|
第十章 第4节 电容器的电容 【学习目标】 1．观察常见电容器的构造，建构电容器模型。通过实验，观察电容器在充、放电过程中电流与电压的变化，分析电荷量变化及能量转化情况。 2．经历实验探究电容器两极板间电势差与所带电荷量关系和用物理量之比定义电容的过程理解电容概念。知道电容的单位。 3．了解电容器的类型、特性及作用。 4．了解影响平行板电容器电容大小的因素。 【课前预习】 一、电容器 1．电容器：由两个相互靠近又彼此绝缘的导体组成。 2．平行板电容器：由两个相互靠近又彼此绝缘的平行金属板组成。 3．电容器的充、放电现象
(1)充电：把开关S接1， 电容器两极所带电荷量逐渐增大，电流表示数减小，电压表示数增大，(两极板间电场强度增加)，当电流表示数为0，电压表示数不变时，电容器充电结束，此时两极板间电压与充电电压相等，两极板带等量异种电荷。 (2)放电：把开关S接2， 电容器对电阻R放电，电流表示数减小，电压表示数减小，(两极板间电场强度减弱)，当电流表示数为0，电压表示数为0时，放电结束，两极板正负电荷中和。 (3)电容器充、放电过程中能量的变化 ①充电过程：电源的能量不断储存在电容器中。 ②放电过程：电容器把储存的能量通过电流做功转化为电路中其他形式的能量。 二、电容
1．定义：电容器所带的电荷量Q与电容器两极板之间的电势差U之比。 2．定义式：C＝ (Q是指一个极板所带电荷量的绝对值) 3．物理意义：表征电容器储存电荷本领的特性。 4．单位：在国际单位制中，电容的单位是法(拉)，符号F，另外还有微法(μF)和皮法(pF)，1 μF＝10－6 F，1 pF＝10－12 F。 5．电容器的额定电压和击穿电压 (1)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)额定电压：电容器能够长期正常工作时的电压。电容器外壳上标的电压即额定电压，这个值比击穿电压低。
6．平行板电容器的电容
(1)电容的决定因素：电容C与两极板间的相对介电常数εr成正比，跟极板的正对面积S成正比，跟极板间的距离d成反比。 (2)电容的决定式：C＝，εr为电介质的相对介电常数(εr>1)。当两极板间是真空时，C＝，式中k为静电力常量。
三、常用电容器
1．固定电容器 (1)定义：电容固定不变的电容器 (2)分类：聚苯乙烯电容器(图甲)和电解电容器(图乙)。 2．可变电容器：由两组铝片组成，固定的一组铝片叫作定片，可以转动的一组铝片叫作动片。转动动片，使两组铝片的正对面积发生变化，电容就随着改变。 ▲判一判 (1)任意两个彼此绝缘且又相互靠近的导体都可组成电容器。 (√) (2)使电容器带电的过程叫作充电。 (√) (3)平行板电容器充电后，两极板间的电场为匀强电场。 (√) (4)其他条件不变，只增大电容器极板的正对面积，则电容增大。 (√) (5)电容器极板间的距离越大电容越大。 (×) (6)电容的单位法拉是一个很小的单位。 (×)
【学习过程】 任务一：对电容器充放电的理解 [例1]如图所示实验中，关于平行板电容器的充、放电，下列说法正确的是( )
A．开关接1时，平行板电容器充电，且上极板带正电 B．开关接1时，平行板电容器充电，且上极板带负电 C．开关接2时，平行板电容器充电，且上极板带正电 D．开关接2时，平行板电容器充电，且上极板带负电
[变式训练1-1]下列关于电容器的叙述正确的是( ) A．电容器是储存电荷的容器，只有带电的容器才是电容器 B．任何两个彼此绝缘且相距很近的物体都组成了电容器 C．电容器所带的电荷量是指每个极板所带电荷量的代数和 D．电容器充电过程是将其他形式的能转变成电容器的电能并储存起来，电容器放电过程是将电容器储存的电能转化为其他形式的能 任务二：对电容的理解 [例2] (多选)有一个空气平行板电容器，极板间相距d，正对面积为S，充以电荷量Q后，两极板间电压为U，为使电容器的电容加倍，可采用的办法是( ) A．将电压变为 B．将带电荷量变为2Q C．将极板间的距离变为 D．两板间充满介电常数为2的电介质
▲反思总结 1．公式C＝是所有电容器电容的定义式，对某个确定的电容器来说，它容纳电荷的本领(电容)是确定的，此时Q＝CU，可画出QU图像，一条过原点的倾斜直线，电容C是直线的斜率(不变)。由数学知识可知，电容器电容也可以表示为C＝
2．公式C＝是平行板电容器电容的决定式，如果改变εr、S、d等数值，也就是改变了电容器本身机构，电容也会随之改变。 [变式训练2-1]有一充电的平行板电容器，两板间电势差为3 V，现使它的电荷量减少3×10－4 C，于是电容器两板间的电势差降为原来的，则此电容器的电容是多大？电容器原来带的电荷量是多少？若将电容器极板上的电荷量全部放掉，电容器的电容是多大？ [解析] 电容器两极板间电势差的变化量为ΔU＝U＝×3 V＝2 V 由C＝，得C＝ F＝1.5×10－4 F＝150 μF 设电容器原来带的电荷量为Q，则 Q＝CU＝1.5×10－4×3 C＝4.5×10－4 C 电容器的电容是由其本身决定的，与是否带电无关，所以电容器极板上的电荷量全部放掉后，电容仍然是150 μF。 [答案] 150 μF 4.5×10－4 C 150 μF
[变式训练2-2]如图所示为某一电容器中所带电量和两端电压之间的关系图线，若将该电容器两端的电压从40 V降低到36 V，下列说法对电容器来说正确的是 ( )
A．是充电过程 B．是放电过程 C．该电容器的电容为5.0×10－2 F D．该电容器的电量变化量为0.20 C
[变式训练2-3]电容器是一种常用的电子元件，下列对电容器认识正确的是( ) A．电容器的电容表示其储存电荷的能力 B．电容器的电容与它所带的电荷量成正比 C．电容器的电容与它两极板间的电压成正比 D．电容的常用单位有μF和pF，1 μF＝103 pF
[变式训练2-4]电容器的电容大小取决于( ) A．电容器的电荷量 B．电容器两极板间的电压 C．电容器本身构造 D．电容器金属板的材料性质 [变式训练2-5] (多选)传感器是把非电学量(如速度、温度、压力等)的变化转换成电学量的变化的一种元件，在自动控制中有着相当广泛的应用。如图所示是测定液面高度h的电容式传感器，在金属芯柱的外面涂上一层绝缘物质，放入导电液体中，金属芯柱和导电液体构成电容器的两个极板，金属芯柱外面的绝缘物质就是电介质。测出电容器电容C的变化，就可以知道h的变化情况，两者的关系是( )
A．C增大表示h增大 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
|
