10.4电容器的电容ppt课件（含视频）-（2019）新人教版高中物理必修第三册.rar

情景引入情景引入 水可以用容器储存起来，电荷也可以水可以用容器储存起来，电荷也可以用一个用一个“容器容器”储存起来。图中的元件就储存起来。图中的元件就是这样的是这样的“容器容器”问题问题 1 1：它内部的构造是怎样的？它内部的构造是怎样的？问题问题 2 2：它是怎样它是怎样“装进装进”和和“倒出倒出”电荷的呢？电荷的呢？电容器。电容器。 第十章静电场中的能量 10.4电容器的电容电容器的电容与电阻一样，电与电阻一样，电容器是电路中最容器是电路中最常见的元件之一。常见的元件之一。生活中常见的电容器生活中常见的电容器：大小不一，形状各异电介质极板请观察请观察它们的构造有什么共同点？它们的构造有什么共同点？绝缘纸绝缘纸导电导电纸纸导电导电纸纸想一想早在早在 17461746 年，荷兰的物理学家就发明了一种可存储电荷的小器件，称年，荷兰的物理学家就发明了一种可存储电荷的小器件，称为莱顿瓶。富兰克林就是利用莱顿瓶收集来自雷电的电荷，完成许多为莱顿瓶。富兰克林就是利用莱顿瓶收集来自雷电的电荷，完成许多电学实验的。它的基本构造是一个内外壁分别贴有锡箔的玻璃瓶。电学实验的。它的基本构造是一个内外壁分别贴有锡箔的玻璃瓶。右图是实验室拆开的纸质电容器。它是由两层导电纸和隔开它们的绝右图是实验室拆开的纸质电容器。它是由两层导电纸和隔开它们的绝缘纸组成的。缘纸组成的。莱莱顿顿瓶瓶（17461746年年 荷荷兰兰 ）拆拆开开的的纸纸质质电电容容器器新课教学新课教学一一、电容器、电容器1. 1.定义定义：在两个相距很近的平行金属板中间夹上一层绝缘物质在两个相距很近的平行金属板中间夹上一层绝缘物质 电电介质（空气也是一种电介质），就构成了一个最简单的电容器，叫做介质（空气也是一种电介质），就构成了一个最简单的电容器，叫做平行板电容器。平行板电容器。任何两个彼此绝缘又相互靠近的导体都可以构成电容器。任何两个彼此绝缘又相互靠近的导体都可以构成电容器。两个彼此两个彼此绝缘绝缘又相又相距距很很近近的的导体导体如：平行板电容器（最简单的电容器）两块平行金属板-极板。中间的绝缘物质-电介质 （例：空气）电容器的极板电容器的极板电介质2.构构造造：情景引入情景引入 水可以用容器储存起来，电荷也可以水可以用容器储存起来，电荷也可以用一个用一个“容器容器”储存起来。图中的元件就储存起来。图中的元件就是这样的是这样的“容器容器”问题问题 1 1：它内部的构造是怎样的？它内部的构造是怎样的？问题问题 2 2：它是怎样它是怎样“装进装进”和和“倒出倒出”电荷的呢？电荷的呢？电容器。电容器。请观察请观察开关先后接开关先后接1 1和和2 2，会看到什么，会看到什么现象？现象？想一想3 3 . .电容器的充电和放电电容器的充电和放电一一、电容器、电容器阅读阅读 P P3838面试验面试验 观察实验，并记录表格观察实验，并记录表格. .两极板间的两极板间的电势差增大电势差增大还是减小还是减小通过图中电流表通过图中电流表的电流方向向左的电流方向向左还是向右还是向右电流增大电流增大还是减小还是减小开关开关接接1 1开关开关接接2 灵敏电流灵敏电流计计数字电压数字电压表表电容器电容器观察电容器的充、放电现象观察电容器的充、放电现象请观察请观察两极板间的两极板间的电势差增大电势差增大还是减小还是减小通过图中电流表通过图中电流表的电流方向向左的电流方向向左还是向右还是向右电流增大电流增大还是减小还是减小开关开关接接1 1增大直到稳增大直到稳定定充充电电过过程程请观察请观察两极板间的两极板间的电势差增大电势差增大还是减小还是减小通过图中电流表通过图中电流表的电流方向向左的电流方向向左还是向右还是向右电流增大电流增大还是减小还是减小开关开关接接1 1增大直到稳增大直到稳定定向右向右I+ +- -充充电电过过程程请观察请观察两极板间的两极板间的电势差增大电势差增大还是减小还是减小通过图中电流表通过图中电流表的电流方向向左的电流方向向左还是向右还是向右电流增大电流增大还是减小还是减小开关开关接接1 1增大直到稳增大直到稳定定向右向右减小直至减小直至为为0 0充充电电过过程程I+ +- -请观察请观察两极板间的两极板间的电势差增大电势差增大还是减小还是减小通过图中电流表通过图中电流表的电流方向向左的电流方向向左还是向右还是向右电流增大电流增大还是减小还是减小开关开关接接1 1增大直到稳增大直到稳定定向右向右减小直至减小直至为为0 0充充电电过过程程能量是如何转能量是如何转化的？化的？I+ +- -请观察请观察两极板间的两极板间的电势差增大电势差增大还是减小还是减小通过图中电流表通过图中电流表的电流方向向左的电流方向向左还是向右还是向右电流增大电流增大还是减小还是减小开关开关接接1 1增大直到稳增大直到稳定定向右向右减小直至减小直至为为0 0充充电电过过程程 “装进装进”电荷电荷 建立电场建立电场 储存电势能（来自电源）储存电势能（来自电源）I+ +- -新课教学新课教学一一、电容器、电容器（1 1）电容器的充电：）电容器的充电： QQ 将电容器两个极板将电容器两个极板带上等量异种电荷带上等量异种电荷的过程，叫电容器的的过程，叫电容器的充电充电。 正正极板极板负负极板极板有短暂的有短暂的电流电流两极间有两极间有电场电场两板分别带两板分别带等量等量异种异种电荷，每个电荷，每个极板带电量的极板带电量的绝绝对值对值叫电容器的叫电容器的带电带电量。量。E3. 3.电容器电容器的的充、放电现象充、放电现象 电容器电容器充电的过程中，两极板的电荷量增加，极板充电的过程中，两极板的电荷量增加，极板间的间的电场电场强度增大，电源的能量不断储存在电容器强度增大，电源的能量不断储存在电容器中。中。充电：充电：将将电容器两电容器两极极板分别接在电池两端板分别接在电池两端：（开关开关S S接接1 1）充电过程中：充电过程中：电压表示数逐渐增大。有短暂电流，方向由电源正极流出的电流方向，方向由电源正极流出的电流方向，电流由大到小直到为0。电容器所带电荷量增加、两极板间电势差增大、电容器中电场强度增强。充电结束：充电结束：电容器所在电路中无电流、两极板间电势差与电源电压相等、两极板之间形成两极板之间形成匀强电场匀强电场、两极板带有等量异种电荷。 能量转化能量转化：电源电源电能电能 电容器电容器电势电势能能。请观察请观察开关接开关接2 2时，时，又发生了什么又发生了什么变化？变化？想一想灵敏电流灵敏电流计计数字电压数字电压表表电容器电容器观察电容器的充、放电现象观察电容器的充、放电现象请观察请观察两极板间的两极板间的电势差增大电势差增大还是减小还是减小通过图中电流表通过图中电流表的电流方向向左的电流方向向左还是向右还是向右电流增大电流增大还是减小还是减小开关开关接接2 2减小直至为减小直至为0 0向左向左减小直至减小直至为为0 0I+ +- -放放电电过过程程 “倒出倒出”电荷电荷 电场减弱电场减弱 电势能转化为其他电势能转化为其他形式的能（焦耳热）形式的能（焦耳热）新课教学新课教学一一、电容器、电容器（2 2）电容器的放电：）电容器的放电： QQ 用导线将充电后的电容器两极接通，两极失去电荷的过程，用导线将充电后的电容器两极接通，两极失去电荷的过程，叫电容器的叫电容器的放电放电。 在在放电放电过程中导线上过程中导线上有有短暂的电流短暂的电流产生产生U=03. 3.电容器电容器的的充、放电现象充、放电现象 放电的放电的过程中，电容器把储存的能量通过电流做功转化为过程中，电容器把储存的能量通过电流做功转化为电路中电路中其他形式的能量。其他形式的能量。放电：放电：充了电的电容器的两充了电的电容器的两极极板用导线相连板用导线相连：（开关开关S S接接2 2）放电过程中：放电过程中：电压表示数逐渐减，直到为0。有短暂电流，方向为从电容器正极板流出的电流方向，电流由大到小直到为0。电容器所带电荷量减少减少、两极板间电势差降低降低、电容器中电场强度减弱减弱。放放电结束：电结束：电容器所在电路中无电流、两极板不再带有电荷、两极板间电势差为零两极板不再带有电荷、两极板间电势差为零 能量转化能量转化：电容器电容器电势电势能能 其他形式能其他形式能。电流电流传感传感器器电压电压传感传感器器用传感器观察电容的充、放电过程阅读阅读 P P3939拓展学习内容拓展学习内容电流随时间的变化两板间的电势差随时间的变化 问题问题 1 1：什么：什么 样样的容器能够的容器能够 “ “装进装进 ” ”电荷呢？电荷呢？ 问题问题 2 2：怎样：怎样 “ “装进装进 ” ”和和“ “倒出倒出 ” ”电荷的呢？电荷的呢？ 问题问题 3 3：电容器：电容器 “ “装进装进 ” ”电荷的多少与什么有关？电荷的多少与什么有关？电容器电容器 储存电荷量的多少与什么有储存电荷量的多少与什么有关？关？电容器本身电容器本身两极板间两极板间的电势差的电势差想一想探究：两极板间电势差跟所带电荷量的关系 选定选定 一个电容器，测量电势差一个电容器，测量电势差和和电荷量电荷量电荷量：电荷量：？电势差：电压电势差：电压表表库仑定律中电荷量的测量：对你有启发吗？请观察请观察Q新课教学新课教学二、二、电容电容探究探究：电容器：电容器两极板间电势差跟所带电荷量的关系两极板间电势差跟所带电荷量的关系 精确精确的实验表明，一的实验表明，一个电容器所带的个电容器所带的电荷量电荷量Q Q与两极板之间的与两极板之间的电势差电势差U U之比之比是不变的。不同的电是不变的。不同的电容器，这个比一般是不同容器，这个比一般是不同的，可见的，可见电荷量电荷量Q Q与电势与电势差差U U之比之比表征了电容器储表征了电容器储存电荷的特性。存电荷的特性。二、电容二、电容1 1. .定义定义: :电容器所带电量电容器所带电量Q Q与电容器两极板间的电势差与电容器两极板间的电势差U U的比值，叫电容器的比值，叫电容器的电容。符号：的电容。符号：C C2 2. .定义式定义式： Q Q - 一个极板一个极板所所带电带电荷荷量量的的绝对值绝对值U U - 电容器两电容器两极极板板间间的电势差的电势差（电压电压）。3.单位单位：4.物理意义：描述电容器容纳电荷本领大小容纳电荷本领大小的物理量法拉法拉 简称：法（简称：法（ F F）1F=101F=106 6F=10F=101212pFpF（比值定义法比值定义法）思考：思考：电容 C与Q、U是否成正反比关系？5对电容定义式 的理解电容电容C C与与Q、U无关，不成正反比，无关，不成正反比，C C是由电容器自身的构造决定的是由电容器自身的构造决定的，即使电容器，即使电容器不带电，其电容仍然存在不带电，其电容仍然存在，并且是一个，并且是一个确定的量确定的量(1)(1)电容由电容器电容由电容器本身的构造本身的构造决定决定思考：思考：Q、U图像是怎样的？斜率又代表什么含义？定义式 得Q=CU，C为常量，表明 Q与U成正比(2)(2)Q Q与与U图像的图像的 斜率为电容器的电容斜率为电容器的电容C C 问题问题 1 1：什么：什么 样样的容器能够的容器能够 “ “装进装进 ” ”电荷呢？电荷呢？ 问题问题 2 2：怎样：怎样 “ “装进装进 ” ”和和“ “倒出倒出 ” ”电荷的呢？电荷的呢？ 问题问题 3 3：电容器：电容器 “ “装进装进 ” ”电荷的多少与什么有关电荷的多少与什么有关？ 问题问题 4 4：最简单的电容器（平行板电容器）最简单的电容器（平行板电容器）电容与哪些因素有关？电容与哪些因素有关？新课教学新课教学二、二、电容电容平行板电容器的电容平行板电容器的电容问题：问题：平行板电容器的电容跟哪些因素有关呢？平行板电容器的电容跟哪些因素有关呢？平行板电容器组成结构平行板电容器组成结构静电计在实验中起什么作用静电计在实验中起什么作用？如何如何判断电容判断电容C C的变化情况的变化情况？阅读阅读 P P4141面拓展学习内容面拓展学习内容新课教学新课教学二、二、电容电容平行板电容器的电容平行板电容器的电容问题：问题：平行板电容器的电容跟哪些因素有关呢？平行板电容器的电容跟哪些因素有关呢？猜想与假设：平行板电容器的电容猜想与假设：平行板电容器的电容C C可能跟极板正对面积、距离和电介质可能跟极板正对面积、距离和电介质等于因素有关。等于因素有关。 实验电路：实验电路：静电计在实验中起什么作用静电计在实验中起什么作用？测量测量电势差大小；静电计电势差大小；静电计指针偏角指针偏角越大，电势差越越大，电势差越大。大。如何如何判断电容判断电容C C的变化情况的变化情况？静电计静电计指针显示电势差大小，指针显示电势差大小，根据根据 , ,判断判断C C变化变化情况。情况。新课教学新课教学二、二、电容电容平行板电容器的电容平行板电容器的电容1. 1. 保持极板上的电荷量保持极板上的电荷量Q Q不变，两极板间的距离不变，两极板间的距离d d也不变，改变两极板的也不变，改变两极板的正对面积正对面积S S。实验现象：实验现象：保持保持Q Q和和d d不变不变, ,正对面正对面积积S S减小，静电计指针张角变大减小，静电计指针张角变大实验过程：实验过程：张角变大张角变大, ,U U 变大变大, ,根据根据 ，C C变小。即变小。即 S S变小，变小，C C变小变小, ,C C与与S S为正相关关系为正相关关系新课教学新课教学二、二、电容电容实验现象：实验现象：保持保持Q Q和和S S不变不变, ,增大增大两极板距离两极板距离d d，静电计指针张角，静电计指针张角变大变大平行板电容器的电容平行板电容器的电容实验过程：实验过程：2. 2. 保持极板上的电荷量保持极板上的电荷量Q Q不变，两极板的正对面积不变，两极板的正对面积S S也不变，改变两极板间的也不变，改变两极板间的距离距离d d，张角变大张角变大, ,U U变大变大, ,根据根据 , ,C C变小即变小即d d变大，变大，C C变小变小, ,C C与与d d为负相关关系。为负相关关系。新课教学新课教学二、二、电容电容平行板电容器的电容平行板电容器的电容实验过程：实验过程：实验现象：实验现象：插入介质，静电计指插入介质，静电计指针张角变小针张角变小3. 3. 保持保持Q Q、S S、d d都不变，在两极板间插入电介质都不变，在两极板间插入电介质，有机玻璃有机玻璃板。板。张角变小，张角变小，U U变小变小, ,根据根据 , ,C C变大变大。即。即插入电介质，电容插入电介质，电容C C增大。增大。新课教学新课教学二、二、电容电容两板间距离两板间距离两板正对面积两板正对面积介电常数介电常数真空真空 r r=1=1静电力常量静电力常量决定电容大小的因素：决定电容大小的因素：平行平行板电容器的电容板电容器的电容新课教学新课教学二、二、电容电容公式内容公式内容公式特点公式特点意义意义联系联系定义式定义式( (不成比例）不成比例） 决定式决定式（成比例成比例）反映容纳电荷的反映容纳电荷的本领本领反映了影响电容反映了影响电容大小的因素大小的因素电容器容纳电荷的本领由电容器容纳电荷的本领由Q Q/ /U U来量度来量度，由，由本身的结构本身的结构( (如平行板电容器的如平行板电容器的 r r、S S、d d等因素等因素) )来决定来决定（1 1）定电压问题）定电压问题：若两极板充电后：若两极板充电后保持保持跟电源相连跟电源相连U U保持不变保持不变平行板电容器的两类问题平行板电容器的两类问题当电容器的当电容器的d d、S S、r r变化时，将引起电容器的变化时，将引起电容器的C C、Q Q、E E的变的变化，即：化，即：（2 2）定电荷量问题定电荷量问题：若：若两极板两极板充电后与电源断开充电后与电源断开Q Q保持不变保持不变平行板电容器的两类问题平行板电容器的两类问题当电容器的当电容器的d d、S S、r r变化时，将引起电容器的变化时，将引起电容器的C C、U U、E E的变化，即：的变化，即：新课教学新课教学 问题问题 1 1：什么：什么 样样的容器能够的容器能够 “ “装进装进 ” ”电荷呢？电荷呢？ 问题问题 2 2：怎样：怎样 “ “装进装进 ” ”和和“ “倒出倒出 ” ”电荷的呢？电荷的呢？ 问题问题 3 3：电容器：电容器 “ “装进装进 ” ”电荷的多少与什么有关电荷的多少与什么有关？ 问题问题 4 4：最简单的电容器（平行板电容器）电最简单的电容器（平行板电容器）电容与哪些因素有关？容与哪些因素有关？ 问题问题 5 5：常用的电容器有哪些？使用中需要注：常用的电容器有哪些？使用中需要注意什么？意什么？新课教学新课教学三、三、常用电容器常用电容器1. 1.固定电容器：固定电容器：（1 1）聚苯乙烯电容器：）聚苯乙烯电容器： 以聚苯乙烯薄膜为电介质，两层铝箔为极板。以聚苯乙烯薄膜为电介质，两层铝箔为极板。符号：符号：（2 2）电解电容器：）电解电容器： 用铝箔做一个极板，以铝箔上很薄的一层氧化膜为电介质，用浸过电用铝箔做一个极板，以铝箔上很薄的一层氧化膜为电介质，用浸过电解液的纸做另一个极板。解液的纸做另一个极板。符号：符号：+-新课教学新课教学三、三、常用电容器常用电容器2. 2.可变电容器：可变电容器： 两极由两组铝片组成，固定的一组铝片叫作定片；可以转动的一组铝片两极由两组铝片组成，固定的一组铝片叫作定片；可以转动的一组铝片叫作动片叫作动片; ;空气为电介质。空气为电介质。转动动片，使两组铝片的正对面积发生变化，电容相应变化。转动动片，使两组铝片的正对面积发生变化，电容相应变化。符号：符号：新课教学新课教学 超级超级电容器是电容器是2020世纪世纪7070年代根据电化学原理研发的一种新型电容器，年代根据电化学原理研发的一种新型电容器，它的出现使电容器的容量得到了巨大的提升。超级电容器的充电时间短它的出现使电容器的容量得到了巨大的提升。超级电容器的充电时间短，储存电能多，放电功率大，使用寿命长。这些优点展现了它作为新型，储存电能多，放电功率大，使用寿命长。这些优点展现了它作为新型动力电源的广阔发展前景动力电源的广阔发展前景3. 3.超级超级电容器电容器三、三、常用电容器常用电容器电容器的击穿电压与工作电压 加在电容器两极板上的电压不能超过某一限加在电容器两极板上的电压不能超过某一限度，度， 超过这个超过这个 限度，电介质将被击穿，电限度，电介质将被击穿，电容器损坏。这个容器损坏。这个 极限电压叫作极限电压叫作击穿电压击穿电压。 电容器外壳电容器外壳 上标的是上标的是工作电压工作电压，或称，或称额定额定电压电压，这个数值比击穿电压，这个数值比击穿电压低。低。三、三、常用电容器常用电容器要点总结要点总结电容器电容器 充电充电放电放电电容电容平行板电容器电容平行板电容器电容数学表达式数学表达式 （决定式）决定式）平行电容器的动态分析平行电容器的动态分析单位：法拉单位：法拉F F（定义式（定义式） 数学表达式数学表达式 -算一算（2）将上述电容器两极板间的电势差降为）将上述电容器两极板间的电势差降为2 V，电容器的电容是多少？所带电荷量是多，电容器的电容是多少？所带电荷量是多少？少？ 若电容器两极板间的电势差降为若电容器两极板间的电势差降为2V，电，电容器的电容不会改变，仍为容器的电容不会改变，仍为1.5 10-4 F，电容器所带的电荷量电容器所带的电荷量 Q=CU= 1.5 10 -4 2 C= 3.0 10 -4 C算一算 算一算做一做做一做2 2、研究与平行板电容器电容有关因素的实验装置如图所示研究与平行板电容器电容有关因素的实验装置如图所示 , ,下列说法正确下列说法正确的是的是( () )A A. .实验前实验前, ,只用带电玻璃棒与电容器只用带电玻璃棒与电容器a a板接触板接触, ,能使电容器带电能使电容器带电B.B.实验中实验中, ,只将电容器只将电容器b b板向上平移板向上平移, ,静电计指针的张角变小静电计指针的张角变小C.C.实验中实验中, ,只在极板间插入有机玻璃板只在极板间插入有机玻璃板, ,静电计指针的张角变大静电计指针的张角变大D.D.实验中实验中, ,只增加极板带电量只增加极板带电量, ,静电计指针的张角变大静电计指针的张角变大, ,表明电容增大表明电容增大A A 做一做做一做3 3、( (多选多选) )如图所示如图所示, ,电路中电路中A A、B B为两块竖直放置的金属板为两块竖直放置的金属板, ,C C是一只静电计是一只静电计, ,开关开关S S合上后合上后, ,静电计指针张开一个角度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下述做法可使静电计指针张角增大的是的是 ( () )A.A.使使A A、B B两板靠近一些两板靠近一些B.B.使使A A、B B两板正对面积减小一些两板正对面积减小一些C.C.断开断开S S后后, ,使使B B板向右平移一些板向右平移一些D.D.断开断开S S后后, ,使使A A、B B正对面积减小一些正对面积减小一些CD