电容器的电容 课件 -2023-2024学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册

人教版物理必修三第十章

静电场中的能量第四节

电容器的容器（1）水可以用容器储存，电荷也可以用容器储存，储存电荷的容器称为电容器。它内部的构造是怎样的？它是怎样“装进”和“倒出”电荷的呢？引入2．电容器的作用储存电荷，同时也储存能量．电容器带电时，两个极板带等量异种电荷．一、电容器1．电容器两个相互靠近但又彼此绝缘的导体就组成一个电容器．物理上常用两个平行的金属板中间夹上一层绝缘物质—电介质(空气也是电介质)，组成平行板电容器．电容器的极板电容器的极板电介质新课教学：3．电容器充电:将电容器两个极板带上等量异种电荷的过程，叫电容器的充电。把电容器两极与电源两极相连，与电源正极相连的金属极板上的一部分自由电子流向电源，从而该极板带正电(正极板)；与电源负极相连的金属极板从电源负极得电子带负电(负极板)．整体上来看，充电过程中电源把电子从电容正极板移到负极板，这个过程中要克服电场力做功，所以电容器中就会储存电势能，放电时储存的电势能会再释放出来，如图所示充电过程特征：电流减小，电荷增加，电压增大，电势能增加，电场增强．电流方向：充电时电流由电源正极经电容器(实际上没有电荷从电容器正极板流向负极板)流回电源负极．4．电容器放电:用导线将充电后的电容器两极接通，两极失去电荷的过程，叫电容器的放电。电容器负极板的电子经外电路流向电容器正极板，但无论充电还是放电，没有电子通过电容器极板间的电介质．放电过程电子从负极板流向正极板，电场力做正功，电势能转化为其它能．电流方向：放电时电流从电容器带正电极板经外电路流向带负电极板(与电子定向运动方向相反)．放电过程特征：电流减小，电荷减少，电压减小，电势能减少，电场减弱．1．电容器的电容:充电后的电容器两极间的电压，叫电容器的电压.电容器的带电量Q越多，电压U越高。电容器的带电量与两极间电压(电势差)的比值叫电容器的电容(量)．二、电容器的电容3．推论方程由Q1＝CU1，Q2＝CU2，得C＝(ΔQ)/ΔU.2．定义式:C＝Q/U，国际单位：法拉(符号F).

常用单位微法(符号μF)、皮法(符号pF)1F＝106μF＝1012pF.当一个电容器带1C电量时，两极间电压是1V，那么这个电容器的电容就是1F(1)电容器的带电量：电容器的两极板带电量总是相等的，所以单个极板带电量Q就可以表示电容器所带电量的多少，我们把单个极板带电量叫电容器的带电(荷)量．(3)电容与电容器结构有关，是由电容器自身因素决定的，与所带电荷量和电压无关．(2)电容器的电容越大，表示在相同电压时所带电荷量越多，说明电容储存电荷的能力越强．对公式C=Q/U的理解：（4）通过Q­U图象来理解C＝Q/U电容的Q­U图象是一条过原点的直线，其斜率等于电容器的电容．其中Q为一个极板上所带电荷量的绝对值，U为两极板间的电势差，可以看出，电容器电容也可以表示为C＝ΔQ/ΔU，即电容器的电容的大小在数值上等于两极板间的电压增加(或减小)1V所需增加(或减小)的电荷量．电容器和电容的比较：电容器是盛放电荷的一种容器，电容是描述这种容器盛放电荷本领大小的一个物理量，如果把电容器比作水缸，则电容就是这个水缸的横截面积．水缸的横截面积越大，水缸容纳水的本领就越大．三、平行板电容器

基本结构：由两块彼此绝缘、互相靠近的平行金属板组成，是最简单的，也是最基本的电容器．板间电场：板间(除边缘外)形成匀强电场，电场强度大小为E＝U/d，方向垂直极板平面．平行板电容器的电容大小的决定因素探究：(1)方法：采取控制变量法，在电容器带电荷量Q不变的情况下，只改变电容器的极板正对面积S，板间距离d，板间电介质εr中的一个量．(2)静电计电势差的意义：由于静电计的金属球与其中一个极板相连，两者电势相等，静电计的金属外壳与另一个极板相连(或同时接地)，两者电势相等．所以静电计的电势差实质上也反映了电容器两极板间的电势差的大小．电容器带电与水桶盛水类比：水桶S大，容纳水的本领越强h=1cmV=1Sdm3h=1cmV=4Sdm3S与V、h无关公式理解：平行板电容器的电容C与εr、S成正比，与d成反比.平行板电容器的电容(实验结论)决定式：平行板电容器的电容C与极板的正对面积S及板间的电介质的相对介电常数εr成正比，与极板间距离d成反比，则C＝(εrS)/4πkd.(1)上述实验只能证明电容C与εr、S和d有关，公式C＝(εrS)/4πkd是进一步精确实验得出的．式中的k为静电力常量．(2)公式中，εr是一个常数，与电介质的性质有关，称为电介质的相对介电常数．真空的相对介电常数为1，空气的相对介电常数与1十分接近．(3)公式C＝(εrS)/4πkd为平行板电容器的决定式，此式表明电容器C完全由电容器本身决定，与电容器所带电荷量Q及极板间电压U无关．特别提醒：几种常用电介质的相对介电常数电介质空气煤油石蜡陶瓷玻璃云母水1.000522.0--2.164--116--881空气的相对介电常数与1十分接近，研究中，空气对电容的影响一般可以忽略。

公式内容公式类别定义式决定式适用范围任何电容器平行板电容器意义对一个固定电容器C是不变的，Q与U成正比，C反映容纳电荷本领对于平行板电容器，电容C与εr、S成正比，与d成反比

联系对于电容器，电容C可以由Q/U来度量，但平行板电容器的电容C的值却是由εr、S、d决定的，与Q和U无关

公式与

的比较1．电容器分类(1)固定电容器：容量不变的电容器,常见的有聚苯乙烯电容器与电解电容器，电解电容器的容量一般较大(μF或mF数量级)．电解电容器有正极和负极，使用中正极电势要高于负极电势．四、常见电容器(3)法拉电容：常见电容器的容量都不到一法拉．但法拉电容容量可以达到法拉级别，但充、放电要比一般电容器慢得多．一般用做电子设备(如手机)时钟后备电源供电．

(2)可变电容器：容量可以改变的电容器，由一组固定和一组可动的金属片组成，一般容量较小(pF数量级)．(4)按电介质不同——纸介电容器、陶瓷电容器和电解电容器等.聚苯乙烯电容器及其符号电解电容器及其符号击穿电压和额定电压

(1)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)额定电压：电容器长期工作时所能承受的电压．电容器外壳上标的就是额定电压，它比击穿电压要低．2．电容器规格电容器外壳上除标明容量外，还标识有电压，这个电压是正常工作的最高电压，也叫额定电压，如图．电容器电压高到一定程度，电容器中间的介质就会由绝缘体变为导体，俗称击穿，击穿后电容器会损坏，这个电压叫击穿电压，额定电压低于击穿电压．讨论交流：静电计是测量电压的，电压表也是测量电压的，在电容实验中为什么不用电压表测量电压？静电计和电压表都是用来测量电压的，但是工作原理不同，静电计改装自验电器，指针是利用电荷同性相斥原理偏转，因为静电计外壳接地，所以静电计指针偏转角显示出指针对地电势差大小．指针与外壳是绝缘的，工作时没有电流流过静电计，它是测量静电电压的，测量范围从几千伏到几万伏．电压表是利用通电导线在磁场中受安培力原理制作成的，工作时需要有持续的电流流过电压表(虽然电流很小)，它是测量恒定电流电路的电压的，一般测量范围是几毫伏到几百伏．如果用电压表测量静电电压，由于电压表是相当于一个电阻，会把电容器的电荷快速释放掉，这样就测量不出电压了．同样用静电计也不能测量恒定电流电路的电压．因为电压太低，静电计根本没有明显反应．(1)平行板电容器连接在电源两端，电容器的d、S、εr发生变化时，将引起C、Q、U、E变化．五.平行板电容器的两类问题的分析方法：①条件：如图所示，S闭合，电容器与电源保持连接，两极板间的电势差U保持不变．②方法：由决定式C＝(εrS)/4πkd判断出C随S、εr、d的变化．由Q＝CU＝(UεrS)/4πkd判断出Q随εr、S、d的变化．由E＝U/d判断出E随d的变化情况．(2)平行板电容器充电后，切断与电源的连接，电容器的d、S、εr发生变化时，将引起电容的C、Q、U、E怎样变化．①条件：电容器充电后与电源断开，极板上所带电荷量保持不变．②方法：由C＝(εrS)/4πkd

判断出C随S、εr、d的变化。由U＝Q/C＝Q/(εrS/4πkd)＝(4πkdQ)/εrS判断