《电容器的电容》教案物理科课件

高中同步学案优化设计GAOZHONGTONGBUXUEANYOUHAUSHEJI4.电容器的电容第十章内容索引0102课前篇自主预习课堂篇探究学习学习目标1.观察常见电容器的构造,建构电容器模型。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转化情况。(科学思维)2.经历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,理解电容概念。知道电容的单位。(科学探究)3.了解电容器的类型、特性及作用。了解影响平行板电容器电容大小的因素。(物理观念)思维导图课前篇自主预习【必备知识】一、电容器想一想人们在使用相机或手机拍照时,若光线不足,相机或手机一般会自动开启闪光灯以补充光线。闪光的能量是从哪里来的呢?提示闪光的能量来自电容器。1.基本构造:任何两个彼此绝缘又相距很近的导体,都可以看成一个电容器。2.充电、放电:使电容器两个极板分别带上等量的异种电荷,这个过程叫充电。使电容器两极板上的电荷中和,电容器不再带电,这个过程叫放电。3.从能量的角度区分充电与放电:充电是从电源获得能量储存在电容器中,放电是电容器把储存的能量通过电流做功转化为其他形式的能。4.电容器的电荷量:一个极板所带电荷量的绝对值。二、电容1.定义:电容器所带的电荷量Q与电容器两极板之间的电势差U的比值,叫作电容器的电容,用C来表示。3.物理意义:电容是表示电容器容纳电荷本领的物理量,数值上等于使两极间的电势差为1V时,电容器需要带的电荷量。

4.单位:法拉,简称法,用F表示。常用单位还有:pF、μF,单位间的关系是:1pF=10-6μF=10-12F。三、平行板电容器的电容1.公式:,其中εr是电介质的相对介电常数,S是两极板的正对面积,k是静电力常量,d是两极板的距离。2.决定因素:平行板电容器的电容与两板正对面积成正比,与两板间的距离成反比,与两板间电介质的相对介电常数成正比。四、常用电容器1.类别:从构造上看,电容器可分为两类,即固定电容器和可变电容器。2.固定电容器:电容不变的电容器,如聚苯乙烯电容器、陶瓷电容器、电解电容器等。3.可变电容器:可变电容器由定片和动片组成,转动动片,使两极板的正对面积发生变化,电容就随着改变。【自我检测】1.正误判断,判断结果为错误的小题说明原因。(1)电容器是储存电荷和电能的容器,只有带电的容器才称为电容器。(

)答案×解析电容器是任何两个彼此绝缘而又相互靠近的导体组成的能够储存电荷和电能的装置,与导体是否带电无关。(2)其他条件不变时,平行板电容器的电容随极板正对面积的增大而增大。(

)答案√(3)其他条件不变时,平行板电容器的电容随极板间距离的增大而增大。(

)答案×解析平行板电容器的电容跟极板间的距离d成反比。2.(多选)某电容器上标有“1.5μF

9V”字样,则该电容器(

)A.击穿电压为9VB.正常工作时电压不应超过9VC.正常工作时所带电荷量不超过1.5×10-6CD.正常工作时所带电荷量不超过1.35×10-5C答案BD解析电容器铭牌上标注的是额定电压,即正常工作的最大电压,A错误,B正确;由,得Q=CU=1.5×10-6×9C=1.35×10-5C,C错误,D正确。3.将电容器两极板的电荷量减半,间距变为原来的4倍,则电容器极板间(

)A.电压加倍,电场强度减半 B.电压加倍,电场强度加倍C.电压减半,电场强度减半 D.电压加倍,电场强度不变答案A课堂篇探究学习探究一电容器及电容器的充、放电【情境导引】把直流电源、电阻、电容器、电流表、电压表以及单刀双掷开关组装成实验电路。(1)把开关S接1,此时电源给电容器充电。在充电过程中,电压表和电流表的示数如何变化?说明了什么问题?(2)把开关S接2,电容器对电阻R放电。在放电过程中,电压表和电流表示数如何变化?说明了什么问题?要点提示(1)电压表示数迅速增大,随后逐渐稳定在某一数值,电流表示数逐渐减小至0,说明电容器两极板具有一定的电势差。充电完毕时电容器两极板带有一定的等量异种电荷,即使断开电源,两极板上的电荷仍然被保存在电容器中。(2)电压表示数和电流表示数都逐渐减小,说明放电电流由电容器的正极板经过电阻R流向电容器的负极板,正负电荷中和。此时两极板所带的电荷量减小,电势差减小,放电电流也减小,最后两极板电势差以及放电电流都等于0。【知识归纳】电容器充、放电过程的特点1.充电过程的特点(1)充电电流从电容器正极板流入,从电容器负极板流出,如图甲。(2)充电时电容器所带电荷量增加,极板间电压升高,极板间电场强度增大。(3)电容器充电结束后,电容器所在电路中无电流,电容器两极板间电压与充电电压相等。(4)充电过程中,其他能转化为电容器中的电场能。2.放电过程的特点(1)放电电流从电容器正极板流出,从电容器负极板流入,如图乙。(2)放电时电容器所带电荷量减少,极板间电压降低,极板间电场强度减弱。(3)电容器放电结束后,电容器所在电路中无电流,电容器不再带有电荷,电容器两极板间电压为零。(4)放电过程中,电场能转化为其他能。【典例示范】例1电流传感器可以像电流表一样测量电流,不同的是反应比较灵敏,且可以和计算机相连,能画出电流与时间的变化图像。图甲是用电流传感器观察充、放电过程的实验电路图,图中电源电压为6V。先使开关S与1接通,待充电完成后,再把开关S与2接通,电容器通过电阻放电,电流传感器将电流信息传入计算机,显示出电流随时间变化的I-t图像如图乙所示。根据图像估算出电容器全部放电过程中释放的电荷量约为

C,该电容器电容为

F。(均保留一位有效数字)

答案3×10-3

5×10-4解析根据题图乙的含义,因Q=It,可知图形与时间轴围成的面积表示电荷量;根据横轴与纵轴的数据可知,一个格子的电荷量为8×10-5C,由大于半格算一格,小于半格舍去,因此图像所包含的格子个数约为38(37~39均可),所以释放的电荷量为q=8×10-5C×38=3×10-3C。根据电容器的电容变式训练1如图所示为我国自主研发、全球首创的“超级电容器”,这种电容器安全性高,可反复充、放电100万次以上,使用寿命长达十二年,且容量超大(达到9500F),能够在10s内完成充电。则该“超级电容器”(

)A.充电过程中电流是恒定电流B.充电过程中两极板间的电压逐渐增大C.充电时电容器的正极应接电源的负极D.放电过程中电容器的化学能转化为电能答案B解析电容器的充电电流随着电荷量的增加而减小,故A错误;充电过程,极板所带电荷量逐渐增大,根据

可知,两极板间的电压逐渐增大,故B正确;充电时电源的正极要接电容器的正极,故C错误;放电过程中是内部的电场能转化为电路中其他形式的能,故D错误。探究二电容【情境导引】当电容器的电荷量增加时,电容器两极板间的电势差如何变化?电荷量Q和板间电势差U的比值是否发生变化?要点提示增大

不变【知识归纳】1.电容由电容器本身的构造决定电容器的电容是反映电容器容纳电荷本领的物理量,用比值

来定义,但电容的大小与Q、U无关。由公式

知,影响平行板电容器电容大小的因素是电介质的相对介电常数εr、电容器极板的正对面积S和极板间的距离d。2.通过Q-U图像理解电容如图所示,Q-U图像是一条过原点的直线,其中Q为一个极板上所带电荷量的绝对值,U为两板间的电势差,直线的斜率表示电容大小。因而电容器的电容也可以表示为,即电容的大小在数值上等于两极板间的电压增大(或减小)1V所增加(或减少)的电荷量。4.电容器电容的另一种定义式电容器在充、放电的过程中,电容器所带的电荷量发生变化,同时电容器两极板间的电压也相应变化,则

。【典例示范】例2对电容

,以下说法正确的是(

)A.电容器充电电荷量越多,电容增加越大B.电容器的电容跟它两极板间所加电压成反比C.电容器的电容越大,所带电荷量就越多D.对于确定的电容器,它所充的电荷量跟它两极板间所加电压的比值保持不变答案D变式训练2(多选)下列关于电容的说法正确的是(

)A.电容是反映电容器容纳电荷本领的物理量B.电容器A的电容比B的大,说明A的带电荷量比B多C.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D.由公式

知,若电容器两极板间电压为10V,极板带电荷量为2×10-5C,则电容器电容大小为5×105F答案AC解析电容反映电容器容纳电荷本领的大小,A正确;电容器A的电容比B的大,只能说明电容器A容纳电荷的本领比B强,与带电荷量多少无关,B错误;根据电容的定义式可知C正确;电压为10V,电荷量为2×10-5C时,电容

=2×10-6F,D错误。探究三平行板电容器的动态分析【情境导引】在研究“影响平行板电容器电容大小的因素”的实验中,连入了静电计。(1)静电计的作用是什么?(2)d变化时,极板上的电荷量怎样变化?要点提示(1)用静电计测量已经充电的平行板电容器两极板间的电势差U,从指针偏转角度的大小可推知U的大小。(2)保持不变。【知识归纳】1.两个电容公式的比较2.平行板电容器动态问题的分析思路与技巧

【典例示范】例3(多选)如图所示,电路中A、B为两块竖直放置的金属板,C是一只静电计,开关S合上后,静电计指针张开一个角度,下述做法可使静电计指针张角增大的是(

)A.仅使A、B两板靠近一些B.仅使A、B两板正对面积减小一些C.断开S后,仅使B板向右平移一些D.断开S后,仅使A、B正对面积减小一些答案CD解析静电计显示的是A、B两极板间的电压,指针张角越大,表示两板间的电压越高。当合上S后,A、B两板与电源两极相连,板间电压等于电源电压不变,静电计指针张角不变;当断开S后,板间距离增大,正对面积减小,都将使A、B两板间的电容变小,而电容器所带的电荷量不变,由

可知,板间电压U增大,从而静电计指针张角增大,所以选项C、D正确。规律方法分析电容器动态变化问题的四个步骤(1)明确电容器与电源的连接情况,从而确定是电压不变还是电荷量不变。变式训练3(多选)如图所示,平行板电容器两极板A、B与电池两极相连,一带正电小球悬挂在电容器内部。闭合开关S,充电完毕后悬线偏离竖直方向夹角为θ,则(

)A.保持S闭合,将A板向B板靠近,则θ增大B.保持S闭合,将A板向B板靠近,则θ不变C.断开S,将A板向B板靠近,则θ增大D.断开S,将A板向B板靠近,则θ不变答案AD解析保持开关S闭合,电容器两端间的电势差不变,带正电的A板向B板靠近,极板间距离减小,电场强度E增大,小球所受的静电力变大,θ增大,故A正确,B错误;断开开关S,电容器所带的电荷量不变,

知d变化,E不变,静电力不变,θ不变,故C错误,D正确。

随堂训练1.某电容器上标有“25μF

450V”字样,下列对该电容器的说法正确的是(

)A.要使该电容器两极板之间电压增加1V,所需电荷量为2.5×10-5CB.要使该电容器带电荷量为1C,两极板之间需加电压2.5×10-5VC.该电容器能够容纳的电荷量最多为2.5×10-5CD.该电容器的击穿电压为450V答案A2.(多选)连接在电源两极上的平行板电容器,当两极板间距离减小时(

)A.电容器的电容C变大B.电容器极板的带电荷量变大C.电容器两极板间的电势差U变大D.电容器两极板间的电场强度E变大答案ABD解析电容器两极板间距离减小,由

得其电容变大,所以A正确;因为电容器连在电源上,所以两极板间的电压保持不变,故C错误;由Q=CU得电容器所带电荷量变大,所以B正确;由

知,两极板间的电场强度变大,所以D正确。3