电容器的电容(公开课)

电容器的电容人教版高中物理选修3-1湘东中学邵莉导体导体绝缘体极板极板电介质一、电容器1.结构自主学习课本的第29页2、3段有关电容器的充放电过程分析充电过程放电过程电容器充放电实验2、电容器的充放电QQESUC①充电过程：充电电流----有充电电流----电源提供的电荷移动，堆积在极板上----板间场强增加----电势差增大电场能增加----有放电电流----电容器储存的电荷移动，通过导线中和----板间场强减弱----电势差减小电场能减少②放电过程：ES0UC放电电流思考：水杯容器的储水问题:水位差h，储水量V;水位差2h,储水量2V.如何反映水杯的储水本领？hV深度水量2h2VVh水容器储存水电容器储存电荷水量V高度差h本领hV电容器与水容器的对比水容器储存水电容器储存电荷水量V电量Q高度差h本领hV电容器与水容器的对比水容器储存水电容器储存电荷水量V电量Q高度差h电势差U本领hV电容器与水容器的对比水容器储存水电容器储存电荷水量V电量Q高度差h电势差U本领本领hVUQ电容器与水容器的对比二、电容探究电容器带电量与极板间电势差之间的关系实验器材：电动势为1.5V的电池三节、电池盒、电容器一个、去掉电池的石英钟一个、带夹子的导线若干电容器极板间电势差即电源电压；带电量由石英钟秒针走过格数体现。次数充电电压秒针走过的格数（描述电容器的带电量）11.5V223.0V434.5V6电容器所带的电荷量Q与电容器两极板电势差U的比值，叫做电容器的电容。定义：表达式：UQC单位：法［拉］F常用单位：微法（μF）皮法（pF）单位换算：1μF=10-6F1pF=10-6F二、电容三、平行板电容器的电容猜想：正对面积S，距离d,电解质等控制变量法实验方案不变量改变量Sd分析保持Q和d不变保持Q和S不变保持Q、S、d均不变在两极板间插入电介质控制变量法控制变量法实验方案不变量改变量分析d↑θ↑C↓保持Q和S不变保持Q和d不变保持Q、S、d均不变d↑控制变量法实验方案不变量改变量S↓分析d↑θ↑C↓S↓θ↑C↓保持Q和S不变d↑保持Q和d不变保持Q、S、d均不变控制变量法实验方案不变量改变量分析d↑θ↑C↓S↓θ↑C↓θ↓C↑保持Q和S不变保持Q和d不变保持Q、S、d均不变在两极板间插入电介质S↓d↑三、平行板电容器的电容4sCkd1.极板间是真空时：2.极板间充满介质时：4rsCkdεr—是一个常数，与电介质的性质有关，称为电介质的介电常数。其中：S—正对面积d—两板间距离k—静电常量定义式适用于任何电容器C与Q、U无关决定式只适用于平行板电容器反映C的决定因素UQCkdSCr4思考；电容的两种表达式有什么不同？例题：下列说法错误的有[]A．给平行板电容器充电时，使一板带正电，另一板带等量负电，任何一板所带电量绝对值就是电容器所带的电量B．由公式C＝Q/U可知，电容器的电容随着带电量的增加而变大C．电容器的电容与它是否带电无关D．给平行板电容器带电Q后保持电量不变，使两板距离逐渐增大，则两板间的电压也随着增大，而两板间的电场强度则保持不变例题1、平行板电容器充电后，继续保持电容器的两极板与电源相连，在这种情况下，如增大两板间距d，则电容器电容C、板间电势差U、电容器所带电量Q，板间场强E分别如何改变？充电后，继续保持电容器与电源相连，电容器两板间电势差U不变.如增大d，则由，C将减小，再，Q减小，依E=U/d，E将增大。kdSCr42、平行板电容器充电后，切断与电源的连接。在这种情况下，如增大d，则C、U、Q、E分别如何改变？C变小、Q不变、U变大、E不变结论（1）若电容器保持与电源相连接，则两极板间电势差保持不变，即U不变。（2）若电容器与电源断开，则电容器的带带电荷量保持不变。kSQdkdSQCdQdCQdUE44即在电源断开的情况下，改变平行板间距，平行板内的场强不发生变化。（3）根据公式四、常用电容器1、固定电容器：电容固定不变聚苯乙烯电容器电解电容器：正负极不能接反，不能接交流电2、可变电容器通过改变两极间的正对面积或距离来改变电容四、常用电容器1、固定电容器：电容固定不变聚苯乙烯电容器电解电容器：正负极不能接反，不能接交流电2、可变电容器通过改变两极间的正对面积或距离来改变电容五、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：电容器正常工作时的最大电压额定电压低于击穿电压3、注意电解电容器的极性五、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：电容器正常工作时的最大电压额定电压低于击穿电压3、注意电解电容器的极性2.一个电容器储存的电荷量是4×10-8C,两极板间电压是2V。那么这个电容器的电容是_________F，如果将所带电荷全部放掉，这个电容器的电容是________F。1.有一空气平行板电容器，仅增加两极板的正对面积，其电容________；仅缩小极板间距离，其电容________;仅降低两极板间电压，其电容_______;仅在两极板间充以介电常数较大的电介质，其电容_________。课堂练习增大增大不变增大3.平行板电容器充电后断开电源，然后将两极板间正对面积逐渐增大，则在此过程中：（）。A.电容器电容将逐渐增大；B.两极板间电场强度将逐渐增大；C.两极板间电压保持不变；D.两极板上代电荷量保持不变。AD如果充电后不断开电源，再增大极板正对面积，选项还一样吗？A.保持S接通，减小两极板间的距离，则两极板间的电场的电场强度减小；B.保持S接通，在两极板间插入一块电介质，则极板上的电荷量增大；C.断开S，减小两极板间的距离，则两极板间电势差减小；D.断开S，在两极板间插入一块电介质，则两极板间电势差增大。4.两块大小、形状完全相同的金属板平行放置，构成一平行板电容器，接通开关，电源立即给电容器充电：（）。BCESR5.一空气平行板电容器，极板正对面积为S,两极板相距d，充以电荷量Q后，两极板间电压为U,使电容器的电容加倍，可采用办法有（）。A.将电压变为U/2B.将电荷量变为2QC.将两极板正对面积变为2SD.两极板间充入电介质常数为2的电介质CD6.有两个平行板电容器，它们的电容之比是3：2，带电量之比是3：1，如果有两个电子分别从两个电容器的负极板到正极板，则这两个电子的动能增量之比是多少？解：C1:C2=3:2Q1:Q2=3:1可以推出U1:U2=2:1电子从负极板到达正极板，W=Eu,可以算出W1:W2=2：1。7.有两个平行板电容器，它们的电容之比为3：2，带电荷量之比是3:1，如果有两个电子分别从两个电容器的负极板达到正极板，则这两个电子的动能增量是多少？解：电容之比为3：2，电荷量之比为3：1,根据公式,两极板电压之比为2:1，电子从负极板到正极板，电场力做功为W=eU,则电子的动能增量之比为2：1。高考链接1.（2007年海南）一平行板电容器存在匀强电场，电场沿竖直方向，两个比荷不同的带正电粒子a和b,从电容器的P点以相同的水平速度两平行板之间。测得a和b与电容器极板的撞击点到射入点之间的水平距离之比为1：2,若不计重力，则a和b的比荷之比是：（）。DPA.1:2B.1:8C.2:1D.4:1点拨所以：212121xxtt水平方向：tvx0竖直方向：22221tmdqUaty所以：1:42221222212211ttUtdyUtdymqmq因此D选项正确。2.（2000全国）对于水平放置的电容器，下列说法正确的是（）。A.将两板的间距增大，电容将增大B.将两极板平行错开，使正对面积减小，电容将减小C.在下板的内表面放置一面积和极板相等、厚度小于极板间距的陶瓷，电容将增大D.在下板的内表面上放置一面积和极板相等、厚度小于极板间距的铝板，电容将增大BCD影响平行板电容器的因素有：⑴随正对面积的增大而增大；⑵随两极板间距的增大而减小；⑶在两极板间放入电介质，电容增大。根据上面叙述可以直接看出B、C正确。对于D选项，放入铝板后，实际上是减小了平行板的间距，所以，本题正确选项应该是B、C、D。点拨3.（2005，全国）水平放置的平行板电容器与一电池相连，在电容器的两极板间有一带正电的质点处于静止平衡状态，现将电容器两极板间距增大，则（）。A.电容变大，质点向上运动B.电容变大，质点向下运动C.电容变小，质点保持静止D.电容变小，质点向下运动D点拨一带正电的质点处于静止状态，则Eq=mg，又极板始终与电池相连，则极板间电压不变，由，d变大，E变小，又dUEkdSC4，d变大，C变小，所以D选项正确。1.答：（1）把两极板间距离减小，电容增大，电压变小，静电计指针角度变小。（2）把两极板间相对面积减小，电容减小，电荷量不变，电压变大，静电计指针偏角变大。（3）在两极板间插入相对介电常数较大的电介质，电容增大，电荷量不变，电压变小，静电计指针角度偏小。教材习题答案2.答：由得kdSC42639102101.0100.914.344mkdCS26.22m此面积约为窗户面积的10倍。3.答：（1）保持与电池连接，则两极板间电压不变，CCUCQ1112107.21039,两极板间距离减半则电容加倍，CCUQ1210329C11104.5。极板上电荷量增加了.107.211CQQ（2）移去电池后，电容器所带电荷量不变,,9VCQU两极板距离减半后，VCQU5.42即两极板间电势差减少了4.5V。4.答：设电容器所带电荷量为Q,因,并且UQCkdSC4所以,4kdSUQ.4kdUSQ又因为dUE，所以SQkdUE4。可见电场强度与两极板间距离无关，只与电容器所带电荷量和极板面积有关。