电容器的电容+学历案-高二上学期物理人教版（2019）必修第三册

.10.4电容器的电容【内容出处】人教版必修三第十章第4节【课程标准】3.1.6观察常见的电容器，了解电容器的电容，观察电容器的充、放电现象。能举例说明电容器的应用。活动建议：通过观察、查阅资料等方式，了解并分析电容器应用的实例，撰写研究报告。【学习目标】1.通过观察常见的电容器，知道电容器的结构；观察电容器的充、放电现象，说明充、放电过程中电流方向、两极板电荷量、电场强度、电势差、能量的变化情况；1.1用传感器观察电容器的充、放电过程，并分析电容器充、放电的I-t图像；2.通过观察实验，探究电容器两极板间的电势差跟所带电荷量的关系，定义电容器的电容；2.1通过观察实验，研究影响平行板电容器电容大小的因素，并举例常见的电容器。【评价任务】1.2.3.【学习过程】课前准备1.实验器材：常见的电容器、直流电源、电阻、电压表、电流传感器、电流表、数字电压表、单刀双掷开关、平行板电容器、静电计、2.通读课本，做好预习。课中学习任务一、电容器的充、放电1.观察常见的电容器，知道电容器的结构电容器：2.实验：观察电容器的充、放电现象实验一：按照所给的器材和电路图组装电路，观察电源给电容器的充、放电现象。图10.4-1①充电过程：开关S拨到（1或2），电压表示数，电容器两极板电势差，电流表示数，电流表指针向偏转，电流方向由电源流向极板，由极板流向电源，两极板的电荷量，极板间的电场强度，能量由转移至。②放电过程：开关S拨到（1或2），电压表示数，电容器两极板电势差，电流表示数，电流表指针向偏转，电流方向由电源流向极板，由极板流向电源，两极板的电荷量，极板间的电场强度，能量由转移至。【巩固练习】用图10.4-1的电路给电容器充、放电。开关S接通1，稳定后接通2，稳定后改接1，如此往复。下表记录了充、放电过程中某两个时刻通过电流表的电流方向，根据该信息，在表格中空格处填写合理的答案。时刻电流方向电流在增大或减小S接通1还是2电容器两端的电压正在增大还是减小整个电路中的能量正在怎么转化充电还是放电t1向左t2向右实验二：用传感器观察电容器的充、放电过程.电流传感器可以像电流表一样测量电流。不同的是，它的反应非常快，可以捕捉到瞬间的电流变化。此外，由于它与计算机相连，还能显示出电流随时间变化的I-t图像。照图10.4-2甲连接电路。电源用直流8V左右，电容器可选几十微法的电解电容器。先使开关S与1端相连，电源向电容器充电，这个过程可在短时间内完成。然后把开关S掷向2端，电容器通过电阻R放电，传感器将电流信息传入计算机，屏幕上显示出电流随时间变化的I-t图像（图10.4-2乙）。一位同学得到的I-t图像如图10.4-3所示，电源电压是8V。在图中画一个竖立的狭长矩形（在图10.4-3的最左边），它的面积的物理意义是什么？怎样根据I-t图像估算电容器在全部放电过程中释放的电荷量？试着算一算。如果要测绘充电时的I-t图像，应该怎样连接电路？怎样进行测量？得到的I-t图像可能是什么形状的？试着画一画。【巩固练习】如图，单刀双掷开关S原来跟2相接，从t＝0开始，开关改接1，得到流过电路中P点的电流随时间变化的I-t图像，电容器两极板的电势差UAB随时间变化的图像。t＝2s时，把开关改接2，请在I-t图像和UAB-t图像中画出之后2s时间内图像的大致形状。任务二、电容1.实验：电容器两极板间电势差跟所带电荷量的关系实验器材有相同的电容器A和B，数字电压表、几节干电池、单刀双掷开关、导线若干等。按照实验电路图如图10.4-4所示连接电路。①开关S1接1，干电池给电容器A充电，记录此时电压表示数；②开关S1接2，使另一个相同的但不带电的电容器B与A并联（注意不要让手或其他导体跟电容器的两极板接触，以免所带电荷漏失），记录此时电压表示数；③断开开关S1，闭合开关S2，让B的两极板完全放电，随后再断开开关S2，把B和A并联，记录此时电压表示数。还可以继续这样操作……整理数据记录表格。电荷量QQ/2Q/4Q/8Q/16电势差/V总结结论：2.电容（1）物理意义：你认为用什么物理量能够反映电容器储存电荷的特性?Q/U?U/Q?说说你的想法。从比较“电容器储存电荷本领”的角度看；从符合日常习惯的角度看（类比水容器）（2）比值定义法：（3）定义式：（4）单位：（5）击穿电压与额定电压：【巩固练习】1.一个电容器所带的电荷量为4×10－8C，两极板间的电压是2V，那么这个电容器的电容是多少？如果电容器的电荷量减少了1×10－8C，则板间电压变成多少？2.(多选)某电容器上标有“1.5μF9V”字样，则该电容器()A．所带电荷量不能超过1.5×10－6CB．所带电荷量不能超过1.35×10－5CC．所加电压不应超过9VD．击穿电压为9V3.心室纤颤是一种可能危及生命的疾病。一种叫作心脏除颤器的设备，通过一个充电的电容器对心颤患者皮肤上的两个电极板放电，让一部分电荷通过心脏，使心脏完全停止跳动，再刺激心颤患者的心脏恢复正常跳动。右图是一次心脏除颤器的模拟治疗，该心脏除颤器的电容器电容为15μF，充电至9.0kV电压，如果电容器在2.0ms时间内完成放电，这次放电有多少电荷量通过人体组织？（6）平行板电容器的电容实验：研究影响平行板电容器电容大小的因素平行板电容器是最简单的，也是最基本的电容器。几乎所有电容器都是平行板电容器的变形。平行板电容器的电容是由哪些因素决定的呢？我们通过以下实验来研究。用静电计测量已经充电的平行板电容器两极板之间的电势差U。（把静电计的金属球与一个导体连接，金属外壳与另一个导体连接（或者金属外壳与另一个导体同时接地，从指针偏转角度的大小可以推知两个导体间电势差的大小）。实验结论：理论分析表明，当平行板电容器的两极板之间是真空时，电容C与极板的正对面积S、极板间的距离d的关系为：C=S当两极板之间充满同一种介质时，电容变大为真空时的εr倍，C=εrS【巩固练习】1．如图所示的装置可以通过静电计指针偏转角度的变化，检测电容器电容的变化，来检测导电液体是增多还是减少。图中芯柱、导电液体、绝缘管组成一个电容器，电源通过电极A、电极B给电容器充电，充电完毕移去电源，由此可以判断()A．静电计指针偏角变小，说明电容器两板间电压增大B．静电计指针偏角变小，说明导电液体增多C．静电计指针偏角变大，说明电容器电容增大D．静电计指针偏角变大，说明导电液体液面升高2.基于人的指纹具有终身不变性和唯一性的特点，发明了指纹识别技术。目前许多国产手机都有指纹解锁功能，常用的指纹识别传感器是电容式传感器，如图所示。指纹的凸起部分叫“嵴”，凹下部分叫“峪”。传感器上有大量面积相同的小极板，当手指贴在传感器上时，这些小极板和正对的皮肤表面部分形成大量的小电容器，这样在嵴处和峪处形成的电容器的电容大小不同。此时传感器给所有的电容器充电后达到某一电压值，然后电容器放电，电容值小的电容器放电较快，根据放电快慢的不同，就可以探测到嵴和峪的位置，从而形成指纹图像数据。根据文中信息，下列说法正确的是()A．在峪处形成的电容器电容较大B．充电后在嵴处形成的电容器所带的电荷量大C．在峪处形成的电容器放电较慢D．潮湿的手指头对指纹识别绝对没有影响3.工厂在生产纺织品、纸张等绝缘材料时为了实时监控其厚度，通