人教版高中物理必修第三册第十章静电场中的能量10-4电容器的电容课件

第十章静电场中的能量学习目标1.通过观察常见的电容器,了解电容器的构造,建构电容器模型.通过实验,观察电容器的充、放电过程中电流与电压的变化,分析电荷量变化及能量转化情况,培养观察能力、归纳整合能力.2.通过观察演示实验,知道电容器两极板间电势差跟电容器所带电荷量的关系,知道用比值法来定义电容器的电容,体会比值定义法在定义物理量中的重要作用.3.通过探究平行板电容器的电容与哪些因素有关的实验,了解电容器电容与电容器结构及电介质有关.能举例说明电容器的类型、特性及应用,培养应用物理知识解决实际问题的能力.4电容器的电容知识点一电容器1.平行板电容器:在两个相距很近的

中间夹上一层

——电介质(空气也是一种电介质),就组成一个最简单的电容器,叫作平行板电容器.2.电容器:任何两个

又

的导体,都可以看成一个电容器.平行金属板绝缘物质彼此绝缘相距很近3.电容器的充、放电现象.把直流电源、电容器、灯泡、单刀双掷开关连接成实验电路,如图所示.(1)把开关S拨到A时,灯泡会亮吗?灯泡会一直亮吗?答案:把开关S拨到A时,灯泡会亮,但不会一直亮.(2)把开关S由A拨到B时,灯泡会亮吗?灯泡会一直亮吗?答案:把开关S由A拨到B时,灯泡会亮,但不会一直亮.(3)充电:充电过程中,电容器两极板的电荷量

,极板间的电场强度

,

的能量不断储存在电容器中.(4)放电:放电过程中,电容器把

的能量通过

做功转化为电路中其他形式的能量.增加增大电源储存电流知识点二电容1.电容:电容器所带的

与电容器两极板之间的

之比,叫作电容器的电容.用

表示.2.电容的定义式:

.3.在国际单位制中,电容的单位是

,简称

,符号是

.实际中常用的单位还有微法(μF)和皮法(pF),它们与法拉的关系是1μF=

F,1pF=

F.电荷量Q电势差UC

法拉法F10-610-12答案:不是击穿电压.9V表示该电容器的工作电压,也就是额定电压,这个数值比击穿电压低.4.某电容器上标有“1.5μF

9V”的字样,9V表示该电容器的击穿电压吗?知识点三平行板电容器的电容1.平行板电容器的电容:C=

,其中εr是一个常数,与电介质的性质有关,叫作电介质的相对介电常数.2.通过什么实验方法来探究平行板电容器的电容与相关因素的关系?答案:控制变量法.

知识点四常用电容器1.常用的电容器,从构造上看,可以分为

和

两类.固定电容器的电容是固定不变的.常用的有聚苯乙烯电容器和

.2.超级电容器是根据

研发的一种新型电容器.它的充电时间短,储存电能多,放电功率大,使用寿命长.固定电容器可变电容器电解电容器电化学原理小试身手判断下列说法的正误并和同学交流(正确的打“√”,错误的打“×”).1.电容大的电容器所带电荷量一定多.(

)2.电容器所带的电荷量Q是指电容器的一个极板上所带电荷量的绝对值.(

)3.电容器外壳上标的是额定电压.(

)4.电容器所带的电荷量增加一倍,则两极板间的电势差也增加一倍.(

)5.电容器两极板间的电势差越大,电容就越大.(

)6.平行板电容器间插入电介质时电容变大.(

)×√√√×√探究一电容器的充、放电现象问题情境情境1:把直流电源、电阻、电容器、电流表、电压表以及单刀双掷开关组装成实验电路,如图所示.1.把开关S接1,此时电源给电容器充电,电流的方向如何?电容器两极板带电情况怎样?电压表、电流表示数如何变化?该过程中能量是如何转化的?答案:电流由电源的正极流向电容器的正极板,从电容器的负极板流向电源的负极.两极板上电荷量增加,最后两极板带有等量的异种电荷.电压表示数迅速增大,随后逐渐稳定在某一数值,电流表示数由大变小.充电过程中电源内的化学能转化为电容器内的电场能.2.把开关S接2,电容器通过电阻R放电,电流的方向如何?电容器两极板带电情况怎样?电压表和电流表的示数有什么变化?该过程中能量是如何转化的?答案:放电电流由电容器的正极板经过电阻R流向电容器的负极板.正、负电荷中和,两极板所带的电荷量减小.电压表示数减小,电流表的示数由大变小.放电过程中,电容器的电场能通过电流做功转化为其他形式的能量.情境2:电流传感器可以与计算机相连,能在很短的时间内画出电流随时间变化的图像.按图甲连接电路,提供8V直流电源,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,如图乙所示.甲乙3.由图线可以看出电容器放电有何特点?在图中画一个竖立的狭长矩形(在图乙的最左边),它的面积的物理意义是什么?答案:由图线可知,电容器放电随时间延长变得缓慢.因为Q=It,所以竖直狭长矩形的面积表示在0.1s内电容器释放的电荷量.4.怎样根据图乙的I-t图像估算电容器在整个放电过程中释放的电荷量?试着算一算.答案:根据横轴与纵轴的数据可知,一个格子代表的电荷量为0.08×10-3C,大于半格算一个,小于半格舍去,图线所包含的格子个数为40,所以释放的电荷量是Q=0.08×10-3

C×40=3.2×10-3C.5.放电过程中,电流最后减小到0,说明两极板的电荷量有什么关系?答案:说明两极板带等量异种电荷,电容器所带的电荷量是指一个极板所带电荷量的绝对值.过程建构1.电容器充电过程的特点.(1)充电电流从电容器正极板流入,从电容器负极板流出.(2)充电时电容器所带电荷量增加,极板间电势差增大,极板间电场强度增大.(3)电容器充电结束后,电容器所在电路中没有电流,电容器两极板间电势差与充电电压相等.(4)充电过程中,其他形式的能量转化为电容器中储存的能量.2.电容器放电过程的特点.(1)放电电流从电容器正极板流出,从电容器负极板流入.(2)放电时电容器所带电荷量减少,极板间电势差降低,极板间电场强度减弱.(3)电容器放电结束后,电容器所在电路中没有电流,电容器不再带有电荷,电容器两极板间电势差为0.(4)放电过程中,电容器储存的能量转化为其他形式的能量.【典例1】(多选)关于电容器的充、放电,下列说法正确的是(

)A.充、放电过程中外电路有瞬间电流B.充、放电过程中外电路有恒定电流C.充电过程中电源提供的电能全部转化为内能D.放电过程中电容器中的电场能逐渐减少解析:电容器在充、放电过程中,外电路中均有瞬间电流存在,故选项A正确;充、放电过程中,外电路中电流并不是恒定的,故选项B错误;充电过程电源提供的电能转化为电容器中的电场能,故选项C错误;放电过程中电容器两板上的电荷量减少,极板间电势差降低,极板间电场强度减弱,则电场能减少,故选项D正确.答案:AD探究二电容问题情境探究电容器两极板间电势差跟所带电荷量的关系实验电路如图所示.电流传感器记录电容器充电过程中的电流,并在计算机屏幕上显示出电流随时间变化的图像,利用软件求出I-t图像的面积,即电容器极板上所带的电荷量.1.分别接入电容器A、电容器B,调节电阻箱使电压表的读数分别为1.5V、3V、4.5V,根据I-t图像的面积求出对应的电荷量,记录数据见表格.分析实验数据你能得到什么结论?电容器U/VQ/CA1.51.5×10-31×10-333×10-31×10-34.54.5×10-31×10-3B1.53×10-32×10-336×10-32×10-34.59×10-32×10-3

答案:电容器具有储存电荷的特性,类似于用容器可以装水.电容器一个极板上所带的电荷量相当于容器的容积,两极板之间的电势差相当于容器内的水深,电容相当于容器的横截面积,显然,当两极板间的电势差(水深)相等时,电容(横截面积)大的电容器(容器)所带的电荷量(水)多.

过程建构

【典例2】一平行板电容器,当极板上所带电荷量增加2.0×10-4C时,极板间的电压增加40V,则当电容器两端所加电压为200V时,电容器所带电荷量为多少?

答案:1×10-3C【变式】用两节相同的电池分别给两个原来不带电的电容器充电,已知C1<C2.当达到稳定状态时,两电容器每个极板的电荷量分别为Q1和Q2,则 (

)A.Q1>Q2

B.Q1<Q2C.Q1=Q2

D.无法确定Q1与Q2的关系解析:电池相同,则电压相同,故根据Q=CU可知电容越大,充电量越大,即Q1<Q2,选项B正确.答案:B探究三平行板电容器的电容问题情境平行板电容器由两块平行放置的金属板组成.利用平行板电容器进行如下实验.

答案:S减小,电势差U增大,电容C减小.

答案:d增大,电势差U增大,电容C减小.

答案:插入电介质,电势差U减小,电容C增大.

过程建构

比较项类别定义式决定式适用范围所有电容器,表征了电容器储存电荷的特性平行板电容器,反映了平行板电容器的电容的决定因素联系2.平行板电容器的动态分析.(1)两类情况:一类是平行板电容器始终与电源两极相连,保持电压U不变;另一类是平行板电容器充电后与电源断开,保持所带电荷量Q不变.(2)分析思路:【典例3】下图为研究影响平行板电容器电容的因素的实验装置示意图,下列说法正确的是(

)A.A板与静电计的指针带的是异种电荷B.甲图中将B板上移,静电计的指针偏角减小C.乙图中将B板左移,静电计的指针偏角不变D.丙图中将电介质插入两板之间,静电计的指针偏角减小甲乙丙

答案:D静电计的使用(1)静电计是在验电器的基础上改造而成的.静电计与电容器的两极板分别连接在一起,则电容器上的电势差就等于静电计上所指示的电势差U,U的大小就从静电计的刻度读出.可见,静电计指针的变化表征了电容器两极板间电势差的变化.(2)静电计本身也是一个电容器,但静电计储存电荷的本领很弱,即电容很小,当带电的电容器与静电计连接时,可认为电容器上的电荷量保持不变.课堂评价答案:C

答案:BD2.(多选)下图是一个由电池、电阻R与平行板电容器组成的电路,在减小电容器两极板间距离的过程中(

)A.电阻R中没有电流B.电容器的电容变大C.电阻R中有从A流向B的电流D.电阻R中有从B流向A的电流3.电容式加速传感器常用于触发汽车安全气囊等系统,如图所示.极板M、N组成的电容器视为平行板电容器,M固定,N可左右运动,通过测量电容器板间的电压的变化来确定汽车的加速度.当汽车减速时,极板M、N间的距离减小,若极板上的电荷量不变,则该电容器(

)A.电容变小B.极板间电压变大C.极板间电场强度不变D.极板间电场强度变小

答案:C4.如图所示为电容式加速度传感器的工作原理图,轻质弹簧与电容器固定在传感器的外框上,质量块左侧连接