1、 人教版高中物理选修3-1 导体导体导体导体绝缘体绝缘体极板极板极板极板电介质电介质一、电容器1.结构结构 自主学习课本的第自主学习课本的第29页页2、3段段 有关电容器的充放电过程分析有关电容器的充放电过程分析充电过程充电过程放电过程放电过程电容器充放电实验2、电容器的充放电、电容器的充放电QQESUC充电过程：充电过程：充电电流充电电流-有充电电流有充电电流-电源提供的电荷移动，电源提供的电荷移动，堆积在极板上堆积在极板上-板间场强增加板间场强增加-电势差增大电势差增大 电场能增加电场能增加 -有放电电流有放电电流-电容器储存的电荷电容器储存的电荷移动，通过导线中和移动，通过导线中和-板间
2、场强减弱板间场强减弱-电势差减小电势差减小 电场能减少电场能减少 放电过程：放电过程：ES0UC放电电流放电电流思考：水杯容器的储水问题思考：水杯容器的储水问题: :水位差水位差h h，储水量，储水量V ;V ;水位差水位差2h,2h,储水量储水量2V.2V. 如何反映水杯的储水本领？如何反映水杯的储水本领？hV深度水量2h2VVh水容器储存水水容器储存水电容器储存电荷电容器储存电荷 水量水量V 高度差高度差h本领本领hV电容器与水容器的对比电容器与水容器的对比水容器储存水水容器储存水电容器储存电荷电容器储存电荷 水量水量V 电量电量Q高度差高度差h本领本领hV电容器与水容器的对比电容器与水容
3、器的对比水容器储存水水容器储存水电容器储存电荷电容器储存电荷 水量水量V 电量电量Q高度差高度差h电势差电势差U本领本领hV电容器与水容器的对比电容器与水容器的对比水容器储存水水容器储存水电容器储存电荷电容器储存电荷 水量水量V 电量电量Q高度差高度差h电势差电势差U本领本领本领本领hVUQ电容器与水容器的对比电容器与水容器的对比二、电容二、电容 探究电容器带电量与极板间电势差之间的关系 实验器材：电动势为1.5V的电池三节、电池盒、电容器一个、去掉电池的石英钟一个、带夹子的导线若干 电容器极板间电势差即电源电压；带电量由石英钟秒针电容器极板间电势差即电源电压；带电量由石英钟秒针走过格数体现。
4、走过格数体现。电容器所带的电荷量电容器所带的电荷量Q与电容器两极板电势与电容器两极板电势差差U的比值，叫做电容器的电容。的比值，叫做电容器的电容。定义：定义：表达式：表达式：UQC 单位：单位： 法拉法拉 F常用单位：常用单位：微法（微法（F） 皮法（皮法（ p F ）单位换算：单位换算： 1F=10-6F 1 pF= 10-6F二、电容二、电容三、平行板电容器的电容三、平行板电容器的电容猜想：正对面积猜想：正对面积S ，距离，距离d , 电解质等电解质等控制变量法实验方案控制变量法实验方案不变量改变量 S d分析 保持保持Q和和d不不变变保持保持Q和和S不变不变保持保持Q、S、d均不变均不变
5、在两极板间在两极板间插入电介质插入电介质控制变量法控制变量法控制变量法实验方案控制变量法实验方案不变量改变量分析d C 保持保持Q和和S不不变变保持保持Q和和d不变不变 保持保持Q、S、d均不变均不变d控制变量法实验方案控制变量法实验方案不变量改变量S分析 d C S C保持保持Q和和S不不变变d保持保持Q和和d不变不变保持保持Q、S、d均不变均不变控制变量法实验方案控制变量法实验方案不变量改变量分析d CS C C保持保持Q和和S不不变变保持保持Q和和d不变不变保持保持Q、S、d均不变均不变在两极板间在两极板间插入电介质插入电介质Sd三、平行板电容器的电容三、平行板电容器的电容4sCkd1.
6、1.极板间是真空时：极板间是真空时：2.2.极板间充满介质时：极板间充满介质时：4rsCkd r是一个常数，与电介质的性质有关，称是一个常数，与电介质的性质有关，称为电介质的介电常数。为电介质的介电常数。其中：其中： S 正对面积正对面积 d 两板间距离两板间距离 k 静电常量静电常量定义式定义式适用于任何电容器适用于任何电容器C与与Q、U无关无关决定式决定式只适用于平行板电只适用于平行板电容器容器反映反映C的决定因的决定因素素UQC kdSCr4思考思考；电容的两种表达式有什么不同？电容的两种表达式有什么不同？例题：下列说法错误的有例题：下列说法错误的有 A A给平行板电容器充电时，使一板带
7、正电，另一给平行板电容器充电时，使一板带正电，另一板带等量负电，任何一板所带电量绝对值就是电容板带等量负电，任何一板所带电量绝对值就是电容器所带的电量器所带的电量B B由公式由公式C CQ/UQ/U可知，电容器的电容随着带电量可知，电容器的电容随着带电量的增加而变大的增加而变大C C电容器的电容与它是否带电无关电容器的电容与它是否带电无关D D给平行板电容器带电给平行板电容器带电Q Q后保持电量不变，使两板后保持电量不变，使两板距离逐渐增大，则两板间的电压也随着增大，而两距离逐渐增大，则两板间的电压也随着增大，而两板间的电场强度则保持不变板间的电场强度则保持不变例题例题 1 1、平行板电容器充
8、电后，继续保持电、平行板电容器充电后，继续保持电容器的两极板与电源相连，在这种情况下，如增容器的两极板与电源相连，在这种情况下，如增大两板间距大两板间距d d，则电容器电容，则电容器电容C C、板间电势差、板间电势差U U、电容器所带电量电容器所带电量Q Q，板间场强，板间场强E E分别如何改变？分别如何改变？ 充电后，继续保持电容器与电源相连，电充电后，继续保持电容器与电源相连，电容器两板间电势差容器两板间电势差U U不变不变. .如增大如增大d d，则由，则由 ， C C 将减小，再，将减小，再，Q Q减小，依减小，依E E= =U U/ /d d，E E将增大。将增大。 kdSCr42
9、2、平行板电容器充电后，切断与电源、平行板电容器充电后，切断与电源的连接。在这种情况下，如增大的连接。在这种情况下，如增大d d，则则C C、 U U、Q Q、E E分别如何改变分别如何改变 ？ C C变小、变小、Q Q不变、不变、U U变大、变大、E E不变不变结论结论 （1）若电容器保持与电源相连接，则两极板）若电容器保持与电源相连接，则两极板间电势差保持不变，即间电势差保持不变，即U不变。不变。 （2）若电容器与电源断开，则电容器的带带）若电容器与电源断开，则电容器的带带电荷量保持不变。电荷量保持不变。kSQdkdSQCdQdCQdUE44即在电源断开的情况下即在电源断开的情况下 ，改变
10、平行板间距，平行，改变平行板间距，平行板内的场强不发生变化。板内的场强不发生变化。（3）根据公式）根据公式四、常用电容器四、常用电容器1 1、固定电容器：电容固定不变、固定电容器：电容固定不变 聚苯乙烯电容器聚苯乙烯电容器 电解电容器电解电容器 ： 正负极不能接反，不能接交流电正负极不能接反，不能接交流电 2 2、可变电容器、可变电容器通过改变两极间的通过改变两极间的正对面积或距离来正对面积或距离来改变电容改变电容四、常用电容器四、常用电容器1 1、固定电容器：电容固定不变、固定电容器：电容固定不变 聚苯乙烯电容器聚苯乙烯电容器 电解电容器电解电容器 ： 正负极不能接反，不能接交流电正负极不能
11、接反，不能接交流电 2 2、可变电容器、可变电容器通过改变两极间的通过改变两极间的正对面积或距离来正对面积或距离来改变电容改变电容五、电容器使用时应注意的问题五、电容器使用时应注意的问题1、电容器的击穿电压：加在电容器两极板上的电压不能超过某一限度，超过这个限度，电介质将被击穿，电容器损坏，这个极限电压称为击穿电压。2、电容器的额定电压：电容器正常工作时的最大电压 额定电压低于击穿电压3、注意电解电容器的极性五、电容器使用时应注意的问题五、电容器使用时应注意的问题1、电容器的击穿电压：加在电容器两极板上的电压不能超过某一限度，超过这个限度，电介质将被击穿，电容器损坏，这个极限电压称为击穿电压。
12、2、电容器的额定电压：电容器正常工作时的最大电压 额定电压低于击穿电压3、注意电解电容器的极性 2.一个电容器储存的电荷量是一个电容器储存的电荷量是410-8C,两两极板间电压是极板间电压是2V。那么这个电容器的电容是。那么这个电容器的电容是_F，如果将所带电荷全部放掉，这个，如果将所带电荷全部放掉，这个电容器的电容是电容器的电容是_F。 1.有一空气平行板电容器，仅增加两极板的有一空气平行板电容器，仅增加两极板的正对面积，其电容正对面积，其电容_；仅缩小极板间距离，；仅缩小极板间距离，其电容其电容_;仅降低两极板间电压，其电容仅降低两极板间电压，其电容_;仅在两极板间充以介电常数较大的电介仅
13、在两极板间充以介电常数较大的电介质，其电容质，其电容_。 课堂练习课堂练习增大增大增大增大不变不变增大增大 3.平行板电容器充电后断开电源，然平行板电容器充电后断开电源，然后将两极板间正对面积逐渐增大，则在此后将两极板间正对面积逐渐增大，则在此过程中：（过程中：（ ）。）。 A.电容器电容将逐渐增大；电容器电容将逐渐增大； B.两极板间电场强度将逐渐增大；两极板间电场强度将逐渐增大； C. 两极板间电压保持不变；两极板间电压保持不变； D.两极板上代电荷量保持不变。两极板上代电荷量保持不变。 AD如果充电后不断开电源，再增大如果充电后不断开电源，再增大极板正对面积，选项还一样吗？极板正对面积，
14、选项还一样吗？ A.保持保持S接通，减小两极板间的距离，则两极接通，减小两极板间的距离，则两极板间的电场的电场强度减小；板间的电场的电场强度减小； B.保持保持S接通，在两极板间插入一块电介质，接通，在两极板间插入一块电介质，则极板上的电荷量增大；则极板上的电荷量增大； C.断开断开S，减小两极板间的距离，减小两极板间的距离，则两极板间电势差减小；则两极板间电势差减小； D.断开断开S，在两极板间插入，在两极板间插入一块电介质，则两极板间电势差增大。一块电介质，则两极板间电势差增大。 4. 两块大小、形状完全相同的金属板平两块大小、形状完全相同的金属板平行放置，构成一平行板电容器，接通开关，行
15、放置，构成一平行板电容器，接通开关，电源立即给电容器充电：（电源立即给电容器充电：（ ）。）。BCESR 5.一空气平行板电容器，极板正对面积一空气平行板电容器，极板正对面积为为S,两极板相距两极板相距d，充以电荷量，充以电荷量Q后，两极板后，两极板间电压为间电压为U,使电容器的电容加倍，可采用办使电容器的电容加倍，可采用办法有（法有（ ）。）。 A.将电压变为将电压变为U/2 B.将电荷量变为将电荷量变为2Q C.将两极板正对面积变为将两极板正对面积变为2S D.两极板间充入电介质常数为两极板间充入电介质常数为2的电的电介质介质CD 6.有两个平行板电容器，它们的电容之有两个平行板电容器，它
16、们的电容之比是比是3：2，带电量之比是，带电量之比是3：1，如果有两个，如果有两个电子分别从两个电容器的负极板到正极板，电子分别从两个电容器的负极板到正极板，则这两个电子的动能增量之比是多少？则这两个电子的动能增量之比是多少？解：解：C C1 1:C:C2 2=3:2=3:2 Q Q1 1:Q:Q2 2=3:1=3:1可以推出可以推出U1:U2=2:1电子从负极板到达正极板，电子从负极板到达正极板，W=Eu,可以算出可以算出W1:W2=2：1。 7.有两个平行板电容器，它们的电容之有两个平行板电容器，它们的电容之比为比为3：2，带电荷量之比是，带电荷量之比是3:1，如果有两，如果有两个电子分别
17、从两个电容器的负极板达到正极个电子分别从两个电容器的负极板达到正极板，则这两个电子的动能增量是多少？板，则这两个电子的动能增量是多少？ 解：解： 电容之比为电容之比为3：2，电荷量之比为，电荷量之比为3：1, 根据公式根据公式 ,两极板电压之比为两极板电压之比为2:1， 电子从负极板到正极板，电场力做功为电子从负极板到正极板，电场力做功为W=eU, 则电子的动能增量之比为则电子的动能增量之比为2：1。高考链接高考链接 1.（2007年年 海南）一平行板电容器存在匀强海南）一平行板电容器存在匀强电场，电场沿竖直方向，两个比荷不同的带正电电场，电场沿竖直方向，两个比荷不同的带正电粒子粒子a和和b,
18、从电容器的从电容器的P点以相同的水平速度两平点以相同的水平速度两平行板之间。测得行板之间。测得a和和b与电容器极板的撞击点到与电容器极板的撞击点到射入点之间的水平距离之比为射入点之间的水平距离之比为1：2,若不计重力，若不计重力，则则a和和b的比荷之比是：（的比荷之比是：（ ）。）。DPA.1:2 B.1:8C.2:1 D.4:1点拨点拨所以：所以：212121xxtt 水平方向：水平方向： tvx0竖直方向：竖直方向：22221tmdqUaty所以：所以：1:42221222212211ttUtdyUtdymqmq因此因此D D选项正确。选项正确。 2.（2000 全国）对于水平放置的电容器
19、，全国）对于水平放置的电容器，下列说法正确的是（下列说法正确的是（ ）。）。 A.将两板的间距增大，电容将增大将两板的间距增大，电容将增大 B.将两极板平行错开，使正对面积减小，将两极板平行错开，使正对面积减小，电容将减小电容将减小 C.在下板的内表面放置一面积和极板相等、在下板的内表面放置一面积和极板相等、厚度小于极板间距的陶瓷，电容将增大厚度小于极板间距的陶瓷，电容将增大 D.在下板的内表面上放置一面积和极板在下板的内表面上放置一面积和极板相等、厚度小于极板间距的铝板，电容将增大相等、厚度小于极板间距的铝板，电容将增大BCD 影响平行板电容器的因素有：随正对面影响平行板电容器的因素有：随正
20、对面积的增大而增大；随两极板间距的增大而减积的增大而增大；随两极板间距的增大而减小；在两极板间放入电介质，电容增大。根小；在两极板间放入电介质，电容增大。根据上面叙述可以直接看出据上面叙述可以直接看出B、C正确。对于正确。对于D选项，放入铝板后，实际上是减小了平行板的选项，放入铝板后，实际上是减小了平行板的间距，所以，本题正确选项应该是间距，所以，本题正确选项应该是B、C、D。点拨点拨 3.（2005，全国）水平放置的平行板电，全国）水平放置的平行板电容器与一电池相连，在电容器的两极板间有容器与一电池相连，在电容器的两极板间有一带正电的质点处于静止平衡状态，现将电一带正电的质点处于静止平衡状态
21、，现将电容器两极板间距增大，则（容器两极板间距增大，则（ ）。）。 A.电容变大，质点向上运动电容变大，质点向上运动 B.电容变大，质点向下运动电容变大，质点向下运动 C.电容变小，质点保持静止电容变小，质点保持静止 D.电容变小，质点向下运动电容变小，质点向下运动D点拨点拨 一带正电的质点处于静止状态，则一带正电的质点处于静止状态，则Eq=mg，又极板始终与电池相连，则极板间，又极板始终与电池相连，则极板间电压不变，由电压不变，由 ，d变大，变大，E变小，又变小，又dUE kdSC4，d变大，变大，C变小，所以变小，所以D选项正确。选项正确。 1.答：答： （1）把两极板间距离减小，电容增大
22、，电压）把两极板间距离减小，电容增大，电压变小，静电计指针角度变小。变小，静电计指针角度变小。 （2）把两极板间相对面积减小，电容减小，）把两极板间相对面积减小，电容减小，电荷量不变，电压变大，静电计指针偏角变大。电荷量不变，电压变大，静电计指针偏角变大。 （3）在两极板间插入相对介电常数较大的电）在两极板间插入相对介电常数较大的电介质，电容增大，电荷量不变，电压变小，静电计介质，电容增大，电荷量不变，电压变小，静电计指针角度偏小。指针角度偏小。教材习题答案教材习题答案 2.答：由答：由 得得kdSC42639102101 . 0100 . 914. 344mkdCS26 .22m此面积约为窗
23、户面积的此面积约为窗户面积的10倍。倍。 3.答：答： （1）保持与电池连接，则两极板间电压不变，）保持与电池连接，则两极板间电压不变，CCUCQ1112107 . 21039,两极板两极板间距离减半则电容加倍，间距离减半则电容加倍，CCUQ1210329C11104 . 5。极板上电荷量增加了。极板上电荷量增加了.107 . 211CQQ （2）移去电池后，电容器所带电荷量不变）移去电池后，电容器所带电荷量不变 , ,9VCQU两极板距离减半后，两极板距离减半后，VCQU5 . 42即两极板间电势差减少了即两极板间电势差减少了4.5V。 4.答：设电容器所带电荷量为答：设电容器所带电荷量为Q,因因 ,并且并且UQC kdSC4所以所以,4 kdSUQ.4 kdUSQ又因为又因为dUE ，所以，所以SQkdUE4。可见。可见 电场强度与两极板间距离无关，只与电容器电场强度与两极板间距离无关，只与电容器所带电荷量和极板面积有关。所带电荷量和极板面积有关。
