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电容器的电容-课件-ppt


第一课时

一.电容器
1.电容器的结构 两金属极板 绝缘物质 (电介质)
在两个正对的平行金属板中间夹上一层绝缘物质 (电介质),就构成了最简单的电容器,叫平行板电容器. 两个金属板叫电容器的极板.

强调:任意两个彼此绝缘又相隔很近的 导体,都可以看成是一个电容器.

2电容器的充放电

电容器的充电
把电容器的两个极板 和电池的正负极相连,两 个极板就分别带上了等 量的异种电荷,这个过程 叫充电.充电过程中电路 中有短暂的充电电流.
+Q + + + +

-Q - - - -

U

充了电的电容,两极板间就有电场,电势 差U.从电源获得的电能储存在电场中,这种 能量叫电场能. 电容器有储存电荷和电场能的本领.
强调:一个极板上所带电量的绝对值叫电容器的电量Q.

电容器的放电
+Q + + + +

-Q - - - -

U

把充电后的电容器两极板接通,两极板上的电 荷中和,电容器不再带电,这个过程叫放电.并有 短暂的放电电流. 放电后,两极板就不再有电场和电势差, 电场能转化为其它形式的能.

思考:圆柱型水杯容器的储水问题:

h

h

A

B

C

1.水位升高相同高度h,试比较A、B、C的储水 量

2 如何反映水杯的储水本领?

水量Q 深度h

截面积S

二.电容
讨论

+Q + + + +

-Q - - - -

U

Q/U不变 电势差U大 对同一 带电量Q大 电容器: 增加相同电量 增加相同电势差

Δ Q/Δ U不变 对不同电容器: Q/U或ΔQ/ΔU是不同的
这个比值就表征了电容器储存电荷的特性

1.电容

电容器所带的电量Q与电容器两极板间的电势 差U的比值,叫做电容器的电容

或者电容器增加的电量Δ Q与两极板间增加 的电势差Δ U的比值,叫电容器的电容

2.公式
3.单位 4.注意

Q ?Q C ? 或C ? U ?U
1C/V=1F(法拉)
1F=106μF=1012pF

C=Q/U是比值定义式 C与Q、U无关.C 由电容器本身结构性质决定, 反映了电容 器容纳电荷本领。

二.电容
1.电容

+Q + + + +

-Q - - - -

U

电容器所带的电量Q与电容器两极板间的电势 差U的比值,叫做电容器的电容

2.公式
3.单位

Q ?Q C ? 或C ? U ?U
1C/V=1F(法拉) 1F=106μF=1012pF

4.注意 C=Q/U是比值定义式 C与Q、U无关.C由电容 器本身结构性质决定, 反映了电容器容纳电荷 本领。

【针对练习1】
1.下列说法正确的是 BC A.由公式可知,电容大小和电量成正比和电压成 反比 B.电容器的电容大小和电容器两端电压,电容器 带电量均无关 C.电容器的带电量是指电容器每个极板所带电 量的绝对值 D.某一电容器带电量越多,它的电容就越大

【针对练习2】 一个电容器,充电后所带电荷量为Q=4×10-6C 时,它的两极板间的电势差U=2V,由此可知, 该电容器的电容是_________F 2×10-6 。 如果再充进4×10-6C的电荷量,其电容为 _______F 2×10-6 。 如果用导线将电容器两极相连,放电完毕后, 2×10-6 。 其电容为_______F

C取决于电容器自身结构, 而 与是否带电及带电多少无关。

三 平行板电容器的电容
猜想:平行板电容器的电容的大小可能由哪些因素决 定呢?

间距d

正对 面积s

电介质

由 得:当Q不变时,C的变化可由U 的变化反映出来,例如:U变大时,表示C 一定减小了。

思考 怎样使电容器所带的电荷量不变? 将电容器充电后与电源断开

思考 怎样测电容器两极板间的电势差的大小? 静电计:测量电势差。 它是由验电器改装而 成的,它的金属球接一导 体,金属外壳接另一导体, 从指针的偏角可测出两导 体间的电势差。

间距d

正对 面积s

电介质

板间电势差U 电容C 增大 板间距d 减小 增大 正对面积S 减小 插入 电介质 拔出 增大 减小 减小 增大 减小 增大 减小 增大 增大 减小 增大 减小

理论及实验表明:平行板电容器两极板间是真空时, 电容C跟正对面积S成正比,跟两极板间距离d成反比。 公式: 板间充满某种介质时,C会变为板间为真空时的 若干倍,这一倍数叫这种电介质的相对介电常数, 用εr表示。 公式: 电介质 介电常数 几种电介质的介电常数εr 空气 石蜡 陶瓷 玻璃 1.0005 2.0~2.1 6 4~11 云母 6~8

注意:一般性研究中,空气对电容的影响可忽略

类比理解

Q 定义式 C ? U 电 ?S 容 决定 C? 4? kd 式
电 场 强 度

普适
(平行板电容器)

F 定义式 E ? q
决定式

普适
(真空中的点电荷)

Q E?k 2 r

四 常用电容器
固定电容器

( 一 ) 分 类

可变电容器

(二)电容器使用时应注意的问题
1、电容器的击穿电压: 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,这个极限电压称为击穿电压。 2、电容器的额定电压: 电容器正常工作时的最大电压 额定电压低于击穿电压 3、电解电容器正负极不能接反,不能接交 流电。

指出图中铭牌的含义

【例题1】如图所示,平行金属板A、B组成的电容器,
充电后与静电计相连.要使静电计指针张角变大,下列 措施中可行的是: AB A.将A板向上移动 B.将B板向右移动 C.将A、B之间充满电介质 D.将A板放走部分电荷

【例题2】 .对于给定的电容器,在描述

电容量C、 带电量Q、两板间电势差U的相互关系中, 下列图1-16中正确的是 ( ) ACE

【例题3】
如图所示,A、B为两块竖直放置
的平行金属板,G是静电计,电键K合 上后,静电计指针张开一个角度。下 述哪些做法可使指针张角增大? (

CD

)

A、使A、B两板靠近些;
B、使A、B两板正对面积错开些;

C、断开K后,使B板向右平移拉开一
些; D、断开K后,使A、B正对面错开些。

布置作业 1完成课后习题 2完成自学丛书三维达标题

2、有一正充电的平行板电容器,若使它的 电荷量减少 3×10-4C,其电压降为原来的 三分之一,则电容器原来的带电量可能是
4.5×10-4C

3 、连接在电池两极上的平行板电容器, ABD 当两极板间的距离减小时 A.电容器的电容C变大 B.电容器极板的带电量Q变大 C.电容器两极间的电势差U变大 D.电容器两极板间的电场强度E变大

(二)电容器使用时应注意的问题
1、电容器的击穿电压: 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,这个极限电压称为击穿电压。 2、电容器的额定电压: 电容器正常工作时的最大电压 额定电压低于击穿电压 3、电解电容器正负极不能接反,不能接交 流电。

3.一平行板电容器的两个极板分别与一电源的正负极 相连,在保持开关闭合的情况下,将电容器两极板间的 距离增大,则电容器的电容C,电容器所带电量Q和极板 间的电场强度E的变化情况是 A.C,Q,E都逐渐增大 A B B. C,Q,E都逐渐减小 C.C,Q逐渐减小,E不变 D. C,E逐渐减小,Q不变 在上题中,待电容器充电后将开关断开,再将电容器两 极板间距离逐渐增大,则电容器的电容C,极板间的电 压U和极板间的电场强度E的变化情况是 A.C变小,U变大,E不变 B. C变小,U,E均变大 C.C变大,U变小,E不变 D. C变小,U不变,E变小

4.一平行板电容器充电后与电源断开,负极板接地,在两 极板间有一正电荷(电量很小)固定在P点.如图所示,用E 表示两极板间场强,U表示电容器的电压,ε表示正电荷在 P点的电势能,若保持负极板不动,将正极板移到图中虚 线所示的位置,则 A.U变小,E不变 B.E变大,ε不变 C.U变小,ε不变 D.U不变,ε不变

两类常见问题(判断C、U、Q、E的变化)
d增大
(1)电容器充电后 保持和电源连接 U不变 s增大 E=U/d减小

C减小 Q=UC减小
E=U/d不变 C增大 Q=UC增大

(2)电容器充电后 断开和电源连接

Q不变

d增大 s增大

C减小 U=Q/C增大 U 4?kQ 不变 E=U/d E? ? d ? ?s C增大 U=Q/C减小 U 4?kQ EE=U/d ? ? d ? ? s 减小

U Q E? ? d Cd Q 4?kQ ? ? ? ?s ? ? s ?d 4?kd

【例题2】平行板电容器保持与直流电源

两极连接,充电平衡后,两极板间的电 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( AB ) 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( BCD ) A.Q变大 B.C变大 C.E不变 D.U 变小

例2
平行板电容器下板接地,两板 与电源相连,b为正中央的点,将 不带电的厚金属板插入两板正中间 的如图所示位置后,a、b、c三点 场强及电势变化情况为:( AD ) A、E= E 且均增大,E减为零; B、U> U >U ,且三点电势均减小; C、E= E 且不变,E减为零; D、U> U >U ,且U减小, U 不变, U 增大。

例3
如图所示,在平行板电容器 正中有一个带电微粒。K闭合时, 该微粒恰好能保持静止。在①保持 K闭合;②充电后将K断开;两种情 况下,各用什么方法能使该带电微 粒向上运动打到上极板? A.上移上极板M M B.上移下极板N N C.左移上极板M D.把下极板N接地 答案:①选B,②选C。

K

例4
传感器是把非电学里(如速度、 温度、压力等)的变化转换成电学里 变化的一种测定液面高度的电容式传 感器的示意图,金属芯线与导电液体 形成一个电容器,从电容C大小的变 化就能反映液面的升降情况,两者的 关系是( AC ) 导电液体 A.C增大表示h增大

金属芯线

电介质

B.C增大表示h减小 C.C减小表示h减小 D.C减小表示h增大

间距d

正对 面积s

电介质

电容C随两板间距离的增大而减小, 减小而增大;

电容C随正对面积的增大而增大,
减小而减小;

电容C随电介质的介电常数的增大而增大,
减小而减小。

常用电容器
⒈常用电容器,从构造上看,可以分为哪些类型?
⒉常用的固定电容器有哪些? ⒊电解电容器与其他常用电容器相比有什么显著特征? ⒋图13-42的电容器上标的“0.002μF,400V”指的是 什么? 聚苯乙烯电容器 + (正负极不能反接) 电解电容器 固定电容器 纸质电容器 陶瓷电容器 电 容 击穿电压: 电容器的最大耐压值 器 额定电压: 电容器长期工作所 可变电容器 能承受的最大电压 额定电压低于击穿电压

例2.有一个充电的平行板电容器,两极板间的 电压为3v,为使它的电荷量减少3×10-4C, 于是电容器两极板间的电压降为原来的1/3 ,则此时电容的电容为多少μ F ?电容器原 来的带电量为多少C?若两极板的电荷全部 放掉,电容器的电容是多少?
解析: 1 2 ?Q 3 ?10?4 由?U ? (1 ? )U ? U ? 2V,可知C= ? F ? 150? F 3 3 ?U 2 Q ? CU ? 1.5 ?10?4 ? 3C ? 4.5 ?10?4 C 电容器的电容是由电容器本身决定的,仍为150? F

电容器放电过程中 电流随时间变化的图像
1、在图中画一个狭长矩形,它 的面积的物理意义是什么?

电荷量
2、怎样根据图像计算电容器在 全部放电过程中释放的电荷量? 图像与坐标轴间的面积 40格 Q=3.2×10-3C 3、根据以上数据估算出的电容是多少? C=4×10-4F

电 容 器

电容器:任何两个彼此绝缘又相隔很近的导体,组成一 个电容器
电容器电容器分类:固定电容器和可变电容器

充电:电源能量
放电:电场能

电场能
其他形式能

电容器所带电荷量:每一极板所带电荷量的绝对值 C=Q/U=△U/△Q,C不由Q、U决定

电 容

电容 C=εS /4πkd,C由ε、S、d电容器自身因素决定 电容:描述电容器容纳电荷的本领 单位:法拉 符号:F 1F=1C/V 1F=106μF=1012pF

一、电容、电容器
1.电容:表示电容器容纳电荷本领的物理 量。定义式

2.平行板电容器的电容:

C?

?S 4?kd

3.常见电容器:纸质电容器、电解电容器、 可变电容器、平行板电容器。电解电容 器连接时应注意其“+”、“-”极。平行板 电容器

4.电容器的充电和放电

思考题: ①平行板电容器充电后,继续保持电容 器的两极板与电源相连,在这种情况下,如增大 两板间距d,则板间电势差U、电容器所带电量Q, 板间场强E各如何改变? ②平行板电容器充电后,切断与电源的连接。在 这种情况下,如增大d,则U、Q、E各如何改变?
提示: ⑴电容器与电源相连,电容器两板间电势差U不变。
⑵充电后,切断电容器与电源的连接,电容器所带电 荷量Q不变。

2电容器的充放电 电容器的充电
充电后,两极板间 就有电场,电势差U. 电容器有储存电荷和电 场能的本领. 放电后,两极板就不再 有电场和电势差,
+Q + + + +

-Q - - - -

U

电容器的放电

电场能转化为其它形式的能.

三 平行板电容器的电容
由 得:当Q不变时,C的变化可由U 的变化反映出来,例如:U变大时,表示C 一定减小了。

思考 怎样使电容器所带的电荷量不变?
将电容器充电后与电源断开 怎样测电容器两极板间的电势差的大小?


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