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1、1.8 电容器的电容课标课标定位定位学学习习目目标标:1.知道知道电电容器的概念和平行板容器的概念和平行板电电容器容器的主要构造的主要构造2理解理解电电容的概念及其定容的概念及其定义义式或决定式式或决定式3掌握平行板掌握平行板电电容器容器电电容的决定式,并能用其容的决定式,并能用其讨讨论论有关有关问题问题重点重点难难点:关于点:关于电电容器两容器两类类典型典型问题问题的的讨论讨论带电体放在空中,它所带的电荷是会慢慢地失去的,为了保存带电体放在空中,它所带的电荷是会慢慢地失去的,为了保存电荷,我们就需要有一个能电荷,我们就需要有一个能“装电荷的容器装电荷的容器”电容器。电容器。电容器:能够容纳(
2、储存)电荷的器件。电容器:能够容纳(储存)电荷的器件。电容器是一种存储电荷的装置,它在收音机、电视电容器是一种存储电荷的装置,它在收音机、电视机、洗衣机、电冰箱等各种家用电器中是一个不可缺少机、洗衣机、电冰箱等各种家用电器中是一个不可缺少的关键元件之一。例如收音机的的关键元件之一。例如收音机的“调台调台”就是利用电容就是利用电容器来实现的。那么,电容器的构造如何?它有和性质及器来实现的。那么,电容器的构造如何?它有和性质及特点呢?特点呢?电容器的应用电容器的应用:电电脑脑主主板板一、电容器2.2.电容器的充电、放电。电容器的充电、放电。1、定义、定义 两个彼此绝缘又相互靠近的导体,就两个彼此绝
3、缘又相互靠近的导体,就构成了电容器。构成了电容器。3、电容器储存电荷的方式、电容器储存电荷的方式 充电后的电容器两个极板上,分别带有等充电后的电容器两个极板上,分别带有等量异种电荷,由于两极板相对且靠得很近,量异种电荷,由于两极板相对且靠得很近,正负电荷互相吸引。电容器以这种方式储正负电荷互相吸引。电容器以这种方式储存电荷。存电荷。4、在电路图中,电容器用、在电路图中,电容器用 表示。表示。举例举例:圆柱型水杯容器的储水问题:圆柱型水杯容器的储水问题:hhABC二、怎样表示或描述电容器的电容的大小呢?二、怎样表示或描述电容器的电容的大小呢?类比法理解电容概念(电容器与水容器)类比法理解电容概念
4、(电容器与水容器)水深水深H H 两极板间电势差两极板间电势差U U 水体积水体积V V 每个每个极板带电量极板带电量Q QS=V/HC=Q/U容器的截面积容器的截面积S S 电容电容C C二、电容二、电容C1.1.定义定义:把电容器带电量把电容器带电量Q Q与两极板间的电压与两极板间的电压U U的的比值叫这个电容器的电容,用比值叫这个电容器的电容,用C C表示表示2.2.定义式定义式:3.3.单位:单位:法拉(法拉(F F)1F=1C/V1F=1C/V其它单位:其它单位:1F=101F=106 6F=10F=101212pFpF意义:意义:“C=1F”C=1F”表示当表示当U=1VU=1V时
5、,时,Q=1CQ=1C “C=10F”“C=10F”表示当表示当U=1VU=1V时,时,Q=10CQ=10C4.4.物理意义物理意义:描述电容器容纳电荷本领的物理量描述电容器容纳电荷本领的物理量(5 5)计算式:)计算式:ks5u精品课件理解理解 C与与Q、U的关系的关系(C不由不由Q、U决定决定)Q=CU(Q由由C、U决定)决定)(U由由Q、C决定决定)+静电计 静电计是在验电器的基础上制成的,用来测量导体间的电势差,从指针的偏转角度就可以知道两个导体间的电势差。在在Q Q和和S S不变时,不变时,d d减小,减小,U U减小。由减小。由C=Q/UC=Q/U知:知:C C增大。增大。d则引力
6、则引力F,容量容量C电容的大小显然应取决于自身的结构,那么跟哪些因素有关呢?+静电计 在在Q Q和和d d不变时,不变时,S S越小,越小,U U越越大。由大。由C=Q/UC=Q/U可知:可知:C C越小。越小。S相相当于当于r,引力引力F,故故C+静电计 在在Q Q、d d和和S S不变时,插入不变时,插入电介质(电介质(r r增大),增大),U U减小。由减小。由C=Q/UC=Q/U知:知:C C增大。增大。介质介质插入平插入平行板电行板电容器两容器两极中后,极中后,使正负使正负极板中极板中的电荷的电荷更加不更加不易相向易相向运动而运动而中和中和,从而从而CC。C C和和d d成反比成反比
7、 C C与与S S成正比成正比 C C与与成正比成正比 相对介电常数相对介电常数正对面积正对面积静电力常量静电力常量两极板间的距离两极板间的距离(平行板电容器)(平行板电容器)三三.决定电容大小的因素决定电容大小的因素 电容器的电容是电容器本身的结构决定,电容器的电容是电容器本身的结构决定,与是否带电或与带电量的多少无关。与是否带电或与带电量的多少无关。k=9.0109Nm2/C2四、电容器的分类四、电容器的分类 电容器固定电容器可变电容器聚苯乙烯电容器陶瓷电容器电解电容器纸质电容器+-电电容器的容器的额额定定电压电压和和击击穿穿电压电压(1)额额定定电压电压:电电容器能容器能够够_工作工作时
8、时的的电压电压(2)击击穿穿电压电压:电电介介质质被被击击穿穿时时加在加在电电容器两极板上的容器两极板上的_电压电压,若,若电压电压超超过这过这一限度,一限度,则电则电容器就会被容器就会被损损坏坏长长期正常期正常最小最小五五.电容器的重要指标:电容及额定电压。电容器的重要指标:电容及额定电压。一般情况下,工作电压应低于击穿电压。一般情况下,工作电压应低于击穿电压。六.平行板电容器典型问题:十十 十十 十十 十十 十十 十十 十十 十十 一一 一一 一一 一一 一一 一一 一一 一一类型一:保持电容器的两极板与电源相连保持电容器的两极板与电源相连恒量:恒量:恒量:恒量:U变量:变量:变量:变量:
9、C(d,S,),Q,EQ=CU C=S/4kd S/d Q=CU=US/4kd S/d E=U/d 1/d 十十 十十 十十 十十 十十 十十 十十 十十 一一 一一 一一 一一 一一 一一 一一 一一恒量:恒量:恒量:恒量:QQ变量:变量:变量:变量:C(d,S,),),U,E类型二:充电后,切断与电源的连接充电后,切断与电源的连接在在这种情况下,如果增大这种情况下,如果增大d,则,则U、Q、E各如何变各如何变化?化?(1)C=S/4kd S/d(2)U=Q/C=Q/(S/4kd)d/S(3)E=U/d=Q/Cd=Q/(Sd/4kd)=kQ/S 1/S七小结七小结 1、两块彼此靠近而又绝缘的
10、导体在一起就组成了电容器。、两块彼此靠近而又绝缘的导体在一起就组成了电容器。2、电容器的作用是容纳电荷,储存能量。、电容器的作用是容纳电荷,储存能量。3、电容器所带电量与两极板间电势差的比值叫电容器的电容。、电容器所带电量与两极板间电势差的比值叫电容器的电容。4、电容描述了电容器容纳电荷本领的大小,由电容器本身的属、电容描述了电容器容纳电荷本领的大小,由电容器本身的属性决定。性决定。5、平行板电容器的电容公式为、平行板电容器的电容公式为 C=S4kd。C=QU,E=Ud,平行板电容器的两种典型情况的讨论:平行板电容器的两种典型情况的讨论:C Sd C=Q/U E=U/d QS1.若两板始终跟电
11、源连接若两板始终跟电源连接U保持不变保持不变a.d增大,增大,C将减小,将减小,Q将减小,将减小,E将减小将减小b.S增大,增大,C将增大,将增大,Q将增大,将增大,E将保持不变。将保持不变。c.插入介质插入介质,C将增大,将增大,Q将增大,将增大,E将保持不变。将保持不变。d.插入一定厚度的导体板,相当于插入一定厚度的导体板,相当于d减小,减小,C将增大,将增大,Q将增大,将增大,E将增大。将增大。2.若充电后与电源断开若充电后与电源断开Q保持不变保持不变a.d增大,增大,C将减小,将减小,U将增大,将增大,E将保持不变将保持不变b.S增大,增大,C将增大,将增大,U将减小,将减小,E将减小
12、。将减小。c.插入介质插入介质,C将增大,将增大,U将减小,将减小,E将减小。将减小。d.插入一定厚度的导体板,相当于插入一定厚度的导体板,相当于d减小,减小,C将增大,将增大,U将减小,将减小,E将保持不变。将保持不变。练习1、如图所示,是描述对给定的电容器充电时极板上带电量极板间电压和电容之间的关系的图象,其中正确的是()2、两个电容器电量之比为2:1,电压 之比为1:2,则它们的电容之比 为 .4:13对于一个确定的电容器的电容正确的理解是()A电容与带电量成正比 B电容与电势差成反比C电容器带电量越大时,电容越大D对确定的电容器,每板带电量增加,两板间电势差必增加 D4下列哪些措施可以
13、使电介质为空气的平行板电容器的电容变大些()A使两极板靠近些 B增大两极板的正对面积C把两极板的距离拉开些D在两极板间放入云母 ABD5用两节相同的电池给两个电容器C1和C2充电,已知C1C2,当达到稳定状态时,两电容器的电势差分别为U1和U2,两电容器每板的带电量分别为Q1和Q2则()AU1U2 BU1=U2 CU1U2D无法确定U1与U2的大小关系BGEQ1Q2 FQ1=Q2 GQ1Q2H无法确定Q1与Q2的大小关系6.两平行金属板,正对放置,充电后两极间的电势差为两平行金属板,正对放置,充电后两极间的电势差为2V2V,两极板带电量分别为两极板带电量分别为+6+61010-6-6C C和和
14、-6-61010-6-6C C,求:求:(1)(1)电容电容C C;(2)(2)若电势差升高若电势差升高1V1V,电容电容C C和所带电量和所带电量Q Q为多少为多少?【解析解析】电容器的电容电容器的电容C=Q/UC=Q/U,但电容是由电容器的但电容是由电容器的构造决定的,跟构造决定的,跟Q Q、U U无关无关.(1)根据电容的定义式根据电容的定义式 C=Q/U=(610-6/2)F=310-6F(2)若电势差升高若电势差升高1V,电容器的电容仍不变,而,电容器的电容仍不变,而此时所带电量此时所带电量 Q=CU=310-63C=910-6C7.平行板电容器保持与直流电源两极连接,充电平衡后,两
15、极板间的电压为U,电荷量为Q,两极板间场强为E,电容为C,现将两极板间距离减小,则引起变化的情况是()A.Q变大 B.C变大 C.E不变 D.U变小讨论:上题中,如果电容器充电平衡后与电源断开,将两板间距离减小,则引起变化情况是()A.Q变大 B.C变大 C.E不变 D.U变小ABBCD 8.在右图所示的实验装置中在右图所示的实验装置中,平行板电容器的极板平行板电容器的极板A与一灵敏的静电计相接与一灵敏的静电计相接,极板极板B接地接地.若极板若极板B稍向上稍向上移动一点移动一点,由观察到的静电计指针变化作出平行板电由观察到的静电计指针变化作出平行板电容器电容变小的结论的依据是容器电容变小的结论
16、的依据是 ().(A)两极板间的电压不变两极板间的电压不变,极板上的电量变小极板上的电量变小(B)两极板间的电压不变两极板间的电压不变,极板上的电量变大极板上的电量变大(C)极板上的电量几乎不变极板上的电量几乎不变,两极板间的电压变小两极板间的电压变小(D)极板上的电量几乎不变极板上的电量几乎不变,两极板间的电压变大两极板间的电压变大C9.一个平行板电容器,两板之间的距离一个平行板电容器,两板之间的距离d和两和两板面积板面积S都可以调节,电容器两板与电池相连都可以调节,电容器两板与电池相连接,以接,以Q表示电容器的电量,表示电容器的电量,E表示两板间的表示两板间的电场强度,则电场强度,则()A
17、.当当d增大、增大、S不变时,不变时,Q减小,减小,E减小减小B.当当S 增大、增大、d不变时,不变时,Q增大,增大,E增大增大C.当当d减小、减小、S增大时,增大时,Q增大,增大,E增大增大D.当当S减小、减小、d增大时,增大时,Q不变,不变,E增大增大A C10.两块大小、形状完全相同的金属平板平行放两块大小、形状完全相同的金属平板平行放置,构成一平行板电容器,与它相连接的电路如图所置,构成一平行板电容器,与它相连接的电路如图所示,接通开关示,接通开关K,电源即给电容器充电电源即给电容器充电.()A保持保持K接通,减小两极板间的距离,则两极接通,减小两极板间的距离,则两极板间电场的电场强度
18、减小板间电场的电场强度减小B保保持持K接接通通,在在两两极极板板间间插插入入一一块块介介质质,则则极板上的电量增大极板上的电量增大C断断开开K,减减小小两两极极板板间间的的距距离离,则则两两极极板板间间的电势差减小的电势差减小D断断开开K,在在两两极极板板间间插插入入一一块块介介质质,则则两两极极板间的电势差增大板间的电势差增大KRE+-B C11.对于水平放置的平行板电容器,下列说法正确的对于水平放置的平行板电容器,下列说法正确的是是 ()(A)将两极板的间距加大,电容将增大将两极板的间距加大,电容将增大(B)将两极板平行错开,使正对面积减小,电容将两极板平行错开,使正对面积减小,电容将减小
19、将减小(C)在下板的内表面上放置一面积和极板相等、在下板的内表面上放置一面积和极板相等、厚度小于极板间距的陶瓷板,电容将增大厚度小于极板间距的陶瓷板,电容将增大(D)在下板的内表面上放置一面积和极板相等、在下板的内表面上放置一面积和极板相等、厚度小于极板间距的铝板,电容将增大厚度小于极板间距的铝板,电容将增大B C D12.一个平行板电容器,其电容为一个平行板电容器,其电容为C,带电量为带电量为Q,上上板带正电,现将一个试探电荷板带正电,现将一个试探电荷q由两板间由两板间A点点移动到移动到B点,点,A、B两点间的距离为两点间的距离为s,连线,连线AB与极板间的与极板间的夹角为夹角为30,则电场
20、力对试探电荷所做的功等于,则电场力对试探电荷所做的功等于 ()A.qCsQd B.qQsCd C.qQs 2 Cd D.qCs2Qd 30ABdC13.如图示,平行板电容器经开关如图示,平行板电容器经开关S与电池连接,与电池连接,a 处有一带电量非常小的点电荷,处有一带电量非常小的点电荷,S是是闭合的,闭合的,a表表示示a点的点的电势,电势,f表示点电荷受到的电场力,现将电表示点电荷受到的电场力,现将电容器的容器的B板向下稍微移动,使两板间的距离增大,板向下稍微移动,使两板间的距离增大,则则 ()A.a变大,变大,f 变大变大B.a变大,变大,f 变小变小C.a不变不变,f 不变不变D.a不变
21、不变,f 变小变小aBASB14.一平行板电容器的电容为一平行板电容器的电容为C,两板间的距离为两板间的距离为d,上板带正电,电量为上板带正电,电量为Q,下板带负电,电量也为下板带负电,电量也为Q,它们产生的电场在很远处的电势为零。两个带异它们产生的电场在很远处的电势为零。两个带异号电荷的小球用一绝缘刚性杆相连,小球的电量都号电荷的小球用一绝缘刚性杆相连,小球的电量都为为q,杆长为杆长为l,且,且l d。现将它们从很远处移到电现将它们从很远处移到电容器内两板之间,处于图示的静止状态(杆与板面容器内两板之间,处于图示的静止状态(杆与板面垂直),在此过程中电场力对两个小球所做总功的垂直),在此过程
22、中电场力对两个小球所做总功的大小等于多少?(设两球移动过程中极板上电荷分大小等于多少?(设两球移动过程中极板上电荷分布情况不变)布情况不变)()C DA B0A+q-q+Q-Ql+q-q+Q-Ql解:解:在电场中,带正电荷的小球所在处的电势为在电场中,带正电荷的小球所在处的电势为1,带负电荷的小球所在处的电势为带负电荷的小球所在处的电势为2,将电荷从很远处移到电容器内两板间,电场力对将电荷从很远处移到电容器内两板间,电场力对两球分别做功为两球分别做功为W1、W2,由电场力做功的定义由电场力做功的定义 W=qU始终始终=q(始始-终终)W1=q(0-1)W2=-q(0 2)电场力对两个小球所做总
23、功的大小为电场力对两个小球所做总功的大小为W W=W1+W2=q(2-1)=-qEl=-qlu/d=-qlQCd电容式传感器电容式传感器 电电容容器器的的电电容容C决决定定于于极极板板的的正正对对面面积积S、极极板板间间距距离离d以以及及极极板板间间的的电电介介质质这这几几个个因因素素。如如果果某某一一物物理理量量(如如角角度度、位位移移、深深度度等等)的的变变化化能能引引起起上上述述某某个个因因素素的的变变化化,从从而而引引起起电电容容的的变变化化,则则通通过过测测定定电电容容器器的的电电容容就就可可以以确确定定上上述述物物理理量量的的变变化化,起起这这种种作用的电容器称为电容式传感器。作用
24、的电容器称为电容式传感器。图甲是测量图甲是测量 的电容式传感器,原理是的电容式传感器,原理是 。定片定片甲甲角度角度由于由于CS,动片与定片间的角度动片与定片间的角度发生发生变化时,引起变化时,引起S的变化,通过测出的变化,通过测出C的的变化,测量动片与定片间的夹角变化,测量动片与定片间的夹角图乙是测量图乙是测量 的电容式传感器,原理是的电容式传感器,原理是 。金属芯线金属芯线电介质电介质导电液体导电液体乙乙h液面高度液面高度h由于由于CS,h发生变化,金属芯线和发生变化,金属芯线和导电液体组成的电容发生变化,通过导电液体组成的电容发生变化,通过测定测定C的变化,可以测量液面高度的变化,可以测
25、量液面高度h 的变化的变化。图丙是测量图丙是测量 的电容式传感器,原理是的电容式传感器,原理是 。固定电极固定电极可动电极可动电极F丙丙压力压力F由于由于C1/d,压力压力F 作用在可动电极上,引起极板间距作用在可动电极上,引起极板间距d 的变化,通过测出的变化,通过测出C的变化,测量压力的变化,测量压力F的变化。的变化。图丁是测量图丁是测量 的电容式传感器,原理是的电容式传感器,原理是 。极板极板电介质电介质丁丁x位移位移x由于由于C 随着电介质进入极板间的长度发生变化,通过随着电介质进入极板间的长度发生变化,通过测出测出C的变化,测量位移的变化,测量位移x的变化。的变化。随随着着生生活活质质量量的的提提高高,自自动动干干手手机机已已进进入入家家庭庭,洗洗手手后后,将将湿湿手手靠靠近近自自动动干干手手机机,机机内内的的传传感感器器便便驱驱动动电电热热器器加加热热,有有热热空空气气从从机机内内喷喷出出,将将湿湿手手烘烘干干。手手靠靠近近干干手手机机能能使使传传感感器器工工作作,是是因因为为 ()A.改变了湿度改变了湿度 B.改变了温度改变了温度C.改变了磁场改变了磁场 D.改变了电容改变了电容D
限制150内