1.8电容器的电容

导入新课电路板这就是我们本节要学习的内容第一章静电场1.8电容器的电容教学目标1.知识与能力√理解电容的概念，认识常见的电容器。√电容的计算公式、单位等。√掌握变化电容的分析方法。√理解电介质和介电常数的概念。2.过程与方法√通过观察电容的充、放电过程会解释其中的变化。√通过实验了解影响平行板电容器电容大小的因素掌握电容的决定式并会根据条件分析电容的变化。3.情感态度与价值观√在这节内容的学习中我们知道了电容的定义式和决定式，在解题过程中要区分两者的联系和区别。教学重难点教学重点：教学难点：电容充放电过程电容器的计算公式的应用常见电容器电容器的影响因素电容器的相关计算一、电容器二、电容三、平行板电容器的电容内容解析四、常见电容器一、电容器电容器是一种重要的电学元件，应用广泛。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），就构成了一个最简单的电容器，叫做平行板电容器。这两个金属板叫做极板中间的绝缘物质叫做电介质平行板电容器电容器的充电AQQESUC如图，把电容器的一个极板与电池组的正极相连，另一个极板与负极相连，两个极板就分别带上了等量的异种电荷，这个过程叫做充电。从灵敏电流计可以观察到短暂的充电电流。充电后，切断与电源的联系，两个极板上的电荷由于相互吸引而保存下来，两极板间有电场存在。充电过程中，由电源获得的电能储存在电容器中。电容器的放电AES0UC如图，用导线把充电器的两极板接通，两极板上的电荷中和，电容器又不带电了，这个过程叫做放电。从灵敏电流计上而已观察到短暂的放电电流。放电后，两极板间不再有电场，电场能转化为其他形式的能量。注意电容的充电、放电都是短暂的过程。二、电容充电后的电容器的两极板间有电势差，这个电势差与电容所带的电荷量有关。实验表明：一个电容器所带的电荷量Q与电容器两极板间的电势差U成正比，比值是一个常量。与电容器本身有关，不同的电容器的比值是不同的。可见，这个比值表征了电容器储存电荷的特性。UQ电容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注意电容器充电完成后，两极板上分别带有等量异种电荷，而电容器定义式中的Q指的是一个极板所带电荷的绝对值。UQC而且也可以用另一个等式求出UQC。三、平行板电容器的电容平行板电容器是最简单的也是最基本的电容器，我们以平行板电容器为例研究影响平行板电容器的因素。实验中会使用静电计测量平行板电容器两极板间的电势差U。保持极板上的电荷量Q不变，两极板间距d不变，改变两极板的正对面积，通过静电计指针的变化来观测两极板电势差的变化。（1）改变两极板的正对面积得知：电容C与正对面积S成正比。保持极板上的电荷量Q不变，两极板正对面积S不变，改变两极板间的距离d，通过静电计指针的变化来观测两极板电势差的变化。（2）改变两极板间的距离得知：电容C与两极板间距成反比。保持Q、S、d都不变，在两极板间插入电介质，通过静电计的指针来观测两极板间电势差的变化。（3）在两极板间插入电介质得知电容C与电介质的相对介电常数成正比。理论表明:当平行板电容器的两极板间是真空时，电容C与极板的正对面积S、极板距离d的关系为kdSC4式中k为静电力常量。当两极板间充满同一种介质时，电容变大为真空时的εr倍，即kdSCr4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。几种常用电介质的介电常数电介质空气煤油石蜡陶瓷玻璃云母水εr1.00522.0～2.164～116～881提示（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、常见电容器常用的电容器从构造上看主要分为两种，可以分为固定电容器和可变电容器。固定电容器：电容固定不变聚苯乙烯电容器、电解电容器可变电容器：主要由两组铝片组成，电容可变以聚苯乙烯膜为电介质，把两层铝箔隔开，卷起来，就制成了聚苯乙烯电容器。改变铝箔的面积和薄膜的厚度可以制成不同电容的聚苯乙烯电容器。聚苯乙烯电容器电解电容器是用铝板做一个极板，用铝箔上很薄的一层氧化膜做电介质，用浸过电解液的纸做另一个电极板（要靠另一铝箔与外部引线连接）制成的。由于氧化膜很薄，所以电容很大。电解电容器可变电容器可变电容器由两组铝片组成，固定的一组铝片叫做定片，可以转动的一组铝片叫做动片。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。注意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，电介质会被击穿，电容器损坏，这个极限电压成为击穿电压。电容器外壳上标的是工作电压，或成为额定电压，这个数值比击穿电压低。课堂小结一、电容器以平行板电容器为例，介绍常用电容器的构造：极板、介质。电容器充放电过程。二、电容电容的定义、单位、表达式。以平行板电容器为例探究影响电容器电容的因素，并推导出电容的决定式。三、平行板电容器的电容四、常见电容器常见电容器分为固定电容和可变电容，固定电容常见的有聚苯乙烯电容器和电解电容器。可变电容器是通过改变正对面积改变电容器的电容。电容器使用时注意不要超过额定电压，防止被击穿。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81028102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=3:1CQUUQC则,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。CQU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。