電容器的電容

【教學(xué)目標(biāo)】

1．了解電容器概念及基本作用。

2．了解電容器的結(jié)構(gòu)，了解常用電容器種類。

3．知道平行板電容器的電容跟哪些因素有關(guān)，有什么關(guān)系？

【教學(xué)重點(diǎn)】

電容的概念，影響電容大小的因素。

【教學(xué)難點(diǎn)】

電容的概念，電容器的電量與電壓的關(guān)系，電容的充、放電。

【教學(xué)過程】

一、新課引入

教師：兩塊相互靠近，平行放置的金屬板，如果分別帶上等量異種電荷，它們之間

有沒有電場(chǎng)？

兩金屬板間有沒有電勢(shì)差？

教師歸納小結(jié)

由此可見，相互靠近的兩金屬板構(gòu)成的裝置具有儲(chǔ)存電荷的作用，或者說(shuō)它可以容

納電荷，而兩板所帶正、負(fù)電荷越多，板間電場(chǎng)就越強(qiáng)，兩板間的電勢(shì)差就越大。

那么有什么方法可以使兩金屬板帶上正、負(fù)電荷呢？

將兩金屬極分別按到電源的正、負(fù)兩板上（同時(shí)畫出電路）

將“25V，4700μF”電容器（出示實(shí)物）充以16V電壓，然后

短路放電產(chǎn)生白熾的火花，并發(fā)出較大的聲響。然后教師明確告

訴學(xué)生“電容器可以容納電荷”。

如何解釋這一現(xiàn)象呢？（學(xué)生疑惑）現(xiàn)在我們來(lái)學(xué)習(xí)有關(guān)電容器的知識(shí)。

二、新課教學(xué)

1．電容器

電容器是電氣設(shè)備中的一種重要元件，在電子技術(shù)、電工技術(shù)中有很重要的應(yīng)用。

收音機(jī)、電視機(jī)、充電器、電風(fēng)扇、日光燈等電器中有廣泛的應(yīng)用。

（1）電容器的構(gòu)成

在兩個(gè)相互靠近的導(dǎo)體中間夾上一層絕緣物質(zhì)（也叫電介質(zhì)）就是一個(gè)電容器。這

兩個(gè)導(dǎo)體叫做電容器的兩個(gè)極。

教師出示平行板電容器、紙介電容器（展開），介紹它們的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并指出平行

板電容器是最簡(jiǎn)單的電容器，再介紹一般電容器的符號(hào)。

2．常用電容器

教師介紹常用電容器的種類：

（1）固定電容器：電容固定不變。

（2）可變電容器：兩極由兩組鋁片組成，固定的一組鋁片叫做定片；可以轉(zhuǎn)動(dòng)的

一組鋁片叫做動(dòng)片；空氣為電介質(zhì)。（通過改變兩極間的正對(duì)面積或距離來(lái)改變電容。）

3．電容器使用時(shí)應(yīng)注意的問題

通過演示電容器上的參數(shù)強(qiáng)調(diào)電容器使用時(shí)應(yīng)注意的問題：

（1）電容器的擊穿電壓

加在電容器兩極板上的電壓不能超過某一限度，超過這個(gè)限度，電介質(zhì)將被擊穿，

電容器損壞，這個(gè)極限電壓稱為擊穿電壓。

（2）電容器的額定電壓

電容器正常工作時(shí)兩極板上的最大電壓。

電容器外殼上標(biāo)的就是額定電壓，它比擊穿電壓要低。

（3）電解電容器的極性

電解電容器在使用時(shí)注意正負(fù)極，長(zhǎng)引腳為正極。

【例題1】

某電容器上標(biāo)有“1.5μF9V”的字樣，則（B）

A．該電容器所帶電荷量不能超過1.5C

B．該電容器所加電壓不能超過9V

C．該電容器擊穿電壓為9V

D．當(dāng)給該電容器加4.5V的電壓時(shí)，它的電容值變?yōu)?.75μF

4．電容器充放電

使電容器帶電叫做充電，把電容器的一個(gè)極板接電池組的正極，另一個(gè)極板接電池

組的負(fù)極，兩個(gè)極板分別帶上了等量的異種電荷，電容器的一個(gè)極板上所帶電量的絕對(duì)

值叫做電容器所帶的電量，充了電的電容器的兩極板之間有電場(chǎng)。兩板之間有電勢(shì)差（電

壓）

使充電后的電容器失去電荷叫做放電，用一根導(dǎo)線把電容器的兩極接通，兩極上的

電荷互相中和，電容器就不帶電了，放了電后兩極之間不再存在電場(chǎng)，也沒有電勢(shì)差。

教師講解充、放電過程電荷移動(dòng)，電場(chǎng)、電勢(shì)差的變化。

5．電容

電容器充電后的帶電量跟兩極板間電勢(shì)差有什么關(guān)系？（學(xué)生疑惑，思考片刻）我

們用實(shí)驗(yàn)來(lái)分析。

分別用8V、12V、16V電源給“25V4700μF”電容器充電，再放電，觀察放電的

火花與聲響（增加學(xué)生感性認(rèn)識(shí)）。

結(jié)果：

“25V4700μF”充8V，放電產(chǎn)生桔紅色火星，幾乎無(wú)聲音。

充12V，放電產(chǎn)生白色熾光，有聲音。

充16V，放電產(chǎn)生更強(qiáng)的白熾火花，很大聲音。

由此可知，電容器充電后的帶電量Q，是跟它的兩極間的電勢(shì)差（電壓）有關(guān)的。

兩極間電勢(shì)差隨所帶電量的增加而增加。

用不同電容器重做上述實(shí)驗(yàn)，又如何？

用16V電源分別給“25V4700μF”和“25V1000μF”的電容器充電，再放電。

結(jié)果：

“25V4700μF”放電產(chǎn)生白熾的火花放電

“25V1000μF”放電產(chǎn)生桔紅色的火星放電

由此可知，不同的電容器，電勢(shì)差增加1V所需要增加的電量是不同的。

師生總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

同一電容器，兩極間電勢(shì)差隨所帶電量的增加而增加，對(duì)不同的電容器，電勢(shì)差增

加1V所需要增加的電量是不同的。

為了表示這種特征，我們把使電容器的兩極間的電勢(shì)差增加1V所需的電量，叫做

電容器的電容。

兩極板間的電勢(shì)差增加1伏所需的電量多，電容器的電容大。所需電量少，電容器

的電容小。因此，電容是表征電容器容納電荷的本領(lǐng)大小的物理量。

這種情形相當(dāng)于直筒容器容納水的情形，以下兩個(gè)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，說(shuō)明了乙容器容納水的本領(lǐng)比甲容

器大。（類比法）

電容器水容器

容納儲(chǔ)存電荷容納儲(chǔ)存水

電荷量Q水量V

電勢(shì)差U水位差h

電容C橫截面S

電容的符號(hào)是C，國(guó)際單位制里電容的單位是法拉，簡(jiǎn)稱法，符號(hào)是F

教師說(shuō)明法的含義，再介紹較小的單位微法、皮法。

1μF=10-6F1pF=10-6μF=10-12F

電容是表征電容器容納電荷特性的物理量，它的大小是由電容器的本身結(jié)構(gòu)決定的

（如裝水容器的裝水本領(lǐng)由容器本身結(jié)構(gòu)決定一樣）電容器的電容跟兩極板的正對(duì)面積、

兩極板的距離以及兩極板間的電介質(zhì)都有關(guān)系，增大兩極板正對(duì)的面積，電容就增大。

減少極板間距離，電容也增大。

6．平行板電容器電容

電容器中具有代表性的一種。

（1）構(gòu)成：兩塊平行相互絕緣金屬板。

構(gòu)成里可強(qiáng)調(diào)一下：①兩極間距d；②兩極正對(duì)面積S。

描述一對(duì)平行板的幾何特性。

注意說(shuō)明，兩板所帶電量應(yīng)是等量異號(hào)的（前面實(shí)驗(yàn)已證明）。

Q

（2）量度：C，Q是某一極板所帶電量

U

的絕對(duì)值。

（3）影響平行板電容器電容的因素：

實(shí)驗(yàn)：先說(shuō)明靜電計(jì)的作用：指針偏角越大，

指針與殼間電勢(shì)差越大。

充電完畢后，斷開極板A、B與起電機(jī)連線，

Q不變，改變A、B極板間距離，可見板間距增大時(shí)，靜電計(jì)指針偏角變大，板間距減

小時(shí)，靜電計(jì)指針偏角減小。

QQ

分析：d增大，C＝，Q不變，U增大，C減小。d增大，C＝，U減小，C

UU

增大。

1

①理論和實(shí)驗(yàn)精確證明：C∝

d

實(shí)驗(yàn)：改變AB兩板正對(duì)面積S，可觀察到S增大時(shí)，指針偏角變??；S減小時(shí)，

指針偏角變大。

QQ

分析：Q不變，U減小，C＝，C增大，S增大。Q不變，U增大，C＝，C

UU

減小，S減小。

②理論和實(shí)驗(yàn)可精確證明：C∝S

實(shí)驗(yàn)：固定A、B位置不變，把電介質(zhì)板插入，可觀察到電介質(zhì)板進(jìn)入過程中，靜

電計(jì)指針偏角變小。

Q

分析：Q不變，U變小，C＝，C變大。

U

電介質(zhì)一般指絕緣物質(zhì)，無(wú)自由電荷，電荷可在平衡位置附近做微小振動(dòng)。當(dāng)絕緣

物質(zhì)處于外加電場(chǎng)中時(shí)，這些電荷受力，其分布將發(fā)生一定的變化，在靠近正極板表面

上出現(xiàn)負(fù)電荷，在靠近負(fù)極板表面上出現(xiàn)正電荷。這些電荷不是自由電荷，而是被束縛

在電介質(zhì)上，不能自由移動(dòng)。這些束縛電荷使板間電場(chǎng)削弱，兩板間電勢(shì)差U降低，

從而使靜電計(jì)指針偏角減小。

③兩極板間插入電介質(zhì)時(shí)比不插入電介質(zhì)時(shí)電容大。

S

給出平行板電容器電容公式：C＝，ε為介電常數(shù)，k為靜電力恒量。

4kd

這里也可以用能的觀點(diǎn)加以分析：電介質(zhì)板插入過程中，由于束縛電荷與極板上電

荷相互吸引力做功，電勢(shì)能減少，故電勢(shì)差降低。

（4）幾種常用電介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)

電介質(zhì)空氣煤油石蠟陶瓷玻璃云母水

1.000522.0~2.164~116~881

??（5）平行板電容器內(nèi)電場(chǎng)：

實(shí)驗(yàn)：（建議）在一塊金屬板上固定一些細(xì)尼龍絲，把兩金屬板平行正對(duì)放置，并

用起電機(jī)使兩板帶電，可見尼龍絲幾乎垂直于板，且相互平行地立起來(lái)。從細(xì)尼龍絲的

分布情況，可看出板間電場(chǎng)的特點(diǎn)。

①板間電場(chǎng)可看作勻強(qiáng)電場(chǎng)：E=U/d

U為兩板間電勢(shì)差，d為兩板間距。

②場(chǎng)源關(guān)系

UQ

E＝

dCd

SQ4kQ

而C＝故E＝

4kdSS

4kd

Q不變，板間電場(chǎng)強(qiáng)度E與板間距無(wú)關(guān)。

U不變，電容器始終與電源兩極相連，E與d成反比，Q=CU，Q與d也成反比。

【例題2】

如圖所示，是一個(gè)由電池、電阻R與平行板電容器組成的串聯(lián)電路，在增大電容

器兩極板間距離的過程中（）

A．電阻R中沒有電流

B．電容器的電容變小

C．電阻R中有從a流向b的電流

D．電阻R中有從b流向a的電流

【拓展提高1】

用兩節(jié)相同的電池分別給兩個(gè)原來(lái)不帶電的電容器充電，已知C1<C2，當(dāng)電容器達(dá)

到穩(wěn)定時(shí)，電容器C1和C