10.4+电容器的电容+课件-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4.电容器的电容学习目标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)基础落实·必备知识全过关1.电容器(1)基本构造:任何两个彼此

又相距很近的导体,都可以看成一个电容器。(2)电容器充、放电:充电的过程中两极板的电荷量

,极板间的电场强度

,电源的能量不断储存在电容器中;放电的过程中,电容器把储存的能量通过电流

转化为电路中其他形式的能量。盛电荷的容器

一、电容器和电容绝缘

增加增大做功2.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之比,叫作电容器的电容。用

来表示。

(2)定义式:C=

。

(3)单位:法拉,简称法,符号是F。常用的单位还有微法(μF)和皮法(pF),它们与法拉的关系是:1μF=

F,1pF=

F。

(4)物理意义:电容是描述电容器贮存电荷特性的物理量。(5)击穿电压:电容器的电介质不被

时加在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。

(6)额定电压:电容器外壳上标的工作电压,数值比击穿电压低。一个极板所带电荷量的绝对值

C击穿

10-6

10-12【要点提示】

电容的大小与电荷量、电压无关。二、平行板电容器的电容及常用电容器(1)实验结论:

平行板电容器两极板的正对面积、

两极板之间的距离都能减小平行板电容器的电容;而在两极板之间插入电介质,却能

平行板电容器的电容。反之亦然。

(2)公式:C=

,

是一个常数,与电介质的性质有关,叫作电介质的相对介电常数,

是极板的正对面积,

是静电力常量,

是极板间的距离。

减小增大增大

εrSdk2.常用电容器(1)类别:从构造上看,可以分为

电容器和

电容器。

(2)固定电容器:

不变的电容器,常用的有聚苯乙烯电容器和电解电容器。

(3)可变电容器:由固定的和可以转动的两组铝片组成。转动动片,使两组铝片的

发生变化,电容就随着改变。固定

可变电容正对面积情境链接据记载,1752年,富兰克林利用风筝将“天电”引下来并收集到图示的莱顿瓶中,你知道其中的道理吗?提示:莱顿瓶的内、外铝箔之间通过玻璃绝缘,当静电力将正负电荷分离至它的内外铝箔上时不能形成通路而相互抵消,故能储存电。教材拓展阅读教材第39页“拓展学习”,若实验中增大电阻R,其他条件不变,则电容器放电的I-t图像与坐标轴所围面积、与t轴的截距有何变化?提示:因为电容器的电荷量不会因为电阻R而变化,则曲线与坐标轴所围的面积不变;由于电阻变大,电路中的平均电流变小,所以放电时间将变长,曲线与t轴的截距变大。易错辨析(1)放电后的电容器所带电荷量为零,电容也为零。

(

)

(2)电容器的电容与电容器所带电荷量成正比,与它两极板间所加电压成反比。

(

)

(3)对于确定的电容器,它所带电荷量跟它两极板间电压的比值保持不变。(

)

提示:电容器的电容由电容器本身决定,所以放电后的电容器所带电荷量为零,电容不为零。提示:电容器的电容由电容器本身决定,与极板间的电压和电荷量无关,电容的大小等于电容器所带的电荷量与极板间的电压的比值。××√

(6)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。(

)

(5)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。(

)

提示:平行板电容器的电容随极板间距离的增大而减小。

(4)任何两个彼此绝缘而又相互靠近的导体都能组成电容器,而且跟这两个导体是否带电无关。(

)×√

√

重难探究·能力素养全提升探究点一电容器及电容器的充、放电导学探究把直流电源、电阻、电容器、电流表、电压表以及单刀双掷开关组装成如图所示的实验电路。(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?提示: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)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?提示: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

过程充电过程放电过程电路

电流从正极板流入,负极板流出从正极板流出,负极板流入电容器的电荷量增大减小,最终等于0两极板间的电压升高,最终等于充电电压降低,最终等于0两极板间的电场强度增大减小,最终等于0能量转化其他能转化为电场能电场能转化为其他能电容器充电示意图

电容器放电示意图

典例剖析【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____

C,该电容器电容为________F。(均保留一位有效数字)3×10-3

5×10-4

方法技巧

电容器充、放电现象中的三点注意(1)电容器充电时电流流向正极板,电容器放电时电流从正极板流出,且充、放电电流均逐渐减小至零。(2)电容器充、放电过程,电容器的电容不变,极板上所带电荷量和电压按正比关系变化。(3)电容器充、放电过程,I-t图像中曲线与坐标轴围成的面积表示电容器储存的电荷量。对点演练1.(2023新课标卷改编)在“观察电容器的充、放电现象”实验中,所用器材如下:电池、电容器、电阻箱、定值电阻、小灯泡、电流表、秒表、单刀双掷开关以及导线若干。(1)某同学设计的实验电路如图甲所示。先将电阻箱的阻值调为R1,将单刀双掷开关S与“1”端相接,记录电流随时间的变化。电容器充电完成后,开关S再与“2”端相接,相接后小灯泡亮度变化情况可能是

(填正确答案标号)。

A.迅速变亮,然后亮度趋于稳定B.亮度逐渐增大,然后趋于稳定C.迅速变亮,然后亮度逐渐减小至熄灭C

R2电荷量

解析:

(1)S与“1”端相接时,小灯泡不发光,电容器充电;S与“2”端相接时,电容器放电,且放电电流逐渐变小,直至为0,故C正确,A、B错误。

探究点二电容器的电容导学探究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?提示:增大

不变

知识归纳

公式C=C=特点定义式决定式意义对某电容器Q∝U,但C=不变,C与Q、U无关,反映容纳电荷的本领平行板电容器C∝εr,C∝S,C∝,反映了影响电容的因素联系电容器容纳电荷的本领由来量度,由本身的结构来决定,如平行板电容器的S、d、εr等因素典例剖析

D

对点演练2.如图为某一电容器所带电荷量和两端电压之间的关系图线,若将该电容器两端的电压从40V降低到36V,对电容器来说正确的是(

)BA.是充电过程B.是放电过程C.该电容器的电容为5×10-2FD.该电容器的电荷量变化量为0.2C

探究点三平行板电容器的动态分析导学探究在研究“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?提示: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。提示:保持不变。

知识归纳两类动态分析的比较

典例剖析【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(

)CDA.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

教你析题

读取题干获取信息A、B为两块竖直放置的金属板A、B是平行板电容器,电容C=,C=C是一只静电计测量两板间的电压开关S合上后两板间的电压保持不变静电计指针张角增大两板间的电压增大断开S后电容器的电荷量保持不变教你破题

对点演练3.(多选)一平行板电容器充电后与电源断开,负极板接地,在两极板间有一正电荷,电荷量足够小,固定在P点,如图所示。若保持负极板不动,将正极板移到图中虚线位置,则(

)BDA.静电计指针偏角变小B.两极板间的电场强度保持不变C.P点的电势变大D.在P点的正电荷电势能保持不变

学以致用·随堂检测全达标1.(描述电容器的电容、电荷量、击穿电压等)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450VA

2.(平行板电容器的动态变化问题)工厂在生产纺织品、纸张等绝缘材料时为了实时监控其厚度,通常要在生产流水线上设置如图所示的传感器。其中A、B为平行板电容器的上、下两个极板,上、下位置均固定,且分别接在恒压直流电源的两极上。当流水线上通过的产品厚度增大时,下列说法正确的是(

)CA.A、B平行板电容器的电容减小B.A、B两极板间的电场强度增大C.A、B两极板上的电荷量变大D.有电流从b向a流过灵敏电流计

3.(电容器的充、放电过程)据某媒体报道,科学家发明了一种新型超级电容器,能让手机几分钟内充满电。某同学假日登山途中用该种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,电容器的电容变大B.该电容器给手机电池充电时,电容器存储的电能变少C.该电容器给手机电池充电时,电容器所带的电荷量可能不变D.充电结束后,