人教版高中物理必修第三冊第十章靜電場中的能量10-4電容器的電容課件

第十章靜電場中的能量學習目標1.通過觀察常見的電容器,了解電容器的構造,建構電容器模型.通過實驗,觀察電容器的充、放電過程中電流與電壓的變化,分析電荷量變化及能量轉化情況,培養(yǎng)觀察能力、歸納整合能力.2.通過觀察演示實驗,知道電容器兩極板間電勢差跟電容器所帶電荷量的關系,知道用比值法來定義電容器的電容,體會比值定義法在定義物理量中的重要作用.3.通過探究平行板電容器的電容與哪些因素有關的實驗,了解電容器電容與電容器結構及電介質有關.能舉例說明電容器的類型、特性及應用,培養(yǎng)應用物理知識解決實際問題的能力.4電容器的電容知識點一電容器1.平行板電容器:在兩個相距很近的

中間夾上一層

——電介質(空氣也是一種電介質),就組成一個最簡單的電容器,叫作平行板電容器.2.電容器:任何兩個

又

的導體,都可以看成一個電容器.平行金屬板絕緣物質彼此絕緣相距很近3.電容器的充、放電現象.把直流電源、電容器、燈泡、單刀雙擲開關連接成實驗電路,如圖所示.(1)把開關S撥到A時,燈泡會亮嗎?燈泡會一直亮嗎?答案:把開關S撥到A時,燈泡會亮,但不會一直亮.(2)把開關S由A撥到B時,燈泡會亮嗎?燈泡會一直亮嗎?答案:把開關S由A撥到B時,燈泡會亮,但不會一直亮.(3)充電:充電過程中,電容器兩極板的電荷量

,極板間的電場強度

,

的能量不斷儲存在電容器中.(4)放電:放電過程中,電容器把

的能量通過

做功轉化為電路中其他形式的能量.增加增大電源儲存電流知識點二電容1.電容:電容器所帶的

與電容器兩極板之間的

之比,叫作電容器的電容.用

表示.2.電容的定義式:

.3.在國際單位制中,電容的單位是

,簡稱

,符號是

.實際中常用的單位還有微法(μF)和皮法(pF),它們與法拉的關系是1μF=

F,1pF=

F.電荷量Q電勢差UC

法拉法F10-610-12答案:不是擊穿電壓.9V表示該電容器的工作電壓,也就是額定電壓,這個數值比擊穿電壓低.4.某電容器上標有“1.5μF

9V”的字樣,9V表示該電容器的擊穿電壓嗎?知識點三平行板電容器的電容1.平行板電容器的電容:C=

,其中εr是一個常數,與電介質的性質有關,叫作電介質的相對介電常數.2.通過什么實驗方法來探究平行板電容器的電容與相關因素的關系?答案:控制變量法.

知識點四常用電容器1.常用的電容器,從構造上看,可以分為

和

兩類.固定電容器的電容是固定不變的.常用的有聚苯乙烯電容器和

.2.超級電容器是根據

研發(fā)的一種新型電容器.它的充電時間短,儲存電能多,放電功率大,使用壽命長.固定電容器可變電容器電解電容器電化學原理小試身手判斷下列說法的正誤并和同學交流(正確的打“√”,錯誤的打“×”).1.電容大的電容器所帶電荷量一定多.(

)2.電容器所帶的電荷量Q是指電容器的一個極板上所帶電荷量的絕對值.(

)3.電容器外殼上標的是額定電壓.(

)4.電容器所帶的電荷量增加一倍,則兩極板間的電勢差也增加一倍.(

)5.電容器兩極板間的電勢差越大,電容就越大.(

)6.平行板電容器間插入電介質時電容變大.(

)×√√√×√探究一電容器的充、放電現象問題情境情境1:把直流電源、電阻、電容器、電流表、電壓表以及單刀雙擲開關組裝成實驗電路,如圖所示.1.把開關S接1,此時電源給電容器充電,電流的方向如何?電容器兩極板帶電情況怎樣?電壓表、電流表示數如何變化?該過程中能量是如何轉化的?答案:電流由電源的正極流向電容器的正極板,從電容器的負極板流向電源的負極.兩極板上電荷量增加,最后兩極板帶有等量的異種電荷.電壓表示數迅速增大,隨后逐漸穩(wěn)定在某一數值,電流表示數由大變小.充電過程中電源內的化學能轉化為電容器內的電場能.2.把開關S接2,電容器通過電阻R放電,電流的方向如何?電容器兩極板帶電情況怎樣?電壓表和電流表的示數有什么變化?該過程中能量是如何轉化的?答案:放電電流由電容器的正極板經過電阻R流向電容器的負極板.正、負電荷中和,兩極板所帶的電荷量減小.電壓表示數減小,電流表的示數由大變小.放電過程中,電容器的電場能通過電流做功轉化為其他形式的能量.情境2:電流傳感器可以與計算機相連,能在很短的時間內畫出電流隨時間變化的圖像.按圖甲連接電路,提供8V直流電源,先使開關S與1端相連,電源向電容器充電,這個過程可在短時間內完成.然后把開關S擲向2端,電容器通過電阻R放電,傳感器將電流信息傳入計算機,屏幕上顯示出電流隨時間變化的I-t圖像,如圖乙所示.甲乙3.由圖線可以看出電容器放電有何特點?在圖中畫一個豎立的狹長矩形(在圖乙的最左邊),它的面積的物理意義是什么?答案:由圖線可知,電容器放電隨時間延長變得緩慢.因為Q=It,所以豎直狹長矩形的面積表示在0.1s內電容器釋放的電荷量.4.怎樣根據圖乙的I-t圖像估算電容器在整個放電過程中釋放的電荷量?試著算一算.答案:根據橫軸與縱軸的數據可知,一個格子代表的電荷量為0.08×10-3C,大于半格算一個,小于半格舍去,圖線所包含的格子個數為40,所以釋放的電荷量是Q=0.08×10-3

C×40=3.2×10-3C.5.放電過程中,電流最后減小到0,說明兩極板的電荷量有什么關系?答案:說明兩極板帶等量異種電荷,電容器所帶的電荷量是指一個極板所帶電荷量的絕對值.過程建構1.電容器充電過程的特點.(1)充電電流從電容器正極板流入,從電容器負極板流出.(2)充電時電容器所帶電荷量增加,極板間電勢差增大,極板間電場強度增大.(3)電容器充電結束后,電容器所在電路中沒有電流,電容器兩極板間電勢差與充電電壓相等.(4)充電過程中,其他形式的能量轉化為電容器中儲存的能量.2.電容器放電過程的特點.(1)放電電流從電容器正極板流出,從電容器負極板流入.(2)放電時電容器所帶電荷量減少,極板間電勢差降低,極板間電場強度減弱.(3)電容器放電結束后,電容器所在電路中沒有電流,電容器不再帶有電荷,電容器兩極板間電勢差為0.(4)放電過程中,電容器儲存的能量轉化為其他形式的能量.【典例1】(多選)關于電容器的充、放電,下列說法正確的是(

)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化為內能D.放電過程中電容器中的電場能逐漸減少解析:電容器在充、放電過程中,外電路中均有瞬間電流存在,故選項A正確;充、放電過程中,外電路中電流并不是恒定的,故選項B錯誤;充電過程電源提供的電能轉化為電容器中的電場能,故選項C錯誤;放電過程中電容器兩板上的電荷量減少,極板間電勢差降低,極板間電場強度減弱,則電場能減少,故選項D正確.答案:AD探究二電容問題情境探究電容器兩極板間電勢差跟所帶電荷量的關系實驗電路如圖所示.電流傳感器記錄電容器充電過程中的電流,并在計算機屏幕上顯示出電流隨時間變化的圖像,利用軟件求出I-t圖像的面積,即電容器極板上所帶的電荷量.1.分別接入電容器A、電容器B,調節(jié)電阻箱使電壓表的讀數分別為1.5V、3V、4.5V,根據I-t圖像的面積求出對應的電荷量,記錄數據見表格.分析實驗數據你能得到什么結論?電容器U/VQ/CA1.51.5×10-31×10-333×10-31×10-34.54.5×10-31×10-3B1.53×10-32×10-336×10-32×10-34.59×10-32×10-3

答案:電容器具有儲存電荷的特性,類似于用容器可以裝水.電容器一個極板上所帶的電荷量相當于容器的容積,兩極板之間的電勢差相當于容器內的水深,電容相當于容器的橫截面積,顯然,當兩極板間的電勢差(水深)相等時,電容(橫截面積)大的電容器(容器)所帶的電荷量(水)多.

過程建構

【典例2】一平行板電容器,當極板上所帶電荷量增加2.0×10-4C時,極板間的電壓增加40V,則當電容器兩端所加電壓為200V時,電容器所帶電荷量為多少?

答案:1×10-3C【變式】用兩節(jié)相同的電池分別給兩個原來不帶電的電容器充電,已知C1<C2.當達到穩(wěn)定狀態(tài)時,兩電容器每個極板的電荷量分別為Q1和Q2,則 (

)A.Q1>Q2

B.Q1<Q2C.Q1=Q2

D.無法確定Q1與Q2的關系解析:電池相同,則電壓相同,故根據Q=CU可知電容越大,充電量越大,即Q1<Q2,選項B正確.答案:B探究三平行板電容器的電容問題情境平行板電容器由兩塊平行放置的金屬板組成.利用平行板電容器進行如下實驗.

答案:S減小,電勢差U增大,電容C減小.

答案:d增大,電勢差U增大,電容C減小.

答案:插入電介質,電勢差U減小,電容C增大.

過程建構

比較項類別定義式決定式適用范圍所有電容器,表征了電容器儲存電荷的特性平行板電容器,反映了平行板電容器的電容的決定因素聯系2.平行板電容器的動態(tài)分析.(1)兩類情況:一類是平行板電容器始終與電源兩極相連,保持電壓U不變;另一類是平行板電容器充電后與電源斷開,保持所帶電荷量Q不變.(2)分析思路:【典例3】下圖為研究影響平行板電容器電容的因素的實驗裝置示意圖,下列說法正確的是(

)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,靜電計的指針偏角減小C.乙圖中將B板左移,靜電計的指針偏角不變D.丙圖中將電介質插入兩板之間,靜電計的指針偏角減小甲乙丙

答案:D靜電計的使用(1)靜電計是在驗電器的基礎上改造而成的.靜電計與電容器的兩極板分別連接在一起,則電容器上的電勢差就等于靜電計上所指示的電勢差U,U的大小就從靜電計的刻度讀出.可見,靜電計指針的變化表征了電容器兩極板間電勢差的變化.(2)靜電計本身也是一個電容器,但靜電計儲存電荷的本領很弱,即電容很小,當帶電的電容器與靜電計連接時,可認為電容器上的電荷量保持不變.課堂評價答案:C

答案:BD2.(多選)下圖是一個由電池、電阻R與平行板電容器組成的電路,在減小電容器兩極板間距離的過程中(

)A.電阻R中沒有電流B.電容器的電容變大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3.電容式加速傳感器常用于觸發(fā)汽車安全氣囊等系統(tǒng),如圖所示.極板M、N組成的電容器視為平行板電容器,M固定,N可左右運動,通過測量電容器板間的電壓的變化來確定汽車的加速度.當汽車減速時,極板M、N間的距離減小,若極板上的電荷量不變,則該電容器(

)A.電容變小B.極板間電壓變大C.極板間電場強度不變D.極板間電場強度變小

答案:C4.如圖所示為電容式加速度傳感器的工作原理圖,輕質彈簧與電容器固定在傳感器的外框上,質量塊左側連接