電容器的電容教案(教師版)

第8節(jié)電容器的電容的教學設(shè)計【教學目標】1、知道什么是電容器，知道電容器充電和放電時的能量轉(zhuǎn)換；2、理解電容器電容的概念及定義式，能用來進行有關(guān)的計算；3、掌握平行板電容器的決定式并能運用其討論有關(guān)問題?！窘虒W過程】我們用相機照相時，光線不足的時候會打開閃光燈，可大家知道閃光的能量是從哪里來的呢？下圖是一種帶有內(nèi)置閃光燈的照相機，相機內(nèi)裝有容量很大的電容器。不但相機中含有電容器，生活中的許多電器中也都含有電容器。電視、電腦、VCD等線路板。這么多的電器中用到了電容器，電容器是什么樣的元件？它的構(gòu)造、原理和作用有哪些呢？（一）電容器[教師活動]出示一紙質(zhì)電容器并將其拆開，請大家觀察它的構(gòu)造。學生匯報觀察結(jié)果：該元件有兩片錫箔(導體)，中間是一層薄紙(絕緣)。課件展現(xiàn)[教師板書]任何兩個彼此絕緣又相隔很近的導體，組成一個電容器。[教師活動]給學生出示相距10cm的兩金屬板，平行相對放置，并提出思考問題：這套裝置能否構(gòu)成一個電容器？學生思考后回答：能，兩金屬板是導體，中間的空氣是絕緣物體。教師總結(jié)：這種電容器叫平行板電容器，其中的絕緣物質(zhì)為電介質(zhì)。[教師演示]按圖連接電路，提示學生注意觀察實驗現(xiàn)象：當S接a和接b時，觀察電流表指針的偏轉(zhuǎn)情況。[學生總結(jié)]當S接a時,電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。當S接b時,電流表指針反向偏轉(zhuǎn)。教師用課件模擬電容器的充放電過程：（S接a）（S接b）[學生活動]觀察動畫，總結(jié)電容器的充放電規(guī)律。[教師點撥學生總結(jié)結(jié)論并板書]1．把電容器的一個極板與電池組的正極相連，另一個極板與負極相連，兩個極板將分別帶上等量的異號電荷，這個過程叫充電。2．當用導線把充電后的電容器兩極板接通，導線中也有電流通過，兩極板上的電荷中和，電容器又不帶電了，這一過程叫放電。注意：我們把一個極板所帶電荷量的絕對值叫電容器的所帶電荷量Q。[問題討論]獨立思考后回答下題，可以看書尋找答案。有電流就有電流做功，會消耗能量，在充放電過程中能量如何轉(zhuǎn)化的？學生思考后回答：充電：電源能量電場能放電：電場能其他形式能[類比探究]水杯可以盛水，可稱為水容器。水杯存水的本領(lǐng)大小由什么決定，電容器儲存電荷的本領(lǐng)的由哪些因素決定呢？【教師板書】（二）電容電容：反映電容器儲存電荷的本領(lǐng)，用Ｃ來表示。[學生活動]如何分析水杯存儲水的本領(lǐng)，先獨立思考，然后再小組討論回答下題。學生思考后回答：可用水量比深度來判斷水杯存水的本領(lǐng)。[學生活動]先猜想如何表示電容器的電容，然后閱讀課本相關(guān)內(nèi)容。學生回答：電荷量與電壓的比值來表示。[教師總結(jié)]可用電容器所帶電量與兩板間電壓的比值來描述電容器容納電荷的本領(lǐng)。學生活動：利用互聯(lián)網(wǎng)搜索學習電容器的電容與容器所帶電荷量Q、電容器兩極板間的電勢差U的關(guān)系是怎么得出來的。思考C與Q、U有關(guān)嗎，C由Q、U決定嗎？學生思考后回答：C不由Q、U這些外界因素決定，因為C由電容自身決定。[教師板書]電容器所帶電荷量Q與電容器兩極板間的電勢差U的比值，叫做電容的電容。比值定義式：C=Q/U，C不由Q、U決定物理意義：電容是表示電容器容納電荷本領(lǐng)的物理量單位：法拉符號：F1F＝C/V1F＝106μF＝1012pF[學生活動]電容器的電容與極板間的電壓、極板所帶的電荷量無關(guān)，那與什么因素有關(guān)呢？下面我們以平行板電容器為例來研究一下。[教師板書](三)平行板電容器的電容[學生活動]猜想平行板電容器的電容可能與什么因素有關(guān)？學生回答：可能與極板面積、板間的距離、兩板間的絕緣物質(zhì)有關(guān)。[學生活動]思考用實驗如何來探究電容跟這些因素間的關(guān)系？[師生總結(jié)]采用控制變量法。[實驗步驟](1)介紹靜電計：靜電計是在驗電器的基礎(chǔ)上制成的，用來測量電勢差。使用時把它的金屬球跟一個導體相連(或者同時接地)，從指針的偏轉(zhuǎn)角度就可以測出兩個導體問的電勢差。(2)實驗探究甲、保持極板上的電荷量Q、S不變，改變平行板兩極板的距離dC=Q/U分析結(jié)論C與d反相關(guān)現(xiàn)象：d↓C=Q/U分析結(jié)論C與d反相關(guān)d↑偏角↑U↑C↓乙、保持極板上的電荷量Q、d不變，改變平行板兩極板的正對面積SC=Q/U結(jié)論C與d正相關(guān)分析現(xiàn)象：S↓C=Q/U結(jié)論C與d正相關(guān)分析S↑偏角↓U↓C↑結(jié)論C與電介質(zhì)有關(guān)丙、保持Q、S、d結(jié)論C與電介質(zhì)有關(guān)C=Q/U分析現(xiàn)象：插入電介質(zhì)偏角↓UC=Q/U分析⑷從理論角度進行定量研究，表明：當平行板電容器兩極板之間是真空時，；當板間充滿同一種介質(zhì)時，電容變大為真空時的倍，即(四)常用電容器[學生活動]閱讀課本認識常見電容器，了解它們的構(gòu)造和特點。常見電容器：(1)分類方法①按形狀分：圓柱形電容器，平行板電容器，球形電容器等。②按構(gòu)造分：固定電容器，可變電容器，半可變電容器等?？勺冸娙萜魍ǔＪ峭ㄟ^改變正對面積或改變極板間距離來改變電容的。[學生活動]利用互聯(lián)網(wǎng)搜索學習電器中的可變電容器都有哪些呢？分別是什么原理呢？電容器的重要參數(shù)：(1)擊穿電壓：電容器兩極間電壓超過某一數(shù)值，電介質(zhì)被擊穿，電容器損壞，這個極限電壓為電容器的擊穿電壓。電容器正常工作時的電壓應(yīng)低于擊穿電壓。(2)額定電壓：電容器長期工作時所能承受的電壓，額定電壓低于擊穿電壓．【知識總結(jié)】1．平行板電容器(1)基本結(jié)構(gòu)：兩塊彼此絕緣、互相靠近的平行金屬板組成(2)帶電特點：兩板電荷等量異號，分布在正對兩板的內(nèi)側(cè)(3)板間電場：板間形成勻強電場，場強大小為E＝U／d，方向垂直板面2．電容器的充、放電過程充電過程放電過程①充電電流，電流強度由大到?。虎陔娙萜魉鶐щ姾闪吭黾樱虎垭娙萜鲀蓸O板間電壓升高；④電容器中電場強度增加；當電容器充電結(jié)束后，電容器所在電路中無電流，電容器兩極板間電壓與充電電壓相等；⑤充電后，電容器從電源中獲取的能量稱為電場能．①放電電流：電流強度是由大變??；②電容器上電荷量減小；③電容器兩極板間電壓降低；④電容器中電場強度減弱⑤電容器的電場能轉(zhuǎn)化成其他形式的能．3．電容(1)定義：電容器所帶的電荷量Q與電容器兩極板間電勢差U的比值，叫做電容器的電容．(2)定義式：C＝Q/U．電容是利用了比值定義法，看起來好像C由Q和U來決定，其實C與Q、U無關(guān)，C的大小是由電容器本身的結(jié)構(gòu)決定的，只是比值Q/U可以用來量度電容器的電容．即使電容器不帶電，電容器容納電荷的本領(lǐng)也不變，其電容仍然為C．(3)單位：在國際單位制中，電容的單位是法拉，符號是F．1F＝1C／V法拉這個單位太大，實際中常用較小的單位，微法(μF)和皮法(pF)其關(guān)系：1F＝106μF＝1012pF(4)由C=Q/U可知C=ΔQ/ΔU(5)電荷量Q＝CU，帶電荷量隨電壓的升高而增大，即帶電荷量與電壓成正比．提示：①電容器是一種電路元件，而電容是一個物理量，它表征了電容器容納電荷的本領(lǐng)．②電容器的帶電荷量是一個極板上電荷量的絕對值．③電容C是用比值定義法定義的，本章學過的電場強度E、電勢φ，都是用比值法定義的．電容C=Q/U，但不能說電容C與Q成正比、與U成反比．電容C由電容器本身的性質(zhì)決定，與Q、U的大小無關(guān)．④加在電容器兩極上的電壓不能超過某一限度．超過這個限度，電介質(zhì)將被擊穿，電容器損壞．這個極限電壓稱為穿電壓．電容器工作時的電壓應(yīng)低于擊穿電壓．電容器上一般都標明電容器的電容和額定電壓．額定電壓是指電容器長期工作時所能承受的電壓，比擊穿電壓要低．4．常用電容器(1)固定電容器：電容固定不變的電容器，常用云母、陶瓷、聚苯乙烯等為電介質(zhì)，這種電容在使用中不分極性．(2)電解電容器：也是一種固定電容器，只是用很薄的一層氧化膜作電介質(zhì)，電容較大．并且，電解電容器的極性是固定的，使用時極性不能接錯．(3)可變電容器：是一種可以改變電容大小的電容器，通常由兩組鋁片組成，其中一組固定不動的叫定片，另一組可以轉(zhuǎn)動的叫動片．轉(zhuǎn)動時，兩組鋁片的正對面積發(fā)生變化，電容就隨著改變．可變電容器的絕緣物質(zhì)通常為空氣或塑料介質(zhì)．例1有一充電的平行板電容器，兩板間電壓為3V，使它的電荷量減少3×l0-4C，于是電容器兩極板間的電壓降低1/3，此電容器的電容量（ ）μF，電容器原來的帶電荷量是（）C，若把電容器極板上的電荷量全部放掉，電容器的電容量是（）μF．解析：①電容器兩極板間電勢差的變化量為，由有②設(shè)電容器原來帶電荷量為Q，則Q＝CU＝1.5×10-4×3＝4.5×10-4C.③電容器的電容是由電容器本身因素決定的，與是否帶電、帶多少電荷量無關(guān)，所以電容器放掉全部電荷后，電容仍然是150μF．5．平行板電容器的電容(1)當平行板電容器的兩極板間是真空時，(2)當兩板間充滿同一種電介質(zhì)時，，是電介質(zhì)的相對介電常數(shù)(3)平行板電容器的電容，與兩平行板正對面積S成正比，與介質(zhì)的相對介電常數(shù)有關(guān)，與兩極板間距離d成反比．6．關(guān)于平行板電容器的兩類典型問題(1)平行板電容器連接在電源兩端時，由于電容器始終接在電源上，因此兩板間電勢差U保持不變，電容器的d、S、εr發(fā)生變化，將引起電容器的C、Q、U、E變化．由可知C隨d、S、εr變化而變化．由Q＝CU＝可知Q也隨著d、S、εr變化而變化．由E=U/d知，E隨d的變化而變化．(2)平行板電容器充電后，切斷與電源的連接，電容器的帶電荷量Q保持不變，電容器的d、S、εr變化，將引起C、Q、U、E的變化．由可知C隨d、S、εr變化而變化．由可知，U隨d、S、εr變化而變化．由可知，E隨S、εr變化而變化．例2當一個電容器所帶電荷量為Q時，兩極板間的電勢差為U，如果所帶電荷量增大為2Q，則()A．電容器的電容增大為原來的2倍，兩極板間電勢差保持不變B．電容器的電容減小為原來的1／2倍，兩極板間電勢差保持不變C．電容器的電容保持不變，兩極板間電勢差增大為原來的2倍D．電容器的電容保持不變，兩極板間電勢差減少為原來的1／2倍解析：本題考查對電容器電容定義式的理解，應(yīng)明確：對某一電容器而言，其電容的大小，決定于它的結(jié)構(gòu)，與其所帶的電荷量及兩極板間的電勢差無關(guān)．由于電容器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)不變，故其電容也不變．由電容的定義式C＝Q/U可知，當所帶的電荷量增大為2Q時，兩極板間的電壓也相應(yīng)增大為2U，故本題應(yīng)選C．點評：電容器的電容是用比值法定義的，本章中學過的用比值法定義的物理量還有：電場強度、電勢差，以前學過的用比值法定義的物理量有：壓強、密度等．從中了解在物理學中是怎樣來表征事物的某一特性或?qū)傩缘模?(2000年全國高考試題)對于水平放置的平行板電容器，下列說法正確的是()A．將兩極板的間距加大，電容將增大B．將兩極扳平行錯開，使正對面積減小，電容將減小C．在下板的內(nèi)表面上放置一面積和極板相等、厚度小于極板間距的陶瓷板，電容將增大D．在下板的內(nèi)表面上放置一面積和極板相等、厚度小于極板間距的鋁板，電容將增大解析：根據(jù)，影響平行板電容器的電容大小的因素有：①正對面積增大，電容增大；②兩板間距增大，電容減小；③兩板間放入電介質(zhì)，電容增大；④兩板間放入金屬板，相當于減小平行板的間距，電容增大．所以選項B、C、D正確．點評：這是一道關(guān)于電容器的電容的基本題，電容器的電容是由本身的結(jié)構(gòu)來決定的．空氣的介電常數(shù)接近于1，其它各種絕緣體的介電常數(shù)都大于1，所以空氣電容中插入任何絕緣體，其電容都增大．例4連接在電池兩極上的平行板電容器，當兩極板間的距離減小時，則（）A．電容器的電容C變大B．電容器極板的帶電荷量Q變大C．電容器兩極板間的電勢差U變大D．電容器兩極板間的電場強度E變大解析：這是一道考查對電容器的有關(guān)物理量理解的問題．平行板電容器的電容，當兩極板間的距離d減小時，C增大，由于兩極板連接在電池兩極上，則兩極板間的電勢差U保持不變，電容器所帶電荷量變大，兩極板間的電場強度變大．選項A、B、D正確．點評：兩極板間的電勢差U保持不變，是正確解答此題的關(guān)鍵．【隨堂檢測】1.關(guān)于電容器的充放電，下列說法中正確的是()A.充放電過程中外電路有瞬間電流B.充放電過程中外電路有恒定電流C.充電過程中電源提供的電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能D.放電過程中電容器中的電場能逐漸減小2.(2011·玉溪高二檢測)對于水平放置的平行板電容器，下列說法正確的是()A.將兩極板的間距加大，電容將增大B.將兩極板平行錯開，使正對面積減小，電容將減小C.在下板的內(nèi)表面上放置一面積和極板相等、厚度小于極板間距的陶瓷板，電容將增大D.在下板的內(nèi)表面上放置一面積和極板相等、厚度小于極板間距的鋁板，電容將增大3.某一電容器標注的是“300V5μF”，則下列說法中正確的是()A.該電容器可在300V以下電壓時正常工作B.該電容器只能在300V電壓時正常工作C.電壓是200V時，電容仍是5μFD.使用時只需考慮工作電壓，不必考慮電容器的引出線與電源的哪個極相連4.傳感器是一種采集信息的重要器件，如圖是由電容器作為傳感器來測定壓力變化的電路，當待測壓力F作用于可動膜片電極上時，以下說法中正確的是()A.若F向上壓膜片電極，電路中有從a到b的電流B.若F向上壓膜片電極，電路中有從b到a的電流C.若F向上壓膜片電極，電路中不會出現(xiàn)電流D.若電流表有示數(shù)，則說明壓力F發(fā)生變化5.(2011·南京高二檢測)如圖所示為“研究影響平行板電容器電容的因素”的實驗裝置，以下說法正確的是()A.A板與靜電計的指針帶的是異種電荷B.甲圖中將B板上移，靜電計的指針偏角增大C.乙圖中將B板左移，靜電計的指針偏角不變D.丙圖中將電介質(zhì)插入兩板之間，靜電計的指針偏角減小6.(2011·咸寧高二檢測)如圖所示，平行板電容器與電動勢為Ε的直流電源(內(nèi)阻不計)連接，下極板接地.一帶電油滴位于電容器中的P點且恰好處于平衡狀態(tài).現(xiàn)將平行板電容器的上極板豎直向上移動一小段距離，則()A.帶電油滴將沿豎直方向向上運動B.P點的電勢將降低C.帶電油滴在運動過程中的電勢能將減少D.電容器的電容減小，極板帶電量將減小7.(10分)一平行板電容器，板間距離為d，電容為C，接在電源電壓為U的電源上，充電完成后撤去電源，求：(1)充電后電容器的帶電量；(2)若使板間距離增大為2d，則電容器的電容變?yōu)槎嗌?？板間電場強度變?yōu)槎啻螅?.(10分)如圖所示，水平放置的平行板電容器的兩極板M、N，接上直流電源.上極板M的中央有一小孔A，在A的正上方h=20cm處的B點，有一小油滴自由落下.已知小油滴的電量Q=-3.5×10-14C，質(zhì)量m=3.0×10-9kg.當小油滴即將落到下極板時，速度恰為零.(不計空氣阻力，g=10m/s2)求：(1)兩極板間的電場強度E；(2)兩極板間的電勢差U；(3)設(shè)平行板電容器的電容C=4.0×10-12F，則該電容器帶電量Q是多少？答案解析1.【解析】選A、D.電容器充放電過程中會有電荷發(fā)生定向移動，外電路產(chǎn)生變化的瞬間電流，電容器充放電結(jié)束，電流消失，A對，B錯；充電過程中電源提供的電能部分轉(zhuǎn)化為電容器的電場能，C錯；放電過程中電容器中的電場能逐漸轉(zhuǎn)化為其他能，D對.2.【解析】選B、C、D.由C=知，加大兩極板的間距d，電容將減小，A錯；減小極板的正對面積S，電容減小，B對；在極板間放入陶瓷板，增大了介電常數(shù)εr，電容增大，C對；放入鋁板，等效成減小極板間的距離，電容增大，D正確.3.【解析】選A、C.每一個電容器都有它的耐壓值，電容器可以在耐壓值及其以下正常工作，所以選項A正確，選項B錯誤；電容是表示電容器容納電荷本領(lǐng)的物理量，是由電容器本身的性質(zhì)決定的，所以電容不變，選項C正確；有的電容器是有極性的，分正負極，所以選項D錯誤.4.【解析】選B、D.F向上壓膜片電極，使得電容器極板間的正對距離變小，電容變大，電容器和電源相連電壓不變，由知Q變大,電源對電容器充電，外電路中產(chǎn)生順