第十三章電場(chǎng)

第八節(jié)電容器的電容

教學(xué)目標(biāo)

一、知識(shí)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(lèi)。

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？

二、能力目標(biāo)

培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手操作能力

三、德育目標(biāo)

培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度

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)方法

類(lèi)比法、講授法，實(shí)驗(yàn)演示法，計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)

教學(xué)用具

1.“25V4700口F”電容1只，“25VIOOOHF”電容1只，電路示教板,J0401型演示

用電表，電池L5V3只，不同類(lèi)型的電容器若干只。

2.計(jì)算機(jī)，大屏幕，投影儀，自制CAI課件

課時(shí)安排

1課時(shí)

教學(xué)過(guò)程

一、引入新課

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(méi)有電場(chǎng)？

（同時(shí)板書(shū)）

兩金屬板間有沒(méi)有電勢(shì)差？

教師歸納小結(jié)

由此可見(jiàn)，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（稍作解釋?zhuān)?/p>

那么有什么方法可以使兩金屬板帶上正、負(fù)電荷呢？

將兩金屬極分別接到電源的正、負(fù)兩板上（同時(shí)畫(huà)出電路）

將“25V,4700nF”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。（激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)本節(jié)興趣）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)。（板?------1?

書(shū)課題）

二、新課教學(xué)

1.電容器

（出示收音機(jī)電路板，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)電容器。）

電容微是電氣設(shè)名中的一種重要元件，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、口光燈等電器中有廣泛的應(yīng)用。（引起學(xué)生對(duì)電容器學(xué)習(xí)的

重視）

（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(kāi)），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）電容器的充電、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?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(méi)有電勢(shì)差。

用發(fā)電機(jī)使萊頓瓶充電，然后用放電叉使萊頓瓶放電，可產(chǎn)生強(qiáng)烈的電火花，并告訴學(xué)

生萊頓瓶就是電容器，它是最早在荷蘭的萊頓城制成的。

用4.5V電池組給20。uF的電解電容器充電（如下圖），電路中G為J0401型演示電表

的G檔，并聯(lián)電阻Rl=300C,對(duì)電表起阻尼作用，避免電表表針的固有振動(dòng)造成假象，串

聯(lián)電阻R2=5kC做限流保護(hù)作用，當(dāng)單刀雙擲開(kāi)美K與a點(diǎn)接通的瞬間，G指針偏轉(zhuǎn)，讓學(xué)

生注意觀察充電過(guò)程中電流表指針的偏轉(zhuǎn)情況，說(shuō)明充電過(guò)程中有瞬時(shí)的充電電流通過(guò)，顯

示出充電電流的方向，并看到充電電流逐漸減少至零，充電完畢電容器兩極間電勢(shì)差等于電

流兩極間的電壓。然后將K接b,又可看到放電電流方向和充電電流相反并且電流也逐漸減

少到零。（以上裝置可安裝在自制示教電路板上）

演示完畢后，教師要講解充、放電過(guò)程電荷移動(dòng)，電場(chǎng)、電勢(shì)差的變化。（如下圖）

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“25V4700nF”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

“25V4700nF”充￡V,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“25V4700nF”和“25VlOOOuF”的電容器充電,再放電。

結(jié)果

“25V4700UF"放電產(chǎn)生白熾的火花放電

“25VlOOOuF”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IV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

IV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IV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(lèi)

比法）

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(chēng)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。

電容是表征電容器容納電荷特性的物理量，它的大不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。

知道了影響電容大小的因素，就可制成各種不同的電容器。

3.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）。

⑵量度-瞪Q是某-極板所帶電量的絕對(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(kāi)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(jiàn)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。

Q

分析：d增大，C=u,Q不變，U增大，C減小。

2

d增大，C=U,U減小，C增大。

j_

①理論和實(shí)驗(yàn)精確證明：gd

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?。籗減小時(shí)，指針

偏角變大。

Q

分析：Q不變，U減小，C=U,c增大，S增大。

Q

Q不變，U增大，C=〃，C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(guò)程中，靜電計(jì)指針偏

角變小。

Q_

分析：Q不變，U變小，C=U,C變大。

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

給出平行權(quán)電容公式：C=4〃kd,￡為介電常數(shù)，k為靜電力恒量。

這里也可以用能的觀點(diǎn)加以分析：電介質(zhì)板插入過(guò)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）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(jiàn)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，c為兩板間距。4

②場(chǎng)源關(guān)系

豐

至

￡=_e接起電機(jī)

E=dCdT

Q_4兀kQ

F二F

而c=4萬(wàn)依故E=4兀kd

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，QXU,Q與d也成反比。

4.常用