电容器的电容课件-高二上学期物理人教版

第十章静电场中的能量10.4电容器的电容目录124电容器电容小结和练习3常用电容器?问题导入水可以用容器储存起来，电荷也可以用一个“容器”储存起来，图中的元件就是这样的“容器”——电容器。那么，它的内部的构造是怎样的？它是怎样“装进”和“倒出”电荷的呢？电容器011电容器

电容器是一种非常重要的电学元件，一种常用电容器的内部构造如下图所示。绝缘层

金属层1电容器在两个相距很近的平行金属板中间夹上一层绝缘物质——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。这两个金属板叫作电容器的极板。实际上，任何两个彼此绝缘又相距很近的导体，都可以看成一个电容器。平行板电容器电介质电容器的极板电容器的极板

电容器是如何装进电荷的呢？1电容器将电容器接上电源，电容器的两个极板带上等量的异种电荷，电荷量逐渐增加，极板间的电场强度增大，电源的能量转变为电场的能量。断开电源，两极板上的电荷由于相互吸引而仍然被保存在电容器中。

电容器这个“装进”电荷的过程，叫作充电。相对的“倒出”电荷的过程，叫作放电。你能描述一下放电过程吗？如何直观地观察到充、放电现象呢？2电容器的充电和放电把直流电源、电阻、电容器、电流表、数字电压表以及单刀双掷开关组成如图所示的实验电路。把开关S

接到1，此时电源给电容器充电。在充电过程中，电压表示数迅速增大，随后稳定在某一数值。电流由电源正极流向电容器的正极板，电流由电容器的负极板流向电源的负极，随着两极板之间的电势差的增大，电流逐渐减小至零，此时两电极板带有一定的等量异种电荷。AVCRSE12实验：观察电容器的充、放电现象2

把开关S

接到2，此时电容器对电阻R放电。电流由电容器的正极板经过电阻R流向负极板，正负电荷中和，此时两极板所带的电荷量减小，放电电流减小，两极板间的电势差减小，最终，两极板间的放电电流和电势差都等于0。AVCRSE12实验：观察电容器的充、放电现象电容器的充电和放电2

电容器充电的过程中，两极板的电荷量增加，极板间的电场强度增大，电源的能量不断存储在电容器中；放电的过程中，电容器把存储的能量通过电流做功转化为电路中其他形式的能量。电容器的充电和放电21．充电：把电容器的两个极板分别和电源的两极相连，使两极板分别带上等量异种电荷的过程。充电完成后：电能转化为电场能（1）两极板带有等量异种电荷；（2）两极板间的电势差与电源的电压相等；（3）两极板间有匀强电场；（4）两极板间储存有电场能；电容器的充电和放电G++++++-Q+Q-------22．放电：把充电后的电容器的两个极板接通，两个极板上的电荷相互中和，使电容器不再带电的过程。放电完成后：电场能转化为其他形式的能（1）两极板电荷量为0；（2）两极板间的电势差为0；（3）两极板间电场强度为0；（4）两极板间无电场能；电容器的充电和放电G++++++-Q+Q-------

充、放电过程均有短暂的电流通过。2利用传感器观察电容器的放电过程电容器的充电和放电问题1：在

I-t

图像的图线与横轴所围成的面积的物理意义是什么？问题2：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？电容021电容思考：经过前面的实验，我们知道了电容器充电过程两极板的电荷量增加，两极板间的电势差也增大。放电过程中，电容器的两极板电荷量减小，两极板间的电势差也在减小。那么，电容器所带的电荷量是否与两极板间的电势差存在某种定量的关系？1电容对于同一个水容器来说，盛水量的多少与水深成正比，但是盛水量与水深的比值是一个固定值即水筒的横截面积。电容器所带的电荷量与两极板间的电势差是否也是一个定值？如何验证呢？h＝1cmV＝1dm3h＝2cmV＝2dm3V与h成正比V/h是定值水桶截面积

1电容1．实验电路如图所示，将开关S1接1，给电容器A充满电，记录电压表示数；2．将S1接2，待电压表示数稳定后，记录电压表示数；3．断开S1，闭合S2，将电容器B

完全放电；4．重复做步骤2、3三次。VAS1E12S2B电荷量Q···电势差/V1电容精确的实验表明，一个电容器的所带的电荷量与两极板之间的电势差的比值是不变的。不同的电容器，这个比一般是不同的，可见这个比表征了电容器储存电荷的特性。用

和

定义这个新的物理量，哪个更好？1电容电容器所带的电荷量

Q

与电容器两极板之间的电势差

U

之比，叫作电容器的电容。用C

表示，则有：上式表示，电容器的电容在数值上等于使两极板间的电势差为1V时需要带的电荷量，电荷量越多，表示电容器的电容越大。注意：C

是由电容器本身的性质决定的，与

Q、U无关，对于给定的电容器

C

是定值。电容器所带的电荷量

Q

是指一个极板所带电荷量的绝对值。1电容电容的概念就类似用容器装水，对于同一个容器，盛水量越多水就越深。不同的容器，相同的水深，横截面积大的容器需要的水多。h＝1cmV＝1dm3h＝1cmV＝4dm3h＝2cmV＝2dm3

1电容在国际单位制中，电容的单位是法拉，简称法，符号F

。如果一个电容器之间的电势差为1V时，所带的电荷量是1C，这个电容器的电容就是1F。即：1F＝1C/V生活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＝10-6F1pF＝10-12F2额定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。这个极限电压叫作击穿电压。电容器外壳上会标注电容器的电容大小和一个电压值，这个电压是工作电压，或称额定电压，这个数值比击穿电压低。

在维修或生产制造电器时，如果不做防静电措施，很容易造成电器的电容或其他电器元件的损坏。因为触碰到电路板的一瞬间产生的静电，电压非常大，远远超过电器元件的击穿电压，会把电路中的电器元件击穿造成损失。例1心脏除颤器的工作原理是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。某次心脏除颤器的模拟治疗如图所示，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，放电结束时电容器两极板间的电势差减为

0

。下列说法正确的是（）A．若充电至

4.5kV，则该电容器的电容为

7.5μFB．充电至

9.0kV

时，该电容器所带电荷量是

0.27CC．这次放电有

0.135C

的电荷量通过人体组织D．这次放电过程中通过人体组织的电流恒为

67.5A2额定电压C例2

某电容器上标有“450V470μF”，若该电容器击穿电压为

500V，下列说法正确的是（）A．该电容器两极间的电压减少

10V，电荷量减少

47CB．电容器所带的电荷量为零时，电容器的电容也为零C．该电容器允许施加的最大电压为

450VD．若该电容器两端电压为

100V，则电容器所带电荷量为

0.047C2额定电压D3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？如何设计实验来研究？平行板电容器的电容3平行板电容器的电容有机玻璃板++++++------改变

d改变

S改变电介质多媒体实验室实验保持Q不变，静电计的指针张角大小反应了电容器两极板间电势差的大小。根据电容的定义式，可以明确电容的大小与哪些因素有关。3平行板电容器的电容C∝SS↓U

↑C↓S

↑U↓C

↑

d↓U

↓C

↑d

↑U

↑C

↓C∝εrεr

↑U↓C

↑3平行板电容器的电容理论分析表明，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：

3平行板电容器的电容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，即：

两板间距离两板正对面积相对介电常数真空εr＝1静电力常量电介质空气煤油石蜡陶瓷玻璃云母水εr1.000522.0～2.164～116～8813平行板电容器的电容例3

如图所示，平行板电容器与静电计相连，电容器的两极板带有等量异种电荷，且左极板

M

带负电，右极板

N

带正电，左极板

M

和静电计金属外壳都接地。P

是两极板间一点，E

表示两极板间的场强大小，φ

表示

P

点的电势，θ

表示静电计指针的偏角。实验中，可认为极板所带电荷量不变。若保持右极板不动，将左极板向右移动一小段距离至图中虚线位置，则（）A．θ

增大，E

不变B．θ

增大，E

减小C．θ

减小，φ

不变D．θ

减小，φ

减小常用电容器031常用电容器常用的电容器，从构造上看，可以分为固定电容器和可变电容器两类。1．固定电容器：（1）以聚苯乙烯薄膜为电介质，把两层铝箔隔开，卷起来就制成了聚苯乙烯电容器。（2）电解电容器是用铝箔作为一个极板，用铝箔上很薄的一层氧化膜为电介质，用浸过电解液的纸作为另一个极板制成的。1常用电容器常用的电容器，从构造上看，可以分为固定电容器和可变电容器两类。1．固定电容器：（3）固定电容器还有瓷介电容器、云母电容器、涤仑电容器等等1常用电容器常用的电容器，从构造上看，可以分为固定电容器和可变电容器两类。2．可变电容器：可变电容器是由两组铝片组成的，它的电容是可以改变的。固定的一组铝片叫作定片，可以转动的一组铝片叫作动片。转动动片，使两组铝片的正对面积发生变化，电容就随着改变。1常用电容器常用的电容器，从构造上看，可以分为固定电容器和可变电容器两类。3．超级电容器：20世纪70年代根据电化学原理研发的一种新型电容器，它的出现使电容器的容量得到了巨大的提升。超级电容器的充电时间短，储存电能多，放电功率大，使用寿命长。这些优点展现了它作为新型动力电源的广阔发展前景。1常用电容器常用的电容器在电路图中的符号：小结和练习041小结1．电容器的构造：两个相互靠近又相互绝缘的导体构成电容器；2．电容的定义；3．电容的大小：4．电容的单位：1F＝106μF＝1012pF

1．有人用下面四个关系图描述电容器充电时，其电荷量

Q

、电压

U、电容

C

之间的相互关系时，请判断它们的正误，并说明理由。A．B．C．D．2练习答：只有A错误，因为电容器的电容大小是由电容器本身的性质决定的，与电压和其所带的电荷量无关。2．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。

下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，如果充电后电容器的电压为4.0kV，电容器在一定时间内放电至两极板之间的电压为0，这次放电有多少电荷量通过人体组织？2练习答：Q＝CU＝15×10-6×4.0×103C＝6.0×10-2C3．a、b两个电容器如图甲所示，图乙是它们的部分参数。则关于a、b

两个电容器的下列说法正确的是（

）

a、b

两个电容器的电容之比为8:1

a、b

两个