电容器的电容+-2025-2026学年高二上学期物理人教版必修第三册

第十章静电场中的能量第4节电容器的电容

核心素养学习重点物理观念(1)理解电容的概念，知道电容的单位。(2)了解电容器的类型、特性及作用。1.了解电容器充电和放电现象及能量转换。2．会应用平行板电容器的电容公式分析有关问题。科学思维(1)通过实验，观察电容器在充、放电过程中电流与电压的变化，分析电荷量变化及能量变化情况。(2)了解影响平行板电容器电容大小的因素。

核心素养学习重点科学探究通过实验探究电容器两极板间电势差与所带电荷量关系和用物理量之比定义电容的过程。1.了解电容器充电和放电现象及能量转换。2．会应用平行板电容器的电容公式分析有关问题。科学态度与责任养成观察、比较、归纳、分析的良好习惯。探究点3素养能力提升课后知能作业探究点2探究点1课堂效果反馈探究点1电容器●新知导学水可以用容器储存起来，电荷也可以用一个“容器”储存起来。图中的元件就是这样的“容器”——电容器。●基础梳理1．组成：由两个彼此________又相距很近的导体组成。2．带电荷量：一个极板所带电荷量的__________。3．电容器的充、放电(1)充电：使电容器带电的过程，充电后电容器两极板带上等量的____________，电容器中储存电场能。(2)放电：使充电后的电容器失去电荷的过程，放电过程中__________转化为其他形式的能。绝缘绝对值异种电荷电场能[判断正误](1)任何两个彼此绝缘而又相互靠近的导体，就组成了电容器，跟这两个导体是否带电无关。(

)(2)电容是反映电容器容纳电荷本领的物理量。(

)(3)电容器A的电容比B的大，说明A的带电荷量比B多。(

)(4)充、放电过程中外电路有瞬间电流。(

)(5)充电过程中电源提供的电能全部转化为内能。(

)(6)放电过程中电容器中的电场能逐渐减少。(

)(7)放电后电容器的电荷量为零，电容也为零。(

)答案：(1)√

(2)√

(3)×

(4)√

(5)×

(6)√

(7)×●重难解读观察电容器的充、放电现象1．把电容器的一个极板与电池的正极相连，另一个极板与负极相连，两个极板将分别带上等量的异号电荷，这个过程叫作充电。如图甲所示，电容器充电时会在电路中形成随时间变化的充电电流。2．用导线把充电后的电容器的两极板接通，两极板上的电荷中和，电容器就不带电了，这个过程叫作放电。如图乙所示，电容器放电时，电路中有短暂的放电电流。3．(1)充电特点①充电电流从电源正极流出；②电容器所带电荷量增加；③极板间场强增大，电压升高；④电源的能量不断储存到电容器中；⑤充电后，电容器两极板间的电压与充电电压相等。(2)放电特点①放电电流从正极板流出；②电容器所带电荷量减少；③极板间的场强减小，电压降低；④电容器把储存的能量通过电流做功转化为电路中其他形式的能量；⑤放电后，两极板间的电压为零。类型电容器的充、放电典题1：某同学用传感器做“观察电容器的充放电”实验，采用的实验电路如图所示。将开关先与“1”端闭合，对电容器进行充电，充电完毕后再将开关与“2”端闭合，电容器放电。在下列通过传感器的电流i随时间t变化的四个图像中，正确的是(

)

[思维点拨][思维点拨]充电过程由于电荷间的相互作用会越充越慢，放电过程越放越慢，再就是注意电流方向。答案：A解析：充电过程中，电容器两极板间的电压逐渐增大，电源电动势和电容器两极板间的电势差的差值逐渐减小，充电电流逐渐变小，经过电流传感器的充电电流为从上到下；放电过程中，电容器两极板间的电压逐渐减小，放电电流逐渐减小，且减小得越来越慢，电容器上极板带正电，经过电流传感器的放电电流为从下到上，故图A符合要求。故选A。

[规律方法][规律方法](1)当电容器充电结束后，电容器所在电路中无电流，电容器两极板间的电压与充电电压相等。(2)放电的过程实际上就是电容器两极板上正、负电荷中和的过程，当放电结束后，电路中无电流。(3)电容器所带的电荷量指的是电容器一个极板所带电荷量的绝对值。跟踪训练1：如图所示，平行板电容器水平放置，下极板接地，以大地电势为零。初始两极板均不带电。用丝绸摩擦过的玻璃棒接触上极板以后，关于上、下极板的带电情况和电势的下列说法正确的是(

)A．上极板带正电，下极板不带电B．上极板带正电，下极板带负电C．下极板的上表面带负电，下表面带正电D．上极板电势为正，下极板电势为负答案：B解析：用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电，接触上极板以后，上极板带正电，下极板带负电，故A、C错误，B正确；电势零点是人为规定的，上极板电势不一定为正，下极板电势不一定为负，故D错误。故选B。探究点2电容●新知导学探究：(1)把电容器的两个极板分别与电源两极相连，对电容器进行充电，该过程中能量是如何转化的？当把电容器两极相接，使电容器放电，该过程中能量是如何转化的？(2)当电容器的带电荷量增加时，电容器两极板间的电势差如何变化？带电荷量Q和板间电势差U的比值是否发生变化？

[提示][提示](1)充电过程中电源内的化学能转化为电容器内的电场能；放电过程中电容器的电场能转化为电路中其他形式的能量。(2)增大，不变。●基础梳理电容1．定义：电容器所带的________与电容器两极板之间的________之比。3．单位：法拉(F)、微法(μF)、皮法(pF)。1F＝__________μF＝____________pF。4．意义：表示电容器____________本领的高低。5．决定因素：由电容器本身物理条件(大小、形状、极板相对位置及电介质)决定，与电容器是否带电及电压________。电荷量电势差1061012容纳电荷无关[判断正误](1)电容器所带的电荷量增加一倍，两极板间的电势差也增加一倍。(

)(3)电容越大的电容器，带电荷量也一定越多。(

)(4)两个电容器的带电荷量相等时，两极板间电势差较大的电容器的电容较大。(

)(5)对于确定的电容器，它所带的电荷量跟它两极板间所加电压的比值保持不变。(

)(6)电容在数值上等于使两极板间的电势差为1V时电容器需要带的电荷量。(

)答案：(1)√

(2)×

(3)×

(4)×

(5)√

(6)√●重难解读1．电容的物理意义：电容器的电容是表示电容器容纳电荷本领的物理量，在数值上等于使两极板之间的电势差为1V时，电容器所带的电荷量。(3)C由电容器本身结构性质(导体大小、形状、相对位置及电介质)决定，反映了电容器容纳电荷的本领，不同电容器的电容不同。2．击穿电压(1)击穿电压：电介质不被击穿时加在电容器两极板上的极限电压，若电压超过这一限度，电容器就会损坏。(2)电容器外壳上标的工作电压，也是电容器正常工作所能承受的最大电压，这个电压比击穿电压低。类型电容的应用典题2：心室纤颤是一种可能危及生命的疾病。一种叫作心脏除颤器的医疗设备，其工作原理是通过一个充电的电容器对心室纤颤患者皮肤上安装的两个电极板放电，让一部分电荷通过心脏，使心脏停止跳动，再刺激心室纤颤患者的心脏恢复正常跳动。如图是一次心脏除颤器的模拟治疗，若心脏除颤器的电容器电容为15μF，充电至9.0kV电压，如果电容器在2.0ms时间内完成放电，放电结束时电容器两极板间的电势差减为零。下列说法正确的是(

)A．若充电至4.5kV，则该电容器的电容为7.5μFB．充电至9.0kV时，该电容器所带电荷量是0.27CC．这次放电过程中有0.135C的电荷通过人体组织D．这次放电过程中通过人体组织的电流是恒定不变的

[思维点拨][思维点拨]理解电容器电容的概念以及电容器充放电的特点答案：C

[规律方法][规律方法]跟踪训练2：中国制造华为Mate60手机是全球首款支持卫星通话的大众智能手机，引发全球消费者关注。目前华为快充技术小组正在研发一种超级平行板电容器，具有充电速度快，充电10秒至10分钟可达到其额定容量的95%以上；若用该种平行板电容器给手机电池充电，下列说法正确的是(

)A．该电容器给手机电池充电时，电容器的电容与电压成反比B．该电容器给手机电池充电时，电容器的电容与所带电荷量成正比C．该电容器给手机电池充电时，电容器存储的电能变少D．充电结束后，若电容器不带电，电容器的电容为零答案：C解析：电容器的电容只与电容器本身有关，与电容器两板间的电压以及带电荷量均无关，即使电容器不带电，电容器的电容也不为零，选项A、B、D错误；该电容器给手机电池充电时，电容器放电，则电容器存储的电能变少，选项C正确。故选C。探究点3平行板电容器●新知导学探究：平行板电容器由两块平行放置的金属板组成。利用平行板电容器进行如下实验：

[提示][提示](1)实验结论：S减小，电势差U增大，电容C减小。(2)实验结论：d增大，电势差U增大，电容C减小。(3)实验结论：插入电介质，电势差U减小，电容C增大。●基础梳理一、平行板电容器的电容1．决定因素：两极板的__________、电介质的_______________、_______________。2．决定式：C＝__________。正对面积相对介电常数两板间的距离二、常用电容器1．分类：分为________电容器和________电容器两类。2．固定电容器有：____________电容器、________电容器等。3．可变电容器由两组铝片组成，固定的一组叫________，可动的一组叫动片。转动动片，两组铝片的____________发生变化，电容就随着变化。固定可变聚苯乙烯电解定片正对面积●重难解读1．平行板电容器的定义：在两个相距很近的平行金属板中间夹上一层绝缘物质——电介质就组成一个最简单的电容器，叫作平行板电容器。2．平行板电容器的结构：由两个相互平行且彼此绝缘的金属板构成。4．电容的决定式(2)决定因素为：介电常数，正对面积，两板间的距离。6.平行板电容器的两类典型问题7．平行板电容器与静电计结合问题的解决方法(1)静电计指针和外壳分别与两块平行金属板相连接，两块金属板带上等量的异种电荷，电容器电荷量Q不变。注意：电容器间插入电介质时意味着εr变大，电容C变大；插入金属板时意味着d减小，电容C也变大。类型一平行板电容器的两类动态问题典题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)。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不变

B．保持d不变，减小S，则θ不变C．保持d不变，减小S，则θ变小

D．保持S不变，增大d，则θ变大

[思维点拨][思维点拨]答案：D

[规律方法]跟踪训练3：如图所示，平行板电容器在充电后切断电源，此时板间有一带电尘粒恰能在电场中静止，如做以下变化，则下列说法错误的是(

)A．当正对的平行板左右错开一些时，带电尘粒将向上运动B．若增大平行板间的距离后，带电尘粒将保持静止C．若增大平行板间的距离后，再闭合开关，则通过电阻R的电流方向为B到AD．若将正对的平行板左右错开一些后，再闭合开关，则通过电阻R的电流方向为A到B答案：CE不变，则带电尘粒将保持静止。故B正确；若增大平行板间的距离后，则电容C减小，电压U增大，则极板间电压大于电源两端电压，所以再闭合开关后，电容器会放电，通过电阻R的电流方向为A到B。故C错误；若将正对的平行板左右错开一些后，则正对面积S减小，电容C减小，与C选项同理可得通过电阻R的电流方向为A到B。故D正确。题目要求选择错误的，故选C。类型二电容内固定点的电势及电势能的变化典题4：如图所示平行板电容器与电动势为E的直流电源连接，下极板接地，静电计所带电荷量很少，可忽略，开关闭合，稳定时一带电的油滴静止于两极板间的P点，若断开开关K，将平行板电容器的下极板竖直向上平移一小段距离，则下列说法正确的是(

)A．带电油滴向上运动

B．静电计指针的张角变大C．P点电势变小

D．带电油滴的电势能变小

[思维点拨][思维点拨]一般来说规定大地的电势为零，再根据公式U＝Ed来分析某点电势。答案：C

[规律方法]跟踪训练4：如图所示，一水平放置的平行板电容器的上极板带正电，下极板接地，油滴静止于P点。现下极板缓慢向上平移到图中虚线位置，在此过程中，下列说法错误的是(

)A．油滴带负电 B．油滴一定处于静止状态C．两极板间的电压不变 D．油滴处的电势将降低答案：C素养能力提升拓展整合•启智培优1．由静电计测量电势差，静电计是由验电器改装而成的，由相互绝缘的两部分组成，静电计与电容器的两个极板分别连接在一起，则电容器两极板间的电势差就等于静电计所指示的电势差U，U的大小可从静电计的刻度读出，可见，静电计指针张角的变化表征了电容器两极板间电势差的变化。2．电容器两极板间的电势差不能用电压表直接测量，因为尽管电压表的内阻很大，但它与电容器直接并联后，会使得电容器两极板正、负电荷中和，直至两极板间的电势差为零，不过可以通过电源、负载控制来间接测量。3．静电计本身也是一个电容器，但静电计容纳电荷的本领很弱，即电容很小，当带电的电容器与静电计连接时，可认为电容器所带的电荷量保持不变。4．真空的介电常数为1，空气的相对介电常数与1十分相近，其他绝缘物质的相对介电常数大于1。课堂效果反馈内化知识•对点验收1.如图所示为一电解电容器，根据图中的标示，判断下列说法正确的是(

)A．该电容器的电容为2200法拉B．该电容器两极间电势差为1V时，电容器带电荷量为2.2×10－3

CD．该电容器的击穿电压为80V答案：B解析：由题图可知，该电容器的电容为2200微法，故A错误；由Q＝CU可知，该电容器两极间电势差为1V时，电容器带电荷量为Q＝2.2×10－3×1C＝2.2×10－3C，故B正确；该电容器为固定电容器，不是可变电容器，故C