cxy-1.6电容器与电容.ppt

1、七、电容器和电容,一、导入新课：,在前面的学习中，经常提到带电体、带电小球、两平行的带电金属板，这说明它们容纳了电荷，具有容纳电荷的本领，就跟水桶具有容纳液体的本领一样。在电学中，我们把具有容纳电荷本领的那种容器称之为电容器，它在电路中，特别是在电子线路中是一个十分重要的器件，对电容器的认识和理解是我们后面学习交流电路、LC振荡电路的必备知识。,2、基本构造：由任意两个彼此绝缘又互相靠近的导体组成的。 两导体之间也可以放置绝缘介质。两导体板分别称为电容器的两极。,一、电容器,1、作用：储存电荷和电能的元件。,最简单的电容器平行板电容器：在两个正对的平行金属板间夹上一层电介质（绝缘体）。,注意：

2、对一个孤立的导体（如：一个金属球）它也有容纳电荷的本领，它的另一个电极可认为是在无限远处（或大地）。,一、电容器,3、带电特点：两板所带电荷量等量异号，分布在两板相对的内侧。,4、两板电场：两板间形成匀强电场（不考虑边缘效应），方向始终垂直板面。,5、电容器的电荷量：把任意一块极板所带的电荷量的绝对值，叫做电容器的电荷量。,6、电容器的充电,（1）电容器的充电：使电容器两极板带上等量异种电荷的过程。,（2）电容器的充电特征：电流由大到小；电容器所带电荷量增加；电容器两极板间电压升高；电容器中电场强度增大。,（4）电荷运动：正电荷向A板移动， 负电荷向B板移动。,（5）电流方向：顺时针方向,（3

3、）充电结束：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；两极板带上等量异种电荷均匀分布在两极板相对的内侧，充电的过程是将电场能储存在电容器中。,7、电容器的放电：,（1）电容器的放电：使充电后的电容器失去电荷的过程。,（2）电容器的放电特征：电流由大到小；电容器所带电荷量减少；电容器两极板间电压降低；电容器中电场强度减弱。,（4）电荷运动：正电荷由A板移向B板，负电荷由B板移向A板。,（5）电流方向：逆时针方向,（3）放电结束：电容器所在电路中无电流；放电的过程是将储存在电场中的电场能转化为其他形式的能。,（二）、电容：,对同一电容器，电荷量Q随两极板间的电势差U的增加而增加，而

4、Q/U却与电荷量、电势差无关，不同的电容器Q/U一般是不同的。所以Q/U可反映电容器容纳电荷的本领。,类比水容器,水量 h,h,h,V,S,可见：若Q类比为V，U类比为h，则C可类比为S,（1）概念：电容器所带电荷量Q与两极板间电势差U的比值叫电容器的电容。,（2）定义式：,二、电容,定义式不是决定式，C与Q，U无关,(3)单位：在国际单位制中，电容的单位是法拉，简称法，符号是F。 常用单位：微法(F)、皮法(pF)，换算关系：1F=106F=1012pF。,二、电容,（5）物理意义：电容是表示电容器容纳电荷本领大小的物理量。跟电容器是否带电无关。数字上等于使两极板间的电势差为1V时电容器所带

5、的电荷量。 这跟水桶一样，水桶能容纳多少水是由水桶本身的尺寸决定的，跟是否盛水无关。,（6）电容是电容器本身的一种特性，其大小由电容器本身的性质决定，与Q、U的大小无关。,例1、对于给定的电容器，在描述电容量C、带电量Q、两板间电势差U的相互关系中，下列图116中正确的 是：( ),ACE,例2、某平行板电容器的电容为C，带电荷量为Q，相距为d，今在板间中点放一个电荷量为q的点电荷，则它受到的电场力的大小为（ ） A、 B、 C、 D、,C,例3、用两节相同的电池给两个电容器C1和C2充电，已知C1C2，当达到稳定状态时，两电容器的电势差分别为U1和U2，带电量分别为Q1和Q2，则：（ ） A

6、U1U2 BU1=U2 CQ1=Q2 DQ1Q2,BD,（1）基本结构：由两块彼此绝缘、互相靠近的平行金属板组成，是最简单、也是最基本的电容器。,（2）带电特点：两极板带等量的异种电荷，分布在相对两板的内侧。,（3）板间电场：板间形成匀强电场，场强大小为E=U/d，方向垂直板面。,三、平行板电容器,电容的大小显然应取决于自身的结构，那么跟哪些因素有关呢？,静电计,静电计是在验电器的基础上制成的，用来测量导体间的电势差，从指针的偏转角度就可以知道两个导体间的电势差。,在Q和S不变时，d减小，U减小。由C=Q/U知：C增大。,d则引力F，容量C,在Q和d不变时，S越小，U越大。由C=Q/U可知：C

7、越小。,S相当于r，引力F，故C,在Q、 d和S不变时，插入电介质（r增大），U减小。由C=Q/U知：C增大。,介质插入平行板电容器两极中后，使正负极板中的电荷更加不易相向运动而中和，从而C。,（4）决定式：,（平行板电容器）,相对介电常数； k=9.0109N.m2/C2 一般来说，电容器的电容与两极板所带电荷量Q和电压U无关，由本身的S、d、决定。,D,例4、下列说法中正确的是:（ ） A、平行板电容器一板带电Q，另一板带电Q， 则此电容器不带电。 B、由公式C=Q/U 可知，电容器的电容随带电量Q的增加而变大。 C、平行板电容器保持带电量不变而增大板距时，两板间电压要减小。 D、电容器的

8、带电量与两极板间的电势差成正比。,例5、两块平行金属板带等量异量电荷，要使两板间的电压加倍，而板间的电场强度减半，应使（ ） A、两板的电荷量加倍，而距离变为原来的4倍 B、两板的电荷量加倍，而距离变为原来的2倍 C、两板的电荷量减半，而距离变为原来的4倍 D、两板的电荷量减半，而距离变为原来的2倍,C,例6、在下图所示的实验装置中，平行板电容器的极板A 与一个灵敏的静电计相接，极板B 接地，若极板B 稍向上移动一点，由观察到的指针变化做出平行板电容器电容变小的依据是：（ ） A、两极板间的电压不变，极板上的电荷量变小 B、两极板间的电压不变，极板上的电荷量变大 C、极板上电荷量几乎不变，两极

9、板间电压变小 D、极板上电荷量几乎不变，两极板间电压变大,D,3、常用电容器：,1按介质分：,纸介电容器：容量大，价格低，体积小；损耗大，有电感。,云母电容器：介质损耗小，绝缘性能好较稳定。,陶瓷电容器：耐磨，寿命长；易破碎。,电解电容器：容量大（介质薄且两极近)，体积小；有极性，易漏电。（符号为： ）,3、常用电容器：,2 按构造分:,固定电容器：C不可变（符号为 ）,可变电容器：C可改变（符号为 ）,半可变电容器：C只能作微小改变,可变电容器，它由两组金属片组成，固定不动的一组金属片叫定片，可以转动的一组金属片叫做动片，定片和动片之间的电介质，可以是空气，也可以是某种绝缘介质，转动动片，两

10、组金属片的正对面积发生变化，电容就随着改变。,4、电容器上的标称值：电容器上一般都标有电容器的电容和额定电压值。 、击穿电压：加在电容器上的电压若超过某一限度，电介质将被击穿，这个极限电压称为击穿电压。 、额定电压：是指电容器正常工作时所能承受的电压，它比击穿电压要低许多，电容器上的标称电压是额定电压，电容器在不高于额定电压下工作都是安全、可靠的，不要误认为电容器只有在额定电压下工作才是正常的。,一、对两个电容公式的理解：,电容的定义式,平行板电容的决定式,1、平行板电容器连接在电源两端时的问题：当电容器的 S、d、 发生变化时，将引起电容器的 C、Q、U、E 怎样化？,二、电容器两类典型问题

11、：,（1）因为电容器始终接在电源上，所以两板间电势差U保持不变：,（2） C、Q、U、E 的变化由以下公式来讨论分析：,例7、如图所示， C1和 C2是两个相同的平行板电容器，带有相等的电荷量，用导线连接如图。今在电容器 C1的两极板间插入一块电介质，在电介质插入的过程中，下列哪些现象会发生（ ） A、导线上有电流通过，方向为a b,c d B、导线上有电流通过，方向为b a,d c C、达到稳定时， C1两极板间的电压高于 C2两极板间的电压 D、 C2的带电量保持不变,B,简析：则C，若Q不变则U，要维持U1=U2，就需对C1“充电”。,03年江苏高考5:两块大小、形状完全相同的金属平板平

12、行放置，构成一平行板电容器，与它相连接的电路如图所示，接通开关K，电源即给电容器充电.（ ）,B C,A保持K接通，减小两极板间的距离，则两极板间电场的电场强度减小 B保持K接通，在两极板间插入一块介质，则极板上的电量增大 C断开K，减小两极板间的距离，则两极板间的电势差减小 D断开K，在两极板间插入一块介质，则两极板间的电势差增大,二、电容器两类典型问题：,（1）两板间带电电荷量Q保持不变：,2、平行板电容器充电后，切断与电源的连接问题：当电容器的 S、d、 发生变化时，将引起电容器的 C、Q、U、E 怎样化？,（2） C、Q、U、E 的变化由以下公式来讨论分析：,A,例8、平行板电容器充电

13、后与电源断开，负极板接地，在两板间有一正电荷（电荷量很少）固定在P点，如 图所示，以U 表示电容两极板间的电压，E表示两极板间的场强，Ep表示正电荷在P点的电势能，若保持负极板不动，而将正极板移至图中虚线所示的位置，则（ ） A、U变大， Ep不变 B、E变大， Ep不变 C、U变小， Ep变大 D、U不变， Ep不变,解：由U=4kQd/rS及E=4kQ/ rS可知：d增大，则U增大 而E不变；Ep=qp=qEd1 也不变。,01年广东,10:如图示，平行板电容器经开关S与电池连接，a 处有一带电量非常小的点电荷，S是闭合的， a表示a点的电势，f表示点电荷受到的电场力，现将电容器的B板向下

14、稍微移动，使两板间的距离增大，则 （ ） A. a变大， f 变大 B. a变大， f 变小 C. a不变， f 不变 D. a不变， f 变小,B,三、电容器中带电粒子的平衡及运动问题：,04年全国理综11: 一平行板电容器的电容为C，两板间的距离为d，上板带正电，电量为Q，下板带负电，电量也为Q，它们产生的电场在很远处的电势为零。两个带异号电荷的小球用一绝缘刚性杆相连，小球的电量都为q，杆长为l，且l d。现将它们从很远处移到电容器内两板之间，处于图示的静止状态（杆与板面垂直），在此过程中电场力对两个小球所做总功的大小等于多少？（设两球移动过程中极板上电荷分布情况不变）（ ）,C D,A

15、B0,A,解：在电场中，带正电荷的小球所在处的电势为1 ，带负电荷的小球所在处的电势为2 ，,将电荷从很远处移到电容器内两板间，电场力对两球分别做功为W1、W2，,由电场力做功的定义 W=qU始终= q （ 始- 终）,W1 = q （0 - 1 ）,W2 = -q（ 0 2）,电场力对两个小球所做总功的大小为W,W= W1 + W2 = q （ 2- 1） =-qEl= -qlu/d=- qlQCd,01年全国理综,9:如图示，一个平行板电容器，其电容为C，带电量为Q，上板带正电，现将一个试探电荷q由两板间A点移动到B点，A、B两点间的距离为s，连线AB与极板间的夹角为30，则电场力对试探电

16、荷所做的功等于 （ ） A. qCsQd B. qQsCd C. qQs 2 Cd D. qCs2Qd,C,电容式传感器,电容式传感器,电容器的电容C决定于极板的正对面积S、极板间距离d以及极板间的电介质这几个因素。如果某一物理量（如角度、位移、深度等）的变化能引起上述某个因素的变化，从而引起电容的变化，则通过测定电容器的电容就可以确定上述物理量的变化，起这种作用的电容器称为电容式传感器。,(1）图甲是测量 的电容式传感器，原理是:,角度,由于CS，动片与定片间的角度发生变化时，引起S的变化，通过测出C的变化，测量动片与定片间的夹角,（2）图乙是测量 的电容式传感器，原理是:,液面高度h,由于

17、CS，h发生变化，金属芯线和导电液体组成的电容发生变化，通过测定C的变化，可以测量液面高度h 的变化。,乙,（3）图丙是测量 的电容式传感器,压力F,原理是：由于C1/d，压力F 作用在可动电极上，引起极板间距d 的变化，通过测出C的变化，测量压力F的变化。,（4）图丁是测量 的电容式传感器,位移x,原理是：由于C 随着电介质进入极板间的长度发生变化，通过测出C的变化，测量位移x的变化。,例8：随着生活质量的提高，自动干手机已进入家庭，洗手后，将湿手靠近自动干手机，机内的传感器便驱动电热器加热，有热空气从机内喷出，将湿手烘干。手靠近干手机能使传感器工作，是因为 （ ） A. 改变了湿度 B. 改变了温度