第4節(jié)

電容器的電容第十章

靜電場中的能量人教版（2019）必修第三冊

導入新課

水可以用容器儲存起來，電荷也可以用一個“容器”儲存起來。右圖中的元件就是這樣的“容器”——電容器。那么，它內(nèi)部的構(gòu)造是怎樣的？它是怎樣“裝進”和“倒出”電荷的呢？物理觀念1.建立概念：理解電容的定義式，明確電容是描述電容器容納電荷本領(lǐng)的物理量，知道其大小與Q、U無關(guān)，僅由電容器本身結(jié)構(gòu)決定。2.實際問題：掌握平行板電容器電容的決定式，能結(jié)合公式分析極板面積、間距、電介質(zhì)對電容的影響?？茖W思維1.思維能力：通過對比“水杯容納水的本領(lǐng)”與“電容器容納電荷的本領(lǐng)”，運用類比法理解電容的物理意義，培養(yǎng)抽象思維能力。2.科學推理：基于電容定義式和決定式，分析電容器充電、放電及動態(tài)變化問題（如極板間距變化時Q、U、C的關(guān)系），提升科學推理能力。

學習目標科學探究1.實驗分析：設計探究平行板電容器電容影響因素的實驗（如控制變量法：改變極板間距、面積、插入電介質(zhì)，觀察靜電計張角變化），學會記錄數(shù)據(jù)、分析現(xiàn)象并得出結(jié)論。2.科學態(tài)度和創(chuàng)新意識：在實驗中思考如何減小實驗誤差（如保證極板正對面積準確、避免外界電場干擾），培養(yǎng)嚴謹?shù)目茖W態(tài)度和創(chuàng)新意識?？茖W態(tài)度與責任1.學習興趣：認識電容器在電子設備（如手機、電腦）、電力系統(tǒng)中的廣泛應用，體會物理知識與技術(shù)發(fā)展的聯(lián)系，增強學習興趣。2.社會責任：了解電容器使用中的安全注意事項（如高壓電容器放電操作），樹立安全用電、規(guī)范操作的責任意識。

學習目標

重點難點重點1.電容器的基本概念，包括組成（兩個絕緣且靠近的導體）、充放電過程的電荷變化與能量轉(zhuǎn)化。2.理解其比值定義特性（C與Q、U無關(guān)，僅由自身屬性決定）及物理意義（表征容納電荷的本領(lǐng)）。3.根據(jù)平行板電容器的決定式，明確極板正對面積S、間距d、電介質(zhì)εr?對C的影響（C與S、εr?成正比，與d成反比）。難點1.克服對定義式的誤解，需通過類比說明C與Q、U無因果關(guān)系。2.平行板電容器動態(tài)分析，需區(qū)分“與電源相連（U不變）”和“斷開電源（Q不變）”兩種場景，結(jié)合公式推導C、Q、U、場強E的變化規(guī)律。1.電容器2.電容3.實驗探究4.動態(tài)分析5.課堂總結(jié)6.練習與應用7.提升訓練

學習內(nèi)容第4節(jié)

電容器的電容一、電容器第4節(jié)

電容器的電容一、電容器1.基本構(gòu)造：任何兩個彼此絕緣又相距很近的導體，都可以看成一個電容器。2.充電、放電：一、電容器一、電容器2.充電、放電：(1)充電：把電容器的兩個極板與電源的正負極相連，使兩個極板上帶上等量異種電荷的過程。充電后，跟電源正極相連的極板帶正電，跟電源負極相連的極板帶負電。充電過程如圖(a)、(b)所示。一、電容器(2)放電：用導線把充電后的電容器的兩個極板接通，兩個極板上的電荷中和，電容器失去電荷的過程。放電后，電容器任一極板帶電荷量均為零。放電過程如圖(c)、(d)所示。3.從能量的角度區(qū)分充電與放電：充電是從電源獲得能量儲存在電容器中，放電是把電容器中的能量通過電流做功轉(zhuǎn)化為電路中其他形式的能量。4.電容器的電荷量：其中一個極板所帶電荷量的絕對值。二、電容第4節(jié)

電容器的電容二、電容既然電容器能儲存電荷，那么如何反映電容器容納電荷的本領(lǐng)大小呢？類比法：類比圓柱型水杯容器的儲水hhABC1.水位每升高h，試比較A、B、C的儲水量；2.哪個儲水本領(lǐng)大？如何反映其儲水本領(lǐng)？二、電容容納儲存水容納儲存電荷電荷量Q水量V電勢差U水位差h橫截面S電容器水容器？大膽猜想二、電容

人們通過實驗研究發(fā)現(xiàn)：

對于同一電容器，電容器所帶的電荷量Q與電容器兩極板間的電勢差U成正比，即比值Q/U是一個常量；對于不同的電容器，這個比值一般不同。這個比值就表征了電容器儲存電荷的特性。實驗電路圖于是人們這樣定義：二、電容1.電容(1)定義：電容器所帶電荷量Q與電容器兩極板之間的電勢差U之比，叫作電容器的電容。(2)定義式：

(比值定義法)。Q指一個極板所帶電荷量的絕對值。(3)單位：電容的國際單位法拉，簡稱法，用字母F表示，常用的單位還有微法和皮法，1F＝106μF＝1012pF。(4)物理意義：描述電容器容納電荷本領(lǐng)大小的物理量。(5)由

表明，電容器的電容在數(shù)值上等于使兩極板間的電勢差為1V時電容器需要帶的電荷量。二、電容2.擊穿電壓和額定電壓(1)擊穿電壓：電介質(zhì)不被擊穿時加在電容器兩極板上的極限電壓，若電壓超過這一限度，電容器就會損壞。(2)額定電壓：電容器外殼上標的電壓是工作電壓(或稱額定電壓)，也是電容器正常工作時所能承受的最大電壓。(3)額定電壓比擊穿電壓低。二、電容3.常用電容器(1)分類：從構(gòu)造上看，可以分為固定電容器和可變電容器兩類。(2)固定電容器有：聚苯乙烯電容器、電解電容器等。(3)可變電容器由兩組鋁片組成，固定的一組鋁片叫作定片，可以轉(zhuǎn)動的一組鋁片叫作動片。轉(zhuǎn)動動片，使兩組鋁片的正對面積發(fā)生變化，電容就隨著改變。二、電容【例1】(2024·陜西省瑞泉中學高二月考)心室纖顫是一種可能危及生命的疾病。一種叫作心臟除顫器的醫(yī)療設備，其工作原理是通過一個充電的電容器對心室纖顫患者皮膚上安裝的兩個電極板放電，讓一部分電荷通過心臟，使心臟停止跳動，再刺激心室纖顫患者的心臟恢復正常跳動。若心臟除顫器的電容器電容為15μF，充電至9.0kV電壓，如果電容器在2.0ms時間內(nèi)完成放電，放電結(jié)束時電容器兩極板間的電勢差減為零。下列說法正確的是A.若充電至4.5kV，則該電容器的電容為7.5μFB.充電至9.0kV時，該電容器所帶電荷量是0.27CC.這次放電過程中有0.135C的電荷通過人體組織D.這次放電過程中有0.27C的電荷通過人體組織二、電容二、電容【例2】如圖所示為某一電容器所帶電荷量和兩端電壓之間的關(guān)系圖線，若將該電容器兩端的電壓從40V降低到36V，對電容器來說正確的是A.是充電過程B.是放電過程C.該電容器的電容為5×10－2FD.該電容器的電荷量變化量為0.2C【解析】由Q＝CU知，U降低，則Q減小，故為放電過程，A錯，B對；ΔQ＝CΔU＝5×10－3×4C＝0.02C，D錯。故選B。二、電容電容器電容的另一表達式如圖所示，Q－U圖像是一條過原點的直線，其中Q為一個極板上所帶電荷量的絕對值，U為兩板間的電勢差，直線的斜率表示電容大小。因此C＝

，即電容的大小在數(shù)值上等于兩極板間的電壓增加(或減小)1V所增加(或減小)的電荷量。三、實驗探究第4節(jié)

電容器的電容三、實驗探究既然電容C與Q、U均無關(guān)，那它與什么有關(guān)呢？①猜想平行板電容器的電容與哪些因素有關(guān)？②用什么方法研究電容與某個因素的關(guān)系？③如何判斷電容變化？電容由本身結(jié)構(gòu)決定極板間距d正對面積S絕緣介質(zhì)εr............控制變量法平行班電容器充電后，斷開電源后極板帶電量Q不變?nèi)?、實驗探究③如何判斷電容變化？平行班電容器充電后，斷開電源后極板帶電量Q不變①靜電計角度大，平行班間電勢差大，C減?、陟o電計角度小，平行班間電勢差小，C增大三、實驗探究控制變量法（1）保持極板電荷量Q與極板間距d

不變，改變極板正對面積S（2）保持極板電荷量Q與極板正對面積S不變，改變極板間距d

（3）保持極板電荷量Q、極板間距d

與極板正對面積S不變，極板間插入電介質(zhì)（有機玻璃板）三、實驗探究三、實驗探究步驟一：保持極板電荷量Q與極板間距d

不變，改變極板正對面積SQ、d保持不變時，S越小，U越大由實驗現(xiàn)象：實驗結(jié)論：Q，S保持不變時，S越小，C越小夾角變大板間電勢差變大三、實驗探究步驟二：保持極板電荷量Q與極板正對面積S不變，改變極板間距d

Q，S保持不變時，d越大，U越大由實驗現(xiàn)象：實驗結(jié)論：Q，S保持不變時，d越大，C越小夾角變大板間電勢差變大三、實驗探究步驟三：保持極板電荷量Q、極板間距d

與極板正對面積S不變，極板間插入電介質(zhì)（有機玻璃板）Q、d、S保持不變時，εr越大，U越小由實驗現(xiàn)象：實驗結(jié)論：Q、d、S保持不變時，εr

越大，C越大夾角變小板間電勢差變小三、實驗探究相對介電常數(shù)艾普西龍epsilon靜電力常量極板正對面積極板間距三、實驗探究電介質(zhì)空氣煤油石蠟陶瓷玻璃云母水1.0005266～84～112.0～2.181

空氣的相對介電常數(shù)與1十分接近，研究中，空氣對電容的影響一般可以忽略。

了解了關(guān)于電容器的相關(guān)知識后，你知道電容器在生活中有哪些常見類型不？三、實驗探究【例3】(2023·南昌市高二期中)傳感器是自動控制設備中不可缺少的元件，已經(jīng)滲透到宇宙開發(fā)、環(huán)境保護、交通運輸以及家庭生活等各個領(lǐng)域。幾種電容式傳感器如圖所示，其中通過改變電容器兩極板間的距離而引起電容變化的是三、實驗探究【解析】A是通過改變電介質(zhì)板在電容器兩極板間的深度引起電容變化的，A錯誤；B電容器的一個極板是金屬芯線，一個極板是導電液體，通過改變電容器兩極板間正對面積引起電容變化，B錯誤；C是通過改變兩極板間的距離引起電容變化的，C正確；D是通過改變動片與定片間的正對面積，引起電容變化的，D錯誤。故選C。三、實驗探究【例4】(2024·上海市華東師范大學附屬東昌中學高二期中)如圖，我們在辦理身份證時進行了指紋采集。電容式指紋識別的原理是手指與傳感器表面接觸時，皮膚表面會和傳感器上許許多多相同面積的小極板一一匹配成電容不同的平行板電容器，從而識別出指紋的紋路。極板與指紋溝(凹的部分)構(gòu)成的電容器電容____(填“大”或“小”)，若增大電容器的電壓，電容器電容將______(填“變大”“變小”或“不變”)。三、實驗探究【解析】根據(jù)C＝

，極板與指紋溝(凹的部分)間距較大，構(gòu)成的電容器電容小。因為電容器的電容由其本身的性質(zhì)決定，所以若增大電容器的電壓，電容器電容將不變。三、實驗探究

特點定義式?jīng)Q定式意義對某電容器Q∝U，但

＝C不變，反映電容器容納電荷的本領(lǐng)反映了影響電容大小的因素適用范圍任何電容器平行板電容器2.電容器容納電荷的本領(lǐng)由

來量度，由本身的結(jié)構(gòu)(如平行板電容器的εr、S、d等因素)來決定。四、平行板電容器的兩類動態(tài)問題第4節(jié)

電容器的電容四、平行板電容器的兩類動態(tài)問題1.兩類基本問題以下兩種情形下，若電容器的某一物理量發(fā)生變化，求其他物理量的變化情況。(1)電容器始終與電池兩極相連穩(wěn)定后，電容器上的電壓不變。(2)電容器和電源連接后再斷開，電容器上的電荷量不變。2.平行板電容器動態(tài)問題的分析方法抓住不變量，分析變化量，緊抓三個公式：四、平行板電容器的兩類動態(tài)問題3.平行板電容器的兩類典型問題基本思路(1)U不變的情形由Q＝UC判斷Q的變化情況四、平行板電容器的兩類動態(tài)問題3.平行板電容器的兩類典型問題基本思路(2)Q不變的情形四、平行板電容器的兩類動態(tài)問題【例5】(2024·廣州市高二期中)在某流水線上用如圖所示的傳感器來監(jiān)控產(chǎn)品的厚度，其中A、B為平行板電容器的上、下兩個極板，上下位置均固定，且分別接在恒壓直流電源的兩極上，G是靈敏電流計。當產(chǎn)品的厚度變薄導致相對介電常數(shù)εr變小時，則有A.極板間的電壓變小B.極板上所帶的電荷量變大C.平行板電容器的電容變大D.有向右的電流流過靈敏電流計四、平行板電容器的兩類動態(tài)問題