擊穿電壓．討論交流：靜電計(jì)是測(cè)量電壓的，電壓表也是測(cè)量電壓的，在電容實(shí)驗(yàn)中為什么不用電壓表測(cè)量電壓？靜電計(jì)和電壓表都是用來(lái)測(cè)量電壓的，但是工作原理不同，靜電計(jì)改裝自驗(yàn)電器，指針是利用電荷同性相斥原理偏轉(zhuǎn)，因?yàn)殪o電計(jì)外殼接地，所以靜電計(jì)指針偏轉(zhuǎn)角顯示出指針對(duì)地電勢(shì)差大?。羔樑c外殼是絕緣的，工作時(shí)沒(méi)有電流流過(guò)靜電計(jì)，它是測(cè)量靜電電壓的，測(cè)量范圍從幾千伏到幾萬(wàn)伏．電壓表是利用通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受安培力原理制作成的，工作時(shí)需要有持續(xù)的電流流過(guò)電壓表(雖然電流很小)，它是測(cè)量恒定電流電路的電壓的，一般測(cè)量范圍是幾毫伏到幾百伏．如果用電壓表測(cè)量靜電電壓，由于電壓表是相當(dāng)于一個(gè)電阻，會(huì)把電容器的電荷快速釋放掉，這樣就測(cè)量不出電壓了．同樣用靜電計(jì)也不能測(cè)量恒定電流電路的電壓．因?yàn)殡妷禾?，靜電計(jì)根本沒(méi)有明顯反應(yīng)．(1)平行板電容器連接在電源兩端，電容器的d、S、εr發(fā)生變化時(shí)，將引起C、Q、U、E變化．五.平行板電容器的兩類問(wèn)題的分析方法：①條件：如圖所示，S閉合，電容器與電源保持連接，兩極板間的電勢(shì)差U保持不變．②方法：由決定式C＝(εrS)/4πkd判斷出C隨S、εr、d的變化．由Q＝CU＝(UεrS)/4πkd判斷出Q隨εr、S、d的變化．由E＝U/d判斷出E隨d的變化情況．(2)平行板電容器充電后，切斷與電源的連接，電容器的d、S、εr發(fā)生變化時(shí)，將引起電容的C、Q、U、E怎樣變化．①條件：電容器充電后與電源斷開(kāi)，極板上所帶電荷量保持不變．②方法：由C＝(εrS)/4πkd

判斷出C隨S、εr、d的變化。由U＝Q/C＝Q/(εrS/4πkd)＝(4πkdQ)/εrS判斷