資源簡介

(共33張PPT)
第一章 靜電力與電場強度
2.5 科學探究：電容器
魯科版（2019）高中物理必修第三冊
PART.1
PART.2
PART.2
PART.4
新課導入
新課講解
學習目標
經典例題
目錄
CONTENTS
PART.2
PART.4
課堂練習
課堂小結
新課導入
水可以用容器儲存起來，電荷也可以用一個“容器”儲存起來。圖中的元件就是這樣的“容器”——電容器。那么，它內部的構造是怎樣的？它是怎樣“裝進”和“倒出”電荷的呢？
電容器
一、觀察電容器的充、放電現象
當原來不帶電的電容器的兩極板連接電源時，電容器充電，兩極板會分別帶上等量異種電荷，如圖（a）所示。
能儲存電荷的電學元件稱為電容器（capacitor）。兩塊彼此絕緣的平行金屬板可組成最簡單的電容器，即平行板電容器。
電容器充電后，兩極板間存在電場，電荷因受靜電力的作用而儲存在極板上。當充電后的電容器兩極板通過電流計接通時，電路中會形成瞬時電流而發生放電，使兩極板的電荷中和而不再帶電，如圖 （b）所示。
下面我們通過實驗來研究電容器的充電和放電。
實驗：觀察電容器的充放電現象
實驗目的：觀察了解電容器充放電過程中，兩極板間電壓和電流的變化
實驗原理：
實驗器材：電解電容器、直流電源、電流計、電壓表、電阻、單刀雙擲開關、導線。
1.充電過程：電子從電源的負極出發，流向下極板，電子從上極板出發流向電源正極（電子定向移動），導致兩極板帶等量異號電荷。
(1)電流表指針右偏，說明有順時針的電流；
(2)與電源正極連接的極板失電子，帶正電；與電源負極連接的極板得電子，帶負電；
(3)極板間形成從上到下的勻強電場；
(4)充電時，電容器儲存電場能；
(5)充電完畢，電流表指針回到原位，電路中電流為0。
2. 放電過程：用導線將充電后的電容器兩極接通，電子從負極板出發，流向正極板，兩極板電荷發生中和，最終不帶電。
(1)電流表指針左偏，說明有逆時針的電流
(2)放電時，電容器儲存電場能放出；
(3)放電完畢，電場極板間電場為零；極板所帶電量為零；電路中電流為零；兩極板之間電壓為0。
3.充電（放電）過程中電流（電壓）隨時間的變化圖像
充電過程
放電過程
充 電 放 電
電流方向
電 壓
電 荷 量
能 量
電源正極流向電容器正極板
電容器負極板流向電源負極
兩極所帶電荷量增加
兩極間電壓逐漸增加
直到與充電電壓相等
電源的能量轉化為電場能
電容器正極板流向
電容器負極板
兩極所帶電荷量減少
兩極間電壓逐漸減小
直至為0
電場能轉化為其他形式能量
設平行板電容器兩個極板的正對面積和距離一定，討論以下問題：
電容器兩極板之間的場強與電容器的帶電量有什么關系？
電容器兩極板之間的電勢差與場強有什么關系？
你能通過推理，得出電容器兩極板之間的電勢差與電容器帶電量的關系嗎？
不同的電容器存儲電荷的能力是不同的，為了描述電容器這種能力的異同，我們引入一個新的物理量——”電容“。
二、電容器的電容
1.電容器充電后的特點：
＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋
－ － － － － － － －
＋Q
－Q
兩極間有電壓U
充電后的電容器兩極間的電壓，叫電容器的電壓。
電容器的帶電量Q越多，電壓U越高。
2、電容的定義：
電容的定義式：
電容器所帶電量Q與兩極板間的電勢差U比值叫電容器的電容，用C表示
4、物理意義：表示電容器存儲電荷能力的物理量
3、電容的單位：
法拉，簡稱法，符號是F
微法（μF）和皮法（pF）
1μF=10-6F 1pF=10-12F
靜電計：靜電計本身是一個電容器。當指針所帶的電量越多時，指針的打開角度就會越大，指針與殼之間的電勢差也就越大。
讓靜電計的金屬球與平行板電容器通過導線相連，當電荷停止運動后，靜電計球與殼間的電勢差就與平行板電容器兩極板間的電勢差相等。
從靜電計指針的打開角度可以定性的知道平行板電容器兩端的電勢差變化。
結論：
平行板電容器的電容C與極板的正對面積S成正比，與極板間距離d成反比。
ε為一個常數，與電介質的性質有關，稱為電介質的相對介電常數。
5、電容決定式：
電容器的電容是電容器本身的結構決定，與是否帶電或與帶電量的多少無關。
情境1：
將開關接到“1”處，電源和電容器接通，此時電容器兩端電壓U等于路端電壓，且始終不變
（1）若讓平行板電容器正對面積S增大（板間距離不變），則分析
電容器的電容、電荷量和板間場強如何變化。
情境2：
將開關接到“2”處，電源和電容器斷開，此時電容器上電荷量Q不變；
（1）若讓平行板電容器正對面積S增大（板間距離不變），則分析電容器的電容、電荷量和板間場強如何變化。
情境2：
將開關接到“2”處，電源和電容器斷開，此時電容器上電荷量Q不變；
（2）若讓平行板電容器板間距離d增大（正對面積不變），同樣分析電容器的電容、電荷量和板間場強如何變化？
情境2：
將開關接到“2”處，電源和電容器斷開，此時電容器上電荷量Q不變；
（2）若讓平行板電容器板間距離d增大（正對面積不變），同樣分析電容器的電容、電荷量和板間場強如何變化？
從構造上分：
可變電容器
固定電容器
按介質分：
紙介質電容器
聚苯乙烯電容器
電解電容
陶瓷電容器
+
-
電解電容
注意：電解電容分正負極，正負極不能接反，不能接交流電.
三、常見電容器及其應用
典例分析
1.如圖所示，平行板電容器與電動勢為E的直流電源（內阻不計）連接，現將平行板電容器的上極板豎直向下移動一小段距離，則（ ）
A. 電容器的電容減小
B. 電容器兩極板間電壓增大
C. 電容器所帶電荷量增大
D. 電容器兩極板間電場強度不變
典例分析
解析：A．根據電容公式 C= ，將平行板電容器的上極板豎直向下移動一小段距離，d減小，電容增大。A不符合題意；
B．電容與電源相連，電壓不變。B不符合題意；
C．根據電容公式得 Q=CU，電量增多，C符合題意；
D．根據公式 E=
可知，場強增大。D不符合題意。
故答案為：C。
答案：C
典例分析
2.如圖所示，平行板電容器的兩極板接于電池兩極，一帶電小球懸掛在電容器內部，閉合電鍵k，電容器充電，這時懸線偏離豎直方向的夾角為θ，則下述說法正確的是（ ）
A. 電鍵k斷開，A板向B板靠近，則θ增大
B. 電鍵k斷開，A板向上移動，則θ增大
C. 保持電鍵k閉合，A板向B板靠近，則θ變小
D. 保持電鍵k閉合，A板向上移動，則θ變小
典例分析
解析：A．若斷開K，電容器帶電量保持不變，由C= 和C＝以及 可得
由于Q、S不變，A板向B板靠近，雖然d變小，但電場強度不變，故電場力不變，則 不變，A不符合題意；
B．若斷開K，由 得，Q不變，A板向上移動，S變小，E變大，則 變大，B符合題意；
典例分析
解析：C．若保持K閉合，則電容器兩極板之間的電壓保持不變，因此根據 可知，當將A板向B板靠近時，d變小，電場強度增大，則電場力增大， 將增大，C不符合題意；
D．若保持K閉合，則電容器兩極板之間的電壓保持不變，因此根據 可知，A板向上移動，d不變，電場強度不變，則電場力不變， 將不變，D不符合題意。
故答案為：B。
答案：B
課堂練習
1.下列關于常用電容器，說法正確的是 ( )
A．電解電容器的極性固定，作用時極性不能錯
B．可變電容器是通過改變鋁片正對面積來改變電容
C．電容器的額定電壓就是擊穿電壓
D．額定電壓是長期工作所承受電壓，比擊穿電壓小
ABC
課堂練習
2．據國外某媒體報道，科學家發明了一種新型超級電容器，能讓手機幾分鐘內充滿電。某同學假日登山途中用該種電容器給手機電池充電，下列說法正確的是（　?。?br/>A．該電容器給手機電池充電時，電容器的電容變大
B．該電容器給手機電池充電時，電容器所帶的電荷量可能不變
C．該電容器給手機電池充電時，電容器存儲的電能變少
D．充電結束后，電容器不帶電，電容器的電容為零
C
課堂練習
3、用兩節相同的電池分別給兩個原來不帶電的電容器充電，已知 C1A． Q1Q2
C． Q1=Q2 D．無法確定
A
課堂練習
4（多選）、平行板電容器充電平衡后仍與電源相連，兩極板間的電壓是U，電荷量為Q，兩極板間場強為E，電容為C，現將兩極板間距離減小，則 （ ）
A. Q變大 B. C變大
C. E不變 D. U變小
ABC
課堂練習
5.如圖所示，指紋采集裝置中的半導體基板上有大量相同的小極板，外表面絕緣。當手指的指紋一面與絕緣表面接觸時，由于指紋凸凹不平，凸點處與凹點處分別與半導體基板上的小極板形成一個個正對面積相同的電容器，若每個電容器的電壓保持不變，則在指紋采集過程中，下列說法正確的是（　　）
A．指紋的凹點處與小極板距離遠，電容大
B．指紋的凸點處與小極板距離近，電容小
C．手指擠壓絕緣表面，電容器兩極間的距離減小，電容器帶電量減小
D．手指擠壓絕緣表面，電容器兩極間的距離減小，電容器帶電量增大
D
課堂小結
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