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2015届高中物理 第8节 电容器与电容教学过程一 新人教版选修3-1


第 8 节、电容器与电容
新课教学过程一 进行新课: 1、电容器 教师: 出示电容器示教板, 放幻灯,使学生仔细观察, 找出电容器的共同点,下一定义。 学生总结,教 师评析,得出电容器的概念: 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。 [指出] 前面提到的平行板电容器就是一种最简单的电容器。 下面以平行板电容器为例 来学习有关电容器的一些基本知识。 (

1)充电:电容器两板分别接在电池两端,两板带上等量异 种电荷的过程。 (2)放电:充了电的电容器的两板用导线相连,使两板上正、负电荷中和的过程。 [指出]两过程分别有短暂的充电电流,放电电流。 讨论:充电后两板间有了电场,具有电场能,你能分析一下充电、放电过程能量如何转化? [学生分析得]充电:电源能量→电场能;放电:电场能→ 其他形式能 [指出]电容器所带电荷量:每个极板所带电荷量的绝对值. [过渡] 电容器是容纳电荷的容器。 一个电容器容纳电荷的本领如何描述呢?用电容器 所带电荷量描述吗? 2、电容 [问题]甲电容器两板各带 2 C 电量,板间 电压为 2000 V,乙电容器两板各带 3 C 电 量,板间电压为 4000 V,能否说乙电容器容纳电荷的能力大呢? [学生讨论得]不能。电容器所带电量越多,板间电压越大。对上述问题,不能在电压 不同这种不对等情况下比较电量。应在相同电压下讨论。可取 1 V 电压下对比它们的电量。

1

[学生动手计算]甲:

2C 2000V

乙:

3C ,所以甲容纳电荷的本领大。 4000V

[学生总结]可用电容器所带电量与两板间电压的比值来描述电容器容纳电荷的本领。 教师指出:引入一个新的物理量——电容来描述。 [投影] 电容器所带电荷量 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, 在数值上等于使两板间电势差为 1 V 时电容器所带电荷量。 [提醒学生]这是比值定义法定义的。 [问题]C 由 Q、U 决定吗? [学生思考回答]C 不由 Q、U 这些外界因素决定,因为引入 C 是描述电容器容纳电荷 本领的,是电容器本身的特性,故 C 由自身条件决定。 [板书] 定义式: C ?

Q ,C 不由 Q、U 决定 U

?
Q=CU,Q 由 C、U 决定

?
U=

Q ,U 由 Q、C 决定 C

物理意义:电容是表示电容器容纳电荷本领的物理量。 单位:法拉
6

符号:F
12

1F=1 C/V

1 F=10 μ F=10 pF [引导学生类比理解] 电容器 水容器

2

↓ 容纳电荷的能力 ↓ 单位电压电容器所带电量

↓ 容纳水的能力 ↓ 单位深度水容器所带水量(体积 V)





C?

Q U

S?

V (横截面积) h
↓?

↓ 确定的电容器 C 确定 即:C 由电容器自身决定 [问题]那 C 由电容器自身的哪些因素决定? 3、平行板电容器

确定的水容器 S 确定 即:S 由水容器自身决定

[介绍]静电计:测量电势差。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。 [演示] 将平行板电容器的一板 A 固定于铁架台上且与一外壳接地的静电计的金属球连 接,手持有绝缘柄的板 B,将 B 板接地,用电池组给电容器充电后断开电源,将 B 靠近 A, 静电 计指针偏角反映 A、B 两板间电势差。 [现象]指针偏角减小。 [引导学生分析]给电容器充电后断开电源,电源不再继续对电容器充电,同时也没有 导线将两板相连,电容器也不会放电.即此时,电容器所带电荷量不变。 [学生分析现象]根据 C ?

Q ,∴Q 不变而 U 减小,∴C 增大.即 d 越小,C 越大。 U

3

[告知学生]精确实验告诉我们,C 和 d 成反比。 [演示]减小两板正对面积。 [现象]指针偏角偏大。 [学生分析]由 C ?

Q ,S 越小,U 越大,C 越小。 U

[告知学生]精密实验表明:C 与 S 成正比。 [演示]B 板不动,在两板间插入一块电介质板。 [现象]指针偏角减小。 [学生分析]板间插入电介质,U 减小,由 C ?

Q ,则 C 增大。 U

[告知学生]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 介质的介电常数,用ε 表示。精确实验表明 C 与ε 成正比。课本中给出几种电介质的介电常 数。 [指出] 电容器的电容是由两个导体的大小和形状, 两个导体的相对位置及极板间的电 介质决定的。 [引言]精确实验可得电容器的决定式。 [出示板书] 决定式: C ?

?S (平行板电容器) ,式中 k 为静电力常量。 4?kd

说明:真空中介电常数 ? ? 1 ,充满某种介质时,电容变大为真空时的 ? r 倍,? r 是一个 常数,与介质的性质有关,称为介质的相对介电常数。

所以上式又写为: C ?

?rS 4?kd

4、常用电容器

4

[出 示电容器示教板]说明电容器从构造上看,分固定电容器和可变电容器。 [投影片出示问题]让学生围绕问题看书。 ①电解电容器的电容为什么一般较大? ②可变电容器通过改变什么因素来改变电容? ③课本图 1.7-5 甲、乙的电容器上写着两个数字,它们各表示什么? [学生答] ①因其介质为很薄的一层氧化膜,所以二极板可相距极近,所以电容值大。 ②正对面积。 ③一个是电容值, 一个是额定电压值。 加在电容器两极上的电压超过某一值 (击穿电压) 时,板间电介质被击穿。额定电压应小于击穿电压,电容器工作时的电压不应超过额定值。 [指出]电容值及额定电压值是电容器的两个重要参量。使用前,应看清它的这两个参 量才能正确使用。其他电器元件也有它的参量,学生应养成使用前先了 解它们的参量的习 惯。? 电解电容器的正负极不能接错。如课本图 1.7-5 乙中的电解电容器两个引线一长 一短,短者为负,使用时注意区分。 让学生注意各种电容器的表示符号。 课堂总结、点评 通过本节学习,主要学了以下几点: 1、电容器的充电:电容器与电源 相连,电源能量→电场能 电容器的放电:电容器与导线相连,电场能→其他形式能 2、电容:描述电容器容纳电荷的本领。

C?

Q ,C 不由 Q、U 决定? U

5

C?

?rS ,C 由 ? r 、S、d 电容器自身因素决定。 4?kd

3、学到了一种处理问题的方法:遇到不易理解的问题可以用熟知 的东西类比理解 实例探究 ☆基本概念和规律的应用 【例 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? 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? 解析:充电后,继续保持电容器与电源相连,电容器两板间电势差 U 不变.如增大 d, 则由 C ?

?rS Q ,C 将减小,再 C ? ,Q 减小,依 E=U/ d,E 将增大。 U 4?kd


【例 2】 平行板电容器充电后, 与电池两极断开连接, 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 不变

解析:平行板电容器的电容 C ? 正确。

?rS 。当两极间距离 d 减小时,电容 C 变大,选项 A 4?kd

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,B 项错误。减小 d,C 增大而使 U 减小,选项 C 错误。由 E ?

U Q 4?kQ ,则 E 不变,选项 D 正确。 ? ? d Cd ?rS

答案:A、D

6

说明:求解平行板电容器问题,首先要分清是 U 不变还是 Q 不变,然后用 C ? 定 C 的变化, 再用 C ?

?rS 确 4?kd

Q U 确定 Q 或 U 的变化, 最后用 E ? 确定 E 的变化。 记住两个结论: U d

①保持电容器和电源连接,U 不变;②电容器充电后断开电源,Q 不变。

☆电容器知识的综合应用 【例 3】 如图所示, S 闭合的瞬间和平行板电容器充电稳定后增大两极板距离的过程中, 对电阻 R 来说,有无电流通过,如果有,方向怎样? 解析:S 接通的瞬间,尽管电流无法通过电容器,但电容 器充电,即上板充正电,下板充负电,故 R 上有从 A 到 B 的电 流。待充电完毕后,由于 U 不变,增大两极板间距离 d,C 变 小,Q ? CU 也变小, 故电容器放电, R 上有从 B 到 A 的电流。 说明:电容器充电、放电过程中,即电容器的电量变化时,电路中会形成瞬间电流。 ★课余作业 书 面完成课本“问题与练习”第 2、3 题;思考并回答第 1、4 题。 ★教学体会 电容器虽不属本章教学的重点,但近年高考中 平行板电容器的命题频率较高,且本章 在高考考查中最频繁的带电粒子在匀强电场中的运动, 其中的匀强电场一般就采用平行板电 容器带电后产生。所以电容器这一节的教学也很关键。 电容是描述电容器容纳电荷本领的,所以电容是本节的重点 。为了便于大家正确理解 电容,教材采用了利用水容器作比喻,使大家可以根据生活熟知的东西来类比学习,可以起 到好的效果。

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