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1、八、电容器的电容八、电容器的电容第一章第一章静电场静电场学习目标学习目标1、知道什么是电容器的和电容器的功能、知道什么是电容器的和电容器的功能2、理解电容是表征电容器容纳电荷本领的物理量、理解电容是表征电容器容纳电荷本领的物理量3、会计算平行板电容器的电容、会计算平行板电容器的电容4、知道常用电容器的种类、知道常用电容器的种类一、电容器一、电容器电电脑脑主主板板一、电容器一、电容器纸质电容器纸质电容器一、电容器一、电容器1、定义：、定义：任何两个彼此绝缘又相互靠近的导体，构成了任何两个彼此绝缘又相互靠近的导体，构成了电容器。电容器。电电介介质质极极板板极极板板在两个相距很近的平行金属板中间在两
2、个相距很近的平行金属板中间夹上一层绝缘物质夹上一层绝缘物质(电介质电介质),),就组成就组成一个最简单的电容器一个最简单的电容器,叫做平行板电叫做平行板电容器容器.这两个金属板叫做电容器的极板这两个金属板叫做电容器的极板2.2.两种工作状态两种工作状态:充电充电:两极与电源相连两极与电源相连使电容器使电容器带电带电的过程的过程.是电源的是电源的电能电能转化为转化为电容器的电容器的电场能电场能的过程的过程.电容器充电实验一、电容器一、电容器2、电容器的充电和放电过程、电容器的充电和放电过程（1）充电充电：使电容器的两个极板分别带上等量：使电容器的两个极板分别带上等量的异种电荷，这个过程叫的异种电
3、荷，这个过程叫充电充电。UG+-Q+Q-电容器的带电量电容器的带电量Q：每个极板上所带电量的绝对值。每个极板上所带电量的绝对值。电电场场能能电电能能Q,U,E稳定后不变稳定后不变一、电容器一、电容器2、电容器的充电和放电过程、电容器的充电和放电过程（2）放电放电：已经充电的电容器两极板上的：已经充电的电容器两极板上的电荷的中和过程，叫放电。电荷的中和过程，叫放电。+Q+QUG电电场场能能电电能能Q,U,E稳定后不变稳定后不变电容器放电电容器放电一、电容器一、电容器2、电容器的充电和放电过程、电容器的充电和放电过程（1）充电：充电：带电量带电量Q 增加，板间电压增加，板间电压U 增加，板间场强增
4、加，板间场强E 增增加，加，电能电能电场能电场能（2）放电：放电：带电量带电量Q 减少，板间电压减少，板间电压U 减小，板间场强减小，板间场强E 减减小，小，电场能电场能电能电能【注意注意】当电容器带电量发生改变时，电路中有电当电容器带电量发生改变时，电路中有电流；稳定后电路中无电流，因为两极板绝缘，电流流；稳定后电路中无电流，因为两极板绝缘，电流通不过。通不过。3.电容器能起什么作用呢？电容器能起什么作用呢？:用来容纳用来容纳(存存储储)电荷的装置电荷的装置.电容器电容器-储存电荷储存电荷类比容器类比容器-储存物质储存物质（具体水杯存水）（具体水杯存水）水杯存水的本领水杯存水的本领大小由什么
5、来决定？大小由什么来决定？（由本身的结构决定）（由本身的结构决定）电容器储存电荷的本领电容器储存电荷的本领由什么来决定？由什么来决定？（应该也由本身的结构决定）（应该也由本身的结构决定）如何表征容器储水的本领大？如何表征容器储水的本领大？思思考：考：4.电容器所带的电荷量电容器所带的电荷量Q:任何一个极板所带的任何一个极板所带的电荷量电荷量Q的的绝对值绝对值.+-+Q-Q类比法：类比法：圆柱型水杯容器的储水问题圆柱型水杯容器的储水问题:hhABC1.1.水位每升高水位每升高h h，试比较，试比较A A、B B、C C的储水量的储水量2.2.哪个储水本领大？哪个储水本领大？如何反映其储水本领？如
6、何反映其储水本领？=那电容器储存电荷的本领如何表征呢？那电容器储存电荷的本领如何表征呢？二、电容二、电容+-+Q-QU【实验表明实验表明】当电容器带电当电容器带电Q后（两后（两板带等量异种电荷），两板带等量异种电荷），两板就有电势差板就有电势差U（也叫电（也叫电压），且一个电容器所带压），且一个电容器所带电荷量电荷量Q与电容器两极板与电容器两极板间的电势差间的电势差U成正比成正比，Q/U是个常量。是个常量。电量：电量：Q 2Q 3Q电压：电压：U 2U 3U1.定义：定义：电容器所带电量电容器所带电量Q 与电容器两极板间电势差与电容器两极板间电势差U 的比值，叫电容器的电容。（的比值，叫电容器
7、的电容。（符号符号：C）定义式：定义式：2.在数值上等于使电容器两极板间的电势差增加在数值上等于使电容器两极板间的电势差增加1V所所需要增加的电荷量。需要增加的电荷量。3.电容器的电容由本身结构决定，与电容器的电容由本身结构决定，与Q、U 无关无关.4.单位：单位：法拉法拉（F）1F=1C/V1F=106F=1012pF5.物理意义：物理意义：描述电容器容纳电荷的本领描述电容器容纳电荷的本领。电容越大，电容越大，表明在相同电势差情况下，电容器所带的电荷越多表明在相同电势差情况下，电容器所带的电荷越多。二、电容二、电容猜想：猜想：平行板电容器的电容由它本身的哪平行板电容器的电容由它本身的哪些因素
8、决定？些因素决定？两极板间的距离两极板间的距离d d 两极板间的正对面积两极板间的正对面积S S是否插入电介质是否插入电介质控制变量法控制变量法实验记录实验记录不变量改变量电容C正对面积正对面积S两极板距离两极板距离d增大增大减小减小两极板距离两极板距离d正对面积正对面积S减小减小减小减小S、d均不变均不变在两极板间在两极板间插入电介质插入电介质增大增大三、平行板电容器的电容三、平行板电容器的电容1.1.极板间是极板间是真空真空时：时：2.2.极板间极板间充满介质充满介质时：时：介电常数（介电常数（1）其中：其中：S 正对面积正对面积d 两板间距离两板间距离k 静电常量静电常量定义式定义式适用
9、于任何电容器适用于任何电容器C与与Q、U无关无关决定式决定式只适用于平行板电只适用于平行板电容器容器反映反映C的决定因的决定因素素思考思考；电容的两种表达式有什么不同？电容的两种表达式有什么不同？三、电容器的种类三、电容器的种类1、从构造上划分：、从构造上划分：（1）固定电容器）固定电容器（2）可变电容器）可变电容器2、按电介质的种类划分：、按电介质的种类划分：（1）聚苯乙烯电容器）聚苯乙烯电容器（2）陶瓷电容器）陶瓷电容器（3）电解电容器）电解电容器3、电容器的符号：、电容器的符号：固定电容器固定电容器 可变电容器可变电容器 电解电容器电解电容器+-4.电容器的额定电压和击穿电压：电容器的额
10、定电压和击穿电压：（1 1）额定电压：电容器长期工作所能承受的电压。）额定电压：电容器长期工作所能承受的电压。（2）加在电容器两极板上的电压不能超过某一限）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，这个极限电压称为坏，这个极限电压称为击穿电压。击穿电压。电容器的额定电压低于击穿电压电容器的额定电压低于击穿电压平行板电容器充电后的两类典型情况：平行板电容器充电后的两类典型情况：电容器始终连接在电源上，两极间电容器始终连接在电源上，两极间的电压的电压U保持不变。保持不变。电容器充电后，切断与电源的连电容器充电后，切
11、断与电源的连接，电容器的带电荷量接，电容器的带电荷量Q保持不变。保持不变。思考与讨论思考与讨论 ：平行板电容器充电后，继续保：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接。在这种情况下，如持电容器的两极板与电源相连接。在这种情况下，如果增大两极板间的距离果增大两极板间的距离d d，那么，两极板间的电势差，那么，两极板间的电势差U U、电容器所带的电量电容器所带的电量Q Q、两极板间的场强、两极板间的场强E E各如何变化？各如何变化？电容器动态问题分析电容器动态问题分析U不变不变思考与讨论思考与讨论：平行板电容器充电后，切断与平行板电容器充电后，切断与电源的连接。在这种情况下，如果增大
12、电源的连接。在这种情况下，如果增大d，则，则U、Q、E各如何变化？各如何变化？Q不变不变1 1、根据电容电容器的电容定义式：、根据电容电容器的电容定义式：C=Q/U C=Q/U 可知（可知（）A A、电容器带的电量、电容器带的电量Q Q越多，它的电容越多，它的电容C C 就越大，就越大，C C 与与Q Q成正比成正比B B、电容器不带电时，其电容为零、电容器不带电时，其电容为零C C、电容器两极板间的电压、电容器两极板间的电压U U越高，它的电容越高，它的电容C C就越小，就越小，C C与与U U成反比成反比D D、电容器的电容大小与其带电情况无关、电容器的电容大小与其带电情况无关 巩固训练巩
13、固训练D巩固训练巩固训练2、某一电容器标注的是某一电容器标注的是“400V22F”，则下列说，则下列说法中正确的是法中正确的是()A该电容器可在该电容器可在400V以下电压时正常工作以下电压时正常工作B该电容器只能在该电容器只能在400V电压时正常工作电压时正常工作C电压是电压是200V时，电容仍是时，电容仍是22FD使用时只需考虑工作电压，不必考虑电容器的使用时只需考虑工作电压，不必考虑电容器的引出线与电源的哪个极相连引出线与电源的哪个极相连AC3.一个平行板电容器，使它每个极板所带电荷量从一个平行板电容器，使它每个极板所带电荷量从Q1=310-5C增加到增加到Q2=3.610-5C时，两极
14、板间的电时，两极板间的电势差从势差从U1=10V增加到增加到U2=12V，这个电容器的电容，这个电容器的电容多大？如要使两极板间的电势差从多大？如要使两极板间的电势差从10V降到降到6V，则，则每极板需减少多少电荷量？每极板需减少多少电荷量？答案：答案：3F；1.210-5C巩固训练巩固训练第二课时第二课时思考与讨论思考与讨论：平行板电容器充电后，继续：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接。在这种情况保持电容器的两极板与电源相连接。在这种情况下，如果增大两极板间的距离下，如果增大两极板间的距离d，那么，两极板，那么，两极板间的电势差间的电势差U、电容器所带的电量、电容器所带的
15、电量Q、两极板间、两极板间的场强的场强E各如何变化？各如何变化？解析：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解析：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接，其电势差恒等于电源电压，并保持不变。接，其电势差恒等于电源电压，并保持不变。C=S/4kdS/dE=U/d1/dQ=CU=US/4kdS/d思考与讨论思考与讨论：平行板电容器充电后，切断与平行板电容器充电后，切断与电源的连接。在这种情况下，如果增大电源的连接。在这种情况下，如果增大d，则，则U、Q、E各如何变化？各如何变化？解析：平行板电容器充电后，切断与电源的连接，电容器不存在解析：平行板电容器充电后，切断与电
16、源的连接，电容器不存在充、放电的可能性，两极板上的带电量充、放电的可能性，两极板上的带电量Q始终不变。始终不变。C=S/4kdS/dU=Q/C=Q/（S/4kd）d/SE=U/d=Q/Cd=Q/（Sd/4kd）=kQ/S1/S保持两极板的不变的实验探究思考与讨论思考与讨论 ：平行板电容器充电后，继续保：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接。在这种情况下，如持电容器的两极板与电源相连接。在这种情况下，如果增大两极板间的距离果增大两极板间的距离d d，那么，两极板间的电势差，那么，两极板间的电势差U U、电容器所带的电量电容器所带的电量Q Q、两极板间的场强、两极板间的场强E E
17、各如何变化？各如何变化？电容器动态问题分析电容器动态问题分析U不变不变思考与讨论思考与讨论：平行板电容器充电后，切断与平行板电容器充电后，切断与电源的连接。在这种情况下，如果增大电源的连接。在这种情况下，如果增大d，则，则U、Q、E各如何变化？各如何变化？Q不变不变1如图所示是一个由电池、电阻如图所示是一个由电池、电阻R与平行板与平行板电容器组成的串联电路电容器组成的串联电路.在增大电容器两极在增大电容器两极板间距离的过程中（板间距离的过程中（）A电阻电阻R中没有电流中没有电流B电容器的电容变小电容器的电容变小C电阻电阻R中有从中有从a流向流向b的电流的电流D电阻电阻R中有从中有从b流向流向a
18、的电流的电流巩固训练巩固训练BC2.如图所示，电路中，如图所示，电路中，A、B为两块竖直放置的金为两块竖直放置的金属板，属板，G是一只静电计，开关是一只静电计，开关S合上后，静电计指合上后，静电计指针张开一个角度，下述哪些做法可使指针张角增针张开一个角度，下述哪些做法可使指针张角增大大()A使使A、B两板靠近一些两板靠近一些B使使A、B两板正对面积错开一些两板正对面积错开一些C断开断开S后，使后，使B板向右平移拉开一些板向右平移拉开一些D断开断开S后，使后，使A、B正对面积错开一些正对面积错开一些CD3.如图所示，水平放置的平行板电容器，闭合电键如图所示，水平放置的平行板电容器，闭合电键与稳压
19、直流电源连接，下板固定，当上板在与稳压直流电源连接，下板固定，当上板在AB位置位置时，一个带电油滴刚好静止在电容器的中点，现在时，一个带电油滴刚好静止在电容器的中点，现在断开电键，使上板在断开电键，使上板在AB位置与位置与AB位置之间上下往位置之间上下往复移动，以下关于带电油滴的运动描述正确的是复移动，以下关于带电油滴的运动描述正确的是()A油滴在电容器两极板间上下往复运动油滴在电容器两极板间上下往复运动B油滴始终向下极板运动最后到达下极板油滴始终向下极板运动最后到达下极板C油滴始终处于静止状态油滴始终处于静止状态D上板向上移动时，油滴做加速运动；上板向下上板向上移动时，油滴做加速运动；上板向
20、下移动时，油滴做减速运动移动时，油滴做减速运动C4.如图所示，平行板电容器与电动势为如图所示，平行板电容器与电动势为E的直流电源的直流电源（内阻不计）连接，下极板接地。一带电油滴位（内阻不计）连接，下极板接地。一带电油滴位于容器中的于容器中的P点且恰好处于平衡状态。现将平行板点且恰好处于平衡状态。现将平行板电容器的上极板竖直向上移动一小段距离电容器的上极板竖直向上移动一小段距离()A带点油滴将沿竖直方向向上运动带点油滴将沿竖直方向向上运动BP点的电势将降低点的电势将降低C带点油滴的电势将减少带点油滴的电势将减少D若电容器的电容减小，则极板带电量将增大若电容器的电容减小，则极板带电量将增大B解析
21、：电容器两端电压解析：电容器两端电压U不变，由公式不变，由公式E=U/d，场，场强变小，电场力变小，带点油滴将沿竖直方向向强变小，电场力变小，带点油滴将沿竖直方向向下运动，下运动，A错；错；P到下极板距离到下极板距离d不变，而强场不变，而强场E减减小，由公式小，由公式U=Ed知知P与正极板的电势差变小，又与正极板的电势差变小，又因为下极板电势不变，所以因为下极板电势不变，所以P点的电势变小，点的电势变小，B对；对；由于电场力向上，而电场方向向下，可以推断油由于电场力向上，而电场方向向下，可以推断油滴带负电，又滴带负电，又P点的电势降低，所以油滴的电势能点的电势降低，所以油滴的电势能增大，增大，
22、C错；图中电容器两端电压错；图中电容器两端电压U不变不变,电容电容C减减小时由公式小时由公式Q=CU，带电量减小，带电量减小，D错。错。5.如图所示，水平放置的两平行金属板如图所示，水平放置的两平行金属板A、B相距相距d，电容为，电容为C，开始两板均不带电，开始两板均不带电，A板接地且中央板接地且中央有孔现将带电荷量有孔现将带电荷量q、质量为、质量为m的带电液滴一滴的带电液滴一滴一滴地从小孔正上方一滴地从小孔正上方h高处无初速度地滴下，落向高处无初速度地滴下，落向B板后电荷全部传给板后电荷全部传给B板板(1)第几滴液滴在第几滴液滴在A、B间做匀速直线运动间做匀速直线运动?（2）能够到达）能够到达B板的液滴不会超过多少滴？板的液滴不会超过多少滴？