人教版 (2019)必修 第三册第十章 静电场中的能量4 电容器的电容课前预习ppt课件

这是一份人教版 (2019)必修 第三册第十章 静电场中的能量4 电容器的电容课前预习ppt课件，共40页。PPT课件主要包含了导入一，导入二，环节一认识电容器，环节五电容器的应用，课堂练习等内容，欢迎下载使用。

　　我们的生活中，手机和平板设备随处可见，设备上的触摸屏灵敏又方便，只需轻轻触碰屏幕就可以完成各种操作。这种屏幕是如何通过触碰来确定手指的位置，并进行后续操作的呢？
　　在矿泉水瓶内装上盐水，通过瓶盖伸出引线；在矿泉水瓶外部包上金属箔；通过感应起电机使其带电，之后用放电叉接触引线和外层金属箔。能观察到什么现象呢？　　能看到电火花并听到放电的声音。　　电荷为什么能储存在矿泉水瓶中？改装后的矿泉水瓶有什么特点？
　　如图所示是生活中常用的各种电容器，不同电容器的外形是有差异的，那么，它们有哪些共同点和不同点呢？电容器的内部结构又有什么特点呢？　　不同电容器的形状、大小有差异，但都有两根引线。有的电容器拆开后是两层铝箔中间夹一层塑料膜后卷起来制成的。
　　电容器是一种重要的电子元件。两个彼此绝缘又相距很近的导体，就能构成一个电容器。电容器的结构包括两个导体即电容器的极板，以及中间的绝缘物质。绝缘物质可以是空气，也可以是其他绝缘电介质，如纸、塑料等。两个金属板靠近并正对放置，就形成了一个最基本电容器——平行板电容器。
▶思路一 　　电容器的两极板彼此绝缘，电荷不能直接通过。那么，电容器在电路里有什么作用呢？又是如何“装入”和“倒出”电荷的呢？
环节二：研究电容器的工作方式
　　如图所示，当开关接1时，电流表和电压表是否会有示数？为什么？　　猜想1：不会有示数。因为电容器中间是绝缘的，电荷不能通过。　　猜想2：会有示数。因为电荷可以流过电表，储存到电容器的极板上。
　　观察并记录实验现象：　　(1)开关接1后，电流表和电压表是否有示数？示数如何变化？　　开关接1后，电流表的示数瞬间增大，之后慢慢减小，最终减为0；电压表的示数逐渐变大，并趋于定值。
　　观察并记录实验现象：　　(2)开关换接2后，电流的方向是否与开关接1时相同？电表的示数如何变化？　　开关接1和接2时，电流方向相反。开关换接2后，电流表的示数仍是先瞬间增大，然后慢慢减小为0；电压表的示数由定值慢慢减小为0。
　　根据实验现象思考下列问题：　　(1)请在电路图上标出开关接1时的电流方向和电容器极板的带电情况，并思考一下，电容器有什么作用？　　开关接1时，电流从电源的正极流到电容器的一个极板，则该极板带正电荷；另一极板接电源的负极，电流从该极板流回电源，则该极板带负电荷。
　　根据实验现象思考下列问题：　　(2)开关接1时，电压表的示数变大，这说明了什么? 这个过程中有哪些物理量发生了变化? 开关换接2时呢?　　电压表的示数变大，说明电容器两极板间的电势差变大，两极板间的电场强度变大。开关换接2的过程中，电流的方向相反，极板上的电荷量减少，两极板间的电势差减小，两极板间的电场强度变小。
　　电容器的充、放电过程：　　开关接1时，虽然电容器内部绝缘，但闭合开关后，电流从电源的正极流向电容器的一个极板，这个过程是电源给电容器充电的过程。开关换接2时，是电容器的放电过程，电流从电容器的正极板流向负极板，正、负电荷中和。
　　充、放电过程中，电路和电容器中有哪些物理量发生了变化？　　充电过程中，极板上的电荷量Q增加，极板间的电势差U增大，电场强度E增大，电源的能量不断储存在电容器中。　　放电过程中，极板上的电荷量Q减少，极板间的电势差U减小，电场强度E减小，电容器把储存的能量转化为电路中其他形式的能量。
　　引申关联：　　(1)充电完成后，两极板带有等量的异种电荷，但电容器所带的电荷量为一个极板所带电荷量的绝对值。　　(2)充电完成后，两极板间的电压与电源电压相等。　　(3)即使断开电源，两极板上的电荷仍然相互吸引，储存在电容器中；保持开关断开，电容器所带的电荷量不变。
▶思路二 　　电容器是储存电荷的装置，电容器和电源相连，可以进行充电；断开电源，将充了电的电容器与电阻连接，可以使电容器放电。电容器充、放电的过程可以借助传感器来直观显示。
　　如图所示的电路中，开关S接1时，电源给电容器充电；开关接2时，电容器通过电阻R放电。电流传感器和电压传感器连接电脑，可以显示充、放电过程中电流、电压随时间变化的图像。
　　开关接1的过程中，获得的电流、电压数据如图甲所示；开关接2的过程中，获得的电流、电压数据如图乙所示。
　　开关接1和接2的过程中电流、电压数据的特点：　　(1)充、放电过程中，电流的方向相反，开关闭合瞬间电流最大，之后逐渐减小为0。　　(2)充电过程中，电容器两端的电压从0开始逐渐增大，最后趋近一个最大值，并保持这个电压不变。放电过程中，电压从最大值逐渐减小为0。
　　类比v-t图像中图线与坐标轴所围图形面积的含义，分析一下，I-t图像中还能体现什么物理量的变化呢？　　可以得出I-t图像中图线与坐标轴所围图形的面积代表电荷量。充电过程中，极板上电荷量增加；放电过程中，释放出的电荷量增加，则极板上电荷量减少。
　　充电过程中，电容器极板所带电荷量增加，两极板间的电势差也增大。那么，电荷量与电势差有什么关系呢？我们该如何设计实验探究电容器两极板间的电势差跟所带电荷量的关系呢？　　极板间的电势差可以用数字电压表测量，难点在于怎样定量测量电容器可容纳的电荷量。
环节三：建立并理解电容概念
　　如果无法直接测出电荷量的大小，能否用其他方式得到电荷量的变化关系？　　方案1：利用传感器获得电流—时间图像，利用图线与坐标轴围成图形的面积计算电荷量。　　方案2：类比库仑定律实验中平分电荷量的方法，将所带电荷进行迁移，当两个电容器并联接入电路时，每个电容器所带的电荷量是原来的一半。这样就回避了测量数据的难点，同样能够得出电荷量和电压的关系。
　　方案2可以将不易直接测量的物理量通过倍减的方式得出，利用转换的思路进行定量研究，体现了对称的物理思想方法。　　可以利用电容并联来均分电荷量，但需要注意，两个电容应该完全相同。　　实验数据记录表格：
　　实验电路：如图所示。　　实验过程：　　(1)闭合干路开关K，给电容C1充电，充电完成后断开开关K，闭合开关K4，数字电压表可以直接测出C1两端的电压。　　(2)闭合开关K3，使C1给C2充电，两个电容器平分C1所带的电荷量，记录C1两端的电压。　　(3)断开开关K3，闭合开关K2，通过小灯泡给电容C2放电，放电结束后断开开关K2。　　(4)之后再重复(2)、(3)步操作，可以继续使电容器所带电荷量减半。
　　分析实验中得到的数据，并思考一下，由表中数据能得出怎样的实验结论？　　从数据表中可以看出，在误差允许范围内，Q与U成比例减小，如果作出Q-U图像为过原点的直线，说明Q与U成正比。
　　总结：　　(1)在国际单位制中，电容的单位是法拉，简称法，符号是F。如果一个电容器两极板之间的电势差是1 V，所带的电荷量是1 C，这个电容器的电容就是1 F。　　(2)加在电容器两极板上的电压不能超过某一限度，超过这个限度，电介质将被击穿，电容器损坏。这个极限电压叫作击穿电压。电容器外壳上标的是工作电压，或称额定电压，这个数值比击穿电压低。
　　可以通过类比水容器的储水本领来理解电容器容纳电荷的本领。　　用不同容器装水，相同水位的情况下，横截面积越大的容器，能够装入的水量越多。类比电容器，相同电势差的情况下，电容越大，能够装入的电荷量越多。
　　电容器的电容由本身结构决定，与Q、U无关。那么，电容大小具体是由什么决定的呢？　　可能有板间距离d、正对面积S、板间介质的绝缘性能等。
环节四：研究影响平行板电容器电容大小的因素
　　定性研究几个因素对电容的影响，需要考虑以下几个问题：　　(1)影响电容的因素不止一个，设计实验时需要注意什么？　　(2)改变结构可以改变C的大小，那么，C的大小变化如何确定？　　(3)电荷量Q和电势差U如何处理？
　　实验现象及数据：　　(1)如图甲所示，减小S，偏角增大。　　(2)如图乙所示，增大d，偏角增大。　　(3)如图丙所示，插入电介质，偏角减小。
　　在制作电容器时，如何增大电容器的电容？　　(1)虽然生活中实际出现的电容器的形状、大小都有差异，但其基本原理和平行板电容器是相同的，都可以通过增大S、增加电介质或减小d的方式来增大电容。　　(2)可拆解电容器卷起来的目的是通过增加正对面积、减小极板间距来增大电容。
　　如图所示是可变电容器，思考一下，它是如何改变电容大小的？　　通过旋转可以改变极板的正对面积，进而改变电容的大小。