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文档简介

电容器的电容

【教学目标】

1.了解电容器概念及基本作用。

2.了解电容器的结构,了解常用电容器种类。

3.知道平行板电容器的电容跟哪些因素有关,有什么关系?

【教学重点】

电容的概念,影响电容大小的因素。

【教学难点】

电容的概念,电容器的电量与电压的关系,电容的充、放电。

【教学过程】

一、新课引入

教师:两块相互靠近,平行放置的金属板,如果分别带上等量异种电荷,它们之间

有没有电场?

两金属板间有没有电势差?

教师归纳小结

由此可见,相互靠近的两金属板构成的装置具有储存电荷的作用,或者说它可以容

纳电荷,而两板所带正、负电荷越多,板间电场就越强,两板间的电势差就越大。

那么有什么方法可以使两金属板带上正、负电荷呢?

将两金属极分别按到电源的正、负两板上(同时画出电路)

将“25V,4700μF”电容器(出示实物)充以16V电压,然后

短路放电产生白炽的火花,并发出较大的声响。然后教师明确告

诉学生“电容器可以容纳电荷”。

如何解释这一现象呢?(学生疑惑)现在我们来学习有关电容器的知识。

二、新课教学

1.电容器

电容器是电气设备中的一种重要元件,在电子技术、电工技术中有很重要的应用。

收音机、电视机、充电器、电风扇、日光灯等电器中有广泛的应用。

(1)电容器的构成

在两个相互靠近的导体中间夹上一层绝缘物质(也叫电介质)就是一个电容器。这

两个导体叫做电容器的两个极。

教师出示平行板电容器、纸介电容器(展开),介绍它们的内部结构,并指出平行

板电容器是最简单的电容器,再介绍一般电容器的符号。

2.常用电容器

教师介绍常用电容器的种类:

(1)固定电容器:电容固定不变。

(2)可变电容器:两极由两组铝片组成,固定的一组铝片叫做定片;可以转动的

一组铝片叫做动片;空气为电介质。(通过改变两极间的正对面积或距离来改变电容。)

3.电容器使用时应注意的问题

通过演示电容器上的参数强调电容器使用时应注意的问题:

(1)电容器的击穿电压

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)电容器的额定电压

电容器正常工作时两极板上的最大电压。

电容器外壳上标的就是额定电压,它比击穿电压要低。

(3)电解电容器的极性

电解电容器在使用时注意正负极,长引脚为正极。

【例题1】

某电容器上标有“1.5μF9V”的字样,则(B)

A.该电容器所带电荷量不能超过1.5C

B.该电容器所加电压不能超过9V

C.该电容器击穿电压为9V

D.当给该电容器加4.5V的电压时,它的电容值变为0.75μF

4.电容器充放电

使电容器带电叫做充电,把电容器的一个极板接电池组的正极,另一个极板接电池

组的负极,两个极板分别带上了等量的异种电荷,电容器的一个极板上所带电量的绝对

值叫做电容器所带的电量,充了电的电容器的两极板之间有电场。两板之间有电势差(电

压)

使充电后的电容器失去电荷叫做放电,用一根导线把电容器的两极接通,两极上的

电荷互相中和,电容器就不带电了,放了电后两极之间不再存在电场,也没有电势差。

教师讲解充、放电过程电荷移动,电场、电势差的变化。

5.电容

电容器充电后的带电量跟两极板间电势差有什么关系?(学生疑惑,思考片刻)我

们用实验来分析。

分别用8V、12V、16V电源给“25V4700μF”电容器充电,再放电,观察放电的

火花与声响(增加学生感性认识)。

结果:

“25V4700μF”充8V,放电产生桔红色火星,几乎无声音。

充12V,放电产生白色炽光,有声音。

充16V,放电产生更强的白炽火花,很大声音。

由此可知,电容器充电后的带电量Q,是跟它的两极间的电势差(电压)有关的。

两极间电势差随所带电量的增加而增加。

用不同电容器重做上述实验,又如何?

用16V电源分别给“25V4700μF”和“25V1000μF”的电容器充电,再放电。

结果:

“25V4700μF”放电产生白炽的火花放电

“25V1000μF”放电产生桔红色的火星放电

由此可知,不同的电容器,电势差增加1V所需要增加的电量是不同的。

师生总结实验结果

同一电容器,两极间电势差随所带电量的增加而增加,对不同的电容器,电势差增

加1V所需要增加的电量是不同的。

为了表示这种特征,我们把使电容器的两极间的电势差增加1V所需的电量,叫做

电容器的电容。

两极板间的电势差增加1伏所需的电量多,电容器的电容大。所需电量少,电容器

的电容小。因此,电容是表征电容器容纳电荷的本领大小的物理量。

这种情形相当于直筒容器容纳水的情形,以下两个不同的容器,要使水面升高1cm

所需的水量不同,乙容器比甲容器所需要的水量多,说明了乙容器容纳水的本领比甲容

器大。(类比法)

电容器水容器

容纳储存电荷容纳储存水

电荷量Q水量V

电势差U水位差h

电容C横截面S

电容的符号是C,国际单位制里电容的单位是法拉,简称法,符号是F

教师说明法的含义,再介绍较小的单位微法、皮法。

1μF=10-6F1pF=10-6μF=10-12F

电容是表征电容器容纳电荷特性的物理量,它的大小是由电容器的本身结构决定的

(如装水容器的装水本领由容器本身结构决定一样)电容器的电容跟两极板的正对面积、

两极板的距离以及两极板间的电介质都有关系,增大两极板正对的面积,电容就增大。

减少极板间距离,电容也增大。

6.平行板电容器电容

电容器中具有代表性的一种。

(1)构成:两块平行相互绝缘金属板。

构成里可强调一下:①两极间距d;②两极正对面积S。

描述一对平行板的几何特性。

注意说明,两板所带电量应是等量异号的(前面实验已证明)。

Q

(2)量度:C,Q是某一极板所带电量

U

的绝对值。

(3)影响平行板电容器电容的因素:

实验:先说明静电计的作用:指针偏角越大,

指针与壳间电势差越大。

充电完毕后,断开极板A、B与起电机连线,

Q不变,改变A、B极板间距离,可见板间距增大时,静电计指针偏角变大,板间距减

小时,静电计指针偏角减小。

QQ

分析:d增大,C=,Q不变,U增大,C减小。d增大,C=,U减小,C

UU

增大。

1

①理论和实验精确证明:C∝

d

实验:改变AB两板正对面积S,可观察到S增大时,指针偏角变小;S减小时,

指针偏角变大。

QQ

分析:Q不变,U减小,C=,C增大,S增大。Q不变,U增大,C=,C

UU

减小,S减小。

②理论和实验可精确证明:C∝S

实验:固定A、B位置不变,把电介质板插入,可观察到电介质板进入过程中,静

电计指针偏角变小。

Q

分析:Q不变,U变小,C=,C变大。

U

电介质一般指绝缘物质,无自由电荷,电荷可在平衡位置附近做微小振动。当绝缘

物质处于外加电场中时,这些电荷受力,其分布将发生一定的变化,在靠近正极板表面

上出现负电荷,在靠近负极板表面上出现正电荷。这些电荷不是自由电荷,而是被束缚

在电介质上,不能自由移动。这些束缚电荷使板间电场削弱,两板间电势差U降低,

从而使静电计指针偏角减小。

③两极板间插入电介质时比不插入电介质时电容大。

S

给出平行板电容器电容公式:C=,ε为介电常数,k为静电力恒量。

4kd

这里也可以用能的观点加以分析:电介质板插入过程中,由于束缚电荷与极板上电

荷相互吸引力做功,电势能减少,故电势差降低。

(4)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

��(5)平行板电容器内电场:

实验:(建议)在一块金属板上固定一些细尼龙丝,把两金属板平行正对放置,并

用起电机使两板带电,可见尼龙丝几乎垂直于板,且相互平行地立起来。从细尼龙丝的

分布情况,可看出板间电场的特点。

①板间电场可看作匀强电场:E=U/d

U为两板间电势差,d为两板间距。

②场源关系

UQ

E=

dCd

SQ4kQ

而C=故E=

4kdSS

4kd

Q不变,板间电场强度E与板间距无关。

U不变,电容器始终与电源两极相连,E与d成反比,Q=CU,Q与d也成反比。

【例题2】

如图所示,是一个由电池、电阻R与平行板电容器组成的串联电路,在增大电容

器两极板间距离的过程中()

A.电阻R中没有电流

B.电容器的电容变小

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

【拓展提高1】

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,当电容器达

到稳定时,电容器C1和C

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