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物理必修 第三册4 电容器的电容课文课件ppt
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这是一份物理必修 第三册4 电容器的电容课文课件ppt，共48页。PPT课件主要包含了电容器的电容，知识点一电容器，平行金属板，绝缘物质，彼此绝缘，相距很近，知识点二电容，电荷量Q，电势差U，答案控制变量法等内容，欢迎下载使用。
1.平行板电容器:在两个相距很近的 中间夹上一层 ——电介质(空气也是一种电介质),就组成一个最简单的电容器,叫作平行板电容器.2.电容器:任何两个 又 的导体,都可以看成一个电容器.
3.电容器的充、放电现象.把直流电源、电容器、灯泡、单刀双掷开关连接成实验电路,如图所示.
(1)把开关S拨到A时,灯泡会亮吗?灯泡会一直亮吗?
答案:把开关S拨到A时,灯泡会亮,但不会一直亮.
(2)把开关S由A拨到B时,灯泡会亮吗?灯泡会一直亮吗?
答案:把开关S由A拨到B时,灯泡会亮,但不会一直亮.
(3)两次流过灯泡的电流方向相同吗?为什么?
答案:不相同.把开关S拨到A时,电容器充电,流过灯泡的电流自左向右;再把开关S拨到B时,电容器放电,电容器相当于电源,流过灯泡的电流自右向左.
1.电容:电容器所带的 与电容器两极板之间的 之比,叫作电容器的电容.用 表示.2.电容的定义式: .3.在国际单位制中,电容的单位是 ,简称 ,符号是 .实际中常用的单位还有微法(μF)和皮法(pF),它们与法拉的关系是1 μF= F,1 pF= F.
答案:不是击穿电压.9 V表示该电容器的工作电压,也就是额定电压,这个数值比击穿电压低.
4.某电容器上标有“1.5 μF 9 V”的字样,9 V表示该电容器的击穿电压吗?
知识点三 平行板电容器的电容
1.平行板电容器的电容大小与Q、U无关,那么,它可能与什么因素有关?
答案:平行板电容器的电容大小可能与极板间的距离d、极板的正对面积S、极板间的电介质有关.
2.通过什么实验方法来探究平行板电容器的电容与相关因素的关系?
1.常用的电容器,从构造上看,可以分为 和 两类.固定电容器的电容是固定不变的.常用的有聚苯乙烯电容器和 .2.超级电容器是根据 研发的一种新型电容器.它的充电时间短,储存电能多,放电功率大,使用寿命长.
1.电容大的电容器所带电荷量一定多.( )2.电容器所带的电荷量Q是指电容器的一个极板上所带电荷量的绝对值.( )3.电容器外壳上标的是额定电压.( )4.电容器所带的电荷量增加一倍,则两极板间的电势差也增加一倍.( )5.电容器两极板间的电势差越大,电容就越大.( )6.平行板电容器间插入电介质时电容变大.( )
探究一 电容器的充、放电现象
情境1:把直流电源、电阻、电容器、电流表、电压表以及单刀双掷开关组装成实验电路,如图所示.
1.把开关S接1,此时电源给电容器充电,电流的方向如何?电容器两极板带电情况怎样?电压表、电流表示数如何变化?该过程中能量是如何转化的?
答案:电流由电源的正极流向电容器的正极板,从电容器的负极板流向电源的负极.两极板上电荷量增加,最后两极板带有等量的异种电荷.电压表示数迅速增大,随后逐渐稳定在某一数值,电流表示数由大变小.充电过程中电源内的化学能转化为电容器内的电场能.
2.把开关S接2,电容器通过电阻R放电,电流的方向如何?电容器两极板带电情况怎样?电压表和电流表的示数有什么变化?该过程中能量是如何转化的?
答案:放电电流由电容器的正极板经过电阻R流向电容器的负极板.正、负电荷中和,两极板所带的电荷量减小.电压表示数减小,电流表的示数由大变小.放电过程中,电容器的电场能通过电流做功转化为其他形式的能量.
情境2:电流传感器可以与计算机相连,能在很短的时间内画出电流随时间变化的图像.按图甲连接电路,提供8 V直流电源,先使开关S与1端相连,电源向电容器充电,这个过程可在短时间内完成.然后把开关S掷向2端,电容器通过电阻R放电,传感器将电流信息传入计算机,屏幕上显示出电流随时间变化的I-t图像,如图乙所示.
3.由图线可以看出电容器放电有何特点?在图中画一个竖立的狭长矩形(在图乙的最左边),它的面积的物理意义是什么?
答案:由图线可知,电容器放电随时间延长变得缓慢.因为Q=It,所以竖直狭长矩形的面积表示在0.1 s内电容器释放的电荷量.
4.怎样根据图乙的I-t图像估算电容器在整个放电过程中释放的电荷量?试着算一算.
答案:根据横轴与纵轴的数据可知,一个格子代表的电荷量为0.08×10-3 C,大于半格算一个,小于半格舍去,图线所包含的格子个数为40,所以释放的电荷量是Q=0.08×10-3 C×40=3.2×10-3 C.
5.放电过程中,电流最后减小到0,说明两极板的电荷量有什么关系?
答案:说明两极板带等量异种电荷,电容器所带的电荷量是指一个极板所带电荷量的绝对值.
1.电容器充电过程的特点.(1)充电电流从电容器正极板流入,从电容器负极板流出.(2)充电时电容器所带电荷量增加,极板间电势差增大,极板间电场强度增大.(3)电容器充电结束后,电容器所在电路中没有电流,电容器两极板间电势差与充电电压相等.(4)充电过程中,其他形式的能量转化为电容器中储存的能量.
2.电容器放电过程的特点.(1)放电电流从电容器正极板流出,从电容器负极板流入.(2)放电时电容器所带电荷量减少,极板间电势差降低,极板间电场强度减弱.(3)电容器放电结束后,电容器所在电路中没有电流,电容器不再带有电荷,电容器两极板间电势差为0.(4)放电过程中,电容器储存的能量转化为其他形式的能量.
【典例1】(多选)关于电容器的充、放电,下列说法正确的是( )A.充、放电过程中外电路有瞬间电流B.充、放电过程中外电路有恒定电流C.充电过程中电源提供的电能全部转化为内能D.放电过程中电容器中的电场能逐渐减少
解析:电容器在充、放电过程中,外电路中均有瞬间电流存在,故选项A正确;充、放电过程中,外电路中电流并不是恒定的,故选项B错误;充电过程电源提供的电能转化为电容器中的电场能,故选项C错误;放电过程中电容器两板上的电荷量减少,极板间电势差降低,极板间电场强度减弱,则电场能减少,故选项D正确.
探究电容器两极板间电势差跟所带电荷量的关系实验电路如图所示.电流传感器记录电容器充电过程中的电流,并在计算机屏幕上显示出电流随时间变化的图像,利用软件可求出I-t图像的面积即可获得电容器极板上所带的电荷量.
1.分别接入电容器A、电容器B,调节电阻箱使电压表的读数分别为1.5 V、3 V、4.5 V,根据I-t图像的面积求出对应的电荷量,记录数据见表格.分析实验数据你能得到什么结论?
答案:电容器具有储存电荷的特性,类似于用容器可以装水.电容器一个极板上所带的电荷量相当于容器的容积,两极板之间的电势差相当于容器内的水深,电容相当于容器的横截面积,显然,当两极板间的电势差(水深)相等时,电容(横截面积)大的电容器(容器)所带的电荷量(水)多.
1.电容由电容器本身的构造决定.电容器的电容表征了电容器储存电荷的特性,对一个确定的电容器,电容是一定的,与电容器所带电荷量Q和所加电压U无关.不同的电容器电容一般不同.
【典例2】一平行板电容器,当极板上所带电荷量增加2.0×10-4 C时,极板间的电压增加40 V,则当电容器两端所加电压为200 V时,电容器所带电荷量为多少?
答案:1×10-3 C
【变式】用两节相同的电池分别给两个原来不带电的电容器充电,已知C1Q2 B.Q1
平行板电容器是最简单、最基本的电容器.几乎所有的电容器都可看成平行板电容器的变形.现在通过控制变量法探究平行板电容器的电容与哪些因素有关.
1.如图所示,保持极板上的电荷量Q和两极板间的距离d不变,改变两极板的正对面积S,判断电容C的变化.
2.如图所示,保持极板上的电荷量Q和两极板的正对面积S不变,改变两极板间的距离d,判断电容C的变化.
3.如图所示,保持Q、S、d不变,在两极板间插入电介质,判断电容C的变化.
4.尝试分析平行板电容器的电容C与哪些因素有关系?有什么关系?
答案:平行板电容器的电容C与两极板间的电介质、极板的正对面积、极板间的距离有关.增大平行板电容器两极板的正对面积、插入电介质、减小两极板间的距离,都可以增大平行板电容器的电容.反之亦然.
2.平行板电容器的动态分析.(1)两类情况:一类是平行板电容器始终与电源两极相连,保持电压U不变;另一类是平行板电容器充电后与电源断开,保持所带电荷量Q不变.(2)分析思路:
【典例3】下图为研究影响平行板电容器电容的因素的实验装置示意图,下列说法正确的是( )
A.A板与静电计的指针带的是异种电荷B.甲图中将B板上移,静电计的指针偏角减小C.乙图中将B板左移,静电计的指针偏角不变D.丙图中将电介质插入两板之间,静电计的指针偏角减小
静电计的使用(1)静电计是在验电器的基础上改造而成的.静电计与电容器的两极板分别连接在一起,则电容器上的电势差就等于静电计上所指示的电势差U,U的大小就从静电计的刻度读出.可见,静电计指针的变化表征了电容器两极板间电势差的变化.(2)静电计本身也是一个电容器,但静电计储存电荷的本领很弱,即电容很小,当带电的电容器与静电计连接时,可认为电容器上的电荷量保持不变.
2.(多选)下图是一个由电池、电阻R与平行板电容器组成的电路,在减小电容器两极板间距离的过程中( )
A.电阻R中没有电流B.电容器的电容变大C.电阻R中有从A流向B的电流D.电阻R中有从B流向A的电流
3.(多选)如图所示,M为中间插有电介质的电容器,A和B为其两极板,A板接地;P和Q为两竖直放置的平行金属板,在两板间用绝缘线悬挂一带电小球;P板与B板用导线相连,Q板接地.开始时悬线静止在竖直方向,在B板带电后,悬线偏转了α角度.在以下方法中,能使悬线的偏角α变大的是( )
A.缩小A、B间的距离B.增大A、B间的距离C.取出A、B两极板间的电介质D.换一块形状大小相同、介电常数更大的电介质
4.(多选)下图是一种通过测量电容器电容的变化来检测液面高低的仪器原理图,电容器的两个电极分别用导线接到指示器上,指示器可显示出电容的大小.下列关于该仪器的说法中,正确的有( )
A.该仪器中电容器的电极分别是芯柱和导电液体B.芯柱外套的绝缘层越厚,该电容器的电容越大C.若指示器显示电容增大,则容器中液面升高D.若指示器显示电容减小,则容器中液面升高
5.有一充电的电容器,两板间的电压为3 V,所带电荷量为4.5×10-4 C,此电容器的电容是多少?将电容器的电压降为2 V,电容器的电容是多少?所带电荷量是多少?
答案:1.5×10-4 F 1.5×10-4 F 3×10-4 C
学科素养培优模型建构——平行板电容器的两类动态问题
2.平行板电容器两类动态问题的比较.
【典例】如图所示的电路中,A、B是平行板电容器的两金属板.先将开关S闭合,等电路稳定后将S断开,并将B板向下平移一小段距离,保持两板间的某点P与A板的距离不变,则下列说法正确的是( )
A.电容器的电容变小B.电容器内部电场强度变大C.电容器两极板电压变小D.P点电势降低
1.平行板电容器:在两个相距很近的 中间夹上一层 ——电介质(空气也是一种电介质),就组成一个最简单的电容器,叫作平行板电容器.2.电容器:任何两个 又 的导体,都可以看成一个电容器.
3.电容器的充、放电现象.把直流电源、电容器、灯泡、单刀双掷开关连接成实验电路,如图所示.
(1)把开关S拨到A时,灯泡会亮吗?灯泡会一直亮吗?
答案:把开关S拨到A时,灯泡会亮,但不会一直亮.
(2)把开关S由A拨到B时,灯泡会亮吗?灯泡会一直亮吗?
答案:把开关S由A拨到B时,灯泡会亮,但不会一直亮.
(3)两次流过灯泡的电流方向相同吗?为什么?
答案:不相同.把开关S拨到A时,电容器充电,流过灯泡的电流自左向右;再把开关S拨到B时,电容器放电,电容器相当于电源,流过灯泡的电流自右向左.
1.电容:电容器所带的 与电容器两极板之间的 之比,叫作电容器的电容.用 表示.2.电容的定义式: .3.在国际单位制中,电容的单位是 ,简称 ,符号是 .实际中常用的单位还有微法(μF)和皮法(pF),它们与法拉的关系是1 μF= F,1 pF= F.
答案:不是击穿电压.9 V表示该电容器的工作电压,也就是额定电压,这个数值比击穿电压低.
4.某电容器上标有“1.5 μF 9 V”的字样,9 V表示该电容器的击穿电压吗?
知识点三 平行板电容器的电容
1.平行板电容器的电容大小与Q、U无关,那么,它可能与什么因素有关?
答案:平行板电容器的电容大小可能与极板间的距离d、极板的正对面积S、极板间的电介质有关.
2.通过什么实验方法来探究平行板电容器的电容与相关因素的关系?
1.常用的电容器,从构造上看,可以分为 和 两类.固定电容器的电容是固定不变的.常用的有聚苯乙烯电容器和 .2.超级电容器是根据 研发的一种新型电容器.它的充电时间短,储存电能多,放电功率大,使用寿命长.
1.电容大的电容器所带电荷量一定多.( )2.电容器所带的电荷量Q是指电容器的一个极板上所带电荷量的绝对值.( )3.电容器外壳上标的是额定电压.( )4.电容器所带的电荷量增加一倍,则两极板间的电势差也增加一倍.( )5.电容器两极板间的电势差越大,电容就越大.( )6.平行板电容器间插入电介质时电容变大.( )
探究一 电容器的充、放电现象
情境1:把直流电源、电阻、电容器、电流表、电压表以及单刀双掷开关组装成实验电路,如图所示.
1.把开关S接1,此时电源给电容器充电,电流的方向如何?电容器两极板带电情况怎样?电压表、电流表示数如何变化?该过程中能量是如何转化的?
答案:电流由电源的正极流向电容器的正极板,从电容器的负极板流向电源的负极.两极板上电荷量增加,最后两极板带有等量的异种电荷.电压表示数迅速增大,随后逐渐稳定在某一数值,电流表示数由大变小.充电过程中电源内的化学能转化为电容器内的电场能.
2.把开关S接2,电容器通过电阻R放电,电流的方向如何?电容器两极板带电情况怎样?电压表和电流表的示数有什么变化?该过程中能量是如何转化的?
答案:放电电流由电容器的正极板经过电阻R流向电容器的负极板.正、负电荷中和,两极板所带的电荷量减小.电压表示数减小,电流表的示数由大变小.放电过程中,电容器的电场能通过电流做功转化为其他形式的能量.
情境2:电流传感器可以与计算机相连,能在很短的时间内画出电流随时间变化的图像.按图甲连接电路,提供8 V直流电源,先使开关S与1端相连,电源向电容器充电,这个过程可在短时间内完成.然后把开关S掷向2端,电容器通过电阻R放电,传感器将电流信息传入计算机,屏幕上显示出电流随时间变化的I-t图像,如图乙所示.
3.由图线可以看出电容器放电有何特点?在图中画一个竖立的狭长矩形(在图乙的最左边),它的面积的物理意义是什么?
答案:由图线可知,电容器放电随时间延长变得缓慢.因为Q=It,所以竖直狭长矩形的面积表示在0.1 s内电容器释放的电荷量.
4.怎样根据图乙的I-t图像估算电容器在整个放电过程中释放的电荷量?试着算一算.
答案:根据横轴与纵轴的数据可知,一个格子代表的电荷量为0.08×10-3 C,大于半格算一个,小于半格舍去,图线所包含的格子个数为40,所以释放的电荷量是Q=0.08×10-3 C×40=3.2×10-3 C.
5.放电过程中,电流最后减小到0,说明两极板的电荷量有什么关系?
答案:说明两极板带等量异种电荷,电容器所带的电荷量是指一个极板所带电荷量的绝对值.
1.电容器充电过程的特点.(1)充电电流从电容器正极板流入,从电容器负极板流出.(2)充电时电容器所带电荷量增加,极板间电势差增大,极板间电场强度增大.(3)电容器充电结束后,电容器所在电路中没有电流,电容器两极板间电势差与充电电压相等.(4)充电过程中,其他形式的能量转化为电容器中储存的能量.
2.电容器放电过程的特点.(1)放电电流从电容器正极板流出,从电容器负极板流入.(2)放电时电容器所带电荷量减少,极板间电势差降低,极板间电场强度减弱.(3)电容器放电结束后,电容器所在电路中没有电流,电容器不再带有电荷,电容器两极板间电势差为0.(4)放电过程中,电容器储存的能量转化为其他形式的能量.
【典例1】(多选)关于电容器的充、放电,下列说法正确的是( )A.充、放电过程中外电路有瞬间电流B.充、放电过程中外电路有恒定电流C.充电过程中电源提供的电能全部转化为内能D.放电过程中电容器中的电场能逐渐减少
解析:电容器在充、放电过程中,外电路中均有瞬间电流存在,故选项A正确;充、放电过程中,外电路中电流并不是恒定的,故选项B错误;充电过程电源提供的电能转化为电容器中的电场能,故选项C错误;放电过程中电容器两板上的电荷量减少,极板间电势差降低,极板间电场强度减弱,则电场能减少,故选项D正确.
探究电容器两极板间电势差跟所带电荷量的关系实验电路如图所示.电流传感器记录电容器充电过程中的电流,并在计算机屏幕上显示出电流随时间变化的图像,利用软件可求出I-t图像的面积即可获得电容器极板上所带的电荷量.
1.分别接入电容器A、电容器B,调节电阻箱使电压表的读数分别为1.5 V、3 V、4.5 V,根据I-t图像的面积求出对应的电荷量,记录数据见表格.分析实验数据你能得到什么结论?
答案:电容器具有储存电荷的特性,类似于用容器可以装水.电容器一个极板上所带的电荷量相当于容器的容积,两极板之间的电势差相当于容器内的水深,电容相当于容器的横截面积,显然,当两极板间的电势差(水深)相等时,电容(横截面积)大的电容器(容器)所带的电荷量(水)多.
1.电容由电容器本身的构造决定.电容器的电容表征了电容器储存电荷的特性,对一个确定的电容器,电容是一定的,与电容器所带电荷量Q和所加电压U无关.不同的电容器电容一般不同.
【典例2】一平行板电容器,当极板上所带电荷量增加2.0×10-4 C时,极板间的电压增加40 V,则当电容器两端所加电压为200 V时,电容器所带电荷量为多少?
答案:1×10-3 C
【变式】用两节相同的电池分别给两个原来不带电的电容器充电,已知C1
平行板电容器是最简单、最基本的电容器.几乎所有的电容器都可看成平行板电容器的变形.现在通过控制变量法探究平行板电容器的电容与哪些因素有关.
1.如图所示,保持极板上的电荷量Q和两极板间的距离d不变,改变两极板的正对面积S,判断电容C的变化.
2.如图所示,保持极板上的电荷量Q和两极板的正对面积S不变,改变两极板间的距离d,判断电容C的变化.
3.如图所示,保持Q、S、d不变,在两极板间插入电介质,判断电容C的变化.
4.尝试分析平行板电容器的电容C与哪些因素有关系?有什么关系?
答案:平行板电容器的电容C与两极板间的电介质、极板的正对面积、极板间的距离有关.增大平行板电容器两极板的正对面积、插入电介质、减小两极板间的距离,都可以增大平行板电容器的电容.反之亦然.
2.平行板电容器的动态分析.(1)两类情况:一类是平行板电容器始终与电源两极相连,保持电压U不变;另一类是平行板电容器充电后与电源断开,保持所带电荷量Q不变.(2)分析思路:
【典例3】下图为研究影响平行板电容器电容的因素的实验装置示意图,下列说法正确的是( )
A.A板与静电计的指针带的是异种电荷B.甲图中将B板上移,静电计的指针偏角减小C.乙图中将B板左移,静电计的指针偏角不变D.丙图中将电介质插入两板之间,静电计的指针偏角减小
静电计的使用(1)静电计是在验电器的基础上改造而成的.静电计与电容器的两极板分别连接在一起,则电容器上的电势差就等于静电计上所指示的电势差U,U的大小就从静电计的刻度读出.可见,静电计指针的变化表征了电容器两极板间电势差的变化.(2)静电计本身也是一个电容器,但静电计储存电荷的本领很弱,即电容很小,当带电的电容器与静电计连接时,可认为电容器上的电荷量保持不变.
2.(多选)下图是一个由电池、电阻R与平行板电容器组成的电路,在减小电容器两极板间距离的过程中( )
A.电阻R中没有电流B.电容器的电容变大C.电阻R中有从A流向B的电流D.电阻R中有从B流向A的电流
3.(多选)如图所示,M为中间插有电介质的电容器,A和B为其两极板,A板接地;P和Q为两竖直放置的平行金属板,在两板间用绝缘线悬挂一带电小球;P板与B板用导线相连,Q板接地.开始时悬线静止在竖直方向,在B板带电后,悬线偏转了α角度.在以下方法中,能使悬线的偏角α变大的是( )
A.缩小A、B间的距离B.增大A、B间的距离C.取出A、B两极板间的电介质D.换一块形状大小相同、介电常数更大的电介质
4.(多选)下图是一种通过测量电容器电容的变化来检测液面高低的仪器原理图,电容器的两个电极分别用导线接到指示器上,指示器可显示出电容的大小.下列关于该仪器的说法中,正确的有( )
A.该仪器中电容器的电极分别是芯柱和导电液体B.芯柱外套的绝缘层越厚,该电容器的电容越大C.若指示器显示电容增大,则容器中液面升高D.若指示器显示电容减小,则容器中液面升高
5.有一充电的电容器,两板间的电压为3 V,所带电荷量为4.5×10-4 C,此电容器的电容是多少?将电容器的电压降为2 V,电容器的电容是多少?所带电荷量是多少?
答案:1.5×10-4 F 1.5×10-4 F 3×10-4 C
学科素养培优模型建构——平行板电容器的两类动态问题
2.平行板电容器两类动态问题的比较.
【典例】如图所示的电路中,A、B是平行板电容器的两金属板.先将开关S闭合,等电路稳定后将S断开,并将B板向下平移一小段距离,保持两板间的某点P与A板的距离不变,则下列说法正确的是( )
A.电容器的电容变小B.电容器内部电场强度变大C.电容器两极板电压变小D.P点电势降低
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