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1、第十章 静电场中的能量4.电容器的电容导入新课 1752年6月的一个雷雨天，富兰克林冒着生命危险在美国费城进行了著名的风筝实验，要把雷电引下来看一看。富兰克林在成功引下雷电后做了实验，证明了雷电和摩擦产生的电是相同的。富兰克林在引下雷电后是如何储存这些电荷的？莱顿瓶，其实质是电容器一种重要的电学元件。这节课我们就来认识这一元件。1.如图展示的是常见电容器的外观和电解质电容器的内部结构。(1)结合教材、图片，讨论什么是电容器。交流讨论电容器是一种重要的电学元件。在两个相距很近的导体中间夹上一层绝缘物质，就组成一个电容器。一、电容器铝箔铝箔电解纸(绝缘体)1.如图展示的是常见电容器的外观和电解质电
2、容器的内部结构。(2)最简单的电容器应该是什么样子的？交流讨论一、电容器铝箔铝箔电解纸(绝缘体)两块平行而且靠近的金属板，可以组成一个最简单的电容器平行板电容器。这两个金属板叫作电容器的极板。2.电容器具有什么功能？如何才能使电容器（如图）容纳电荷？电容器是用来容纳（存储）电荷的装置。把开关 S 接 1，此时电源给电容器充电，电压表示数迅速增大，两极板具有一定的电势差。通过观察电流表可知，电流由电源的正极流向电容器的正极板，同时，电流从电容器的负极板流向电源的负极。充电电流逐渐减小至 0，此时电容器两极板带有一定的等量异种电荷。一、电容器3.储存到电容器上的电容怎样才可以释放出来？把开关S接2
3、，电容器对电阻R放电。观察电流表可知，放电电流由电容器的正极板经过电阻R流向电容器的负极板，正负电荷中和。4.电容器所带的电荷量Q指什么？有电流就有电流做功，会消耗能量，在充放电过程中能量是如何转化的？电容器所带的电荷量Q指任何一个极板所带的电荷量Q的绝对值。充电：电源能量电场能；放电：电场能其他形式能。一、电容器1.电容器结构：彼此绝缘且靠近的两个导体。平行板电容器是最简单的电容器。符号：。2.作用：容纳电荷，储存电能。3.电容器的带电荷量Q：每个极板上所带电荷量的绝对值。4.充电：Q，U，E，稳定后不变，有充电电流；放电：Q，U，E，稳定后不变，有放电电流。梳理深化一、电容器【例1】(多选
4、)关于电容器的充、放电，下列说法中正确的是()A充、放电过程中外电路有瞬间电流B充、放电过程中外电路有恒定电流C充电过程中电源提供的电能全部转化为内能D放电过程中电容器中的电场能逐渐减小AD巩固提升一、电容器练习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，平行极电容器充电，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A一、电容器1.通过实验探究充放电过程中电容器两极板间电势差U与Q的关系。交流讨论二、电容电势差测量：按图连接电路，分别用一节、两节、三
5、节干电池给电容器充电完毕，电容器两端的电压对应为U、2U、3U电荷量的测量：电流传感器可以像电流表一样测量电流。传感器将电流信息传入计算机，屏幕上显示出电流随时间变化的 I-t 图像。利用电脑求电流I在时间t上的积分，可得出电容器充、放电电荷量Q的多少。实验中得到电容器的 I-t图像如图所示。一个电容器所带的电荷量Q与两极板之间的电势差U之比是不变的。二、电容不同的电容器，这个比一般是不同的，可见电荷量Q与电势差U之比表征了电容器储存电荷的特性。结果：电容器两端的电压分别为U、2U、3U时，电容器充、放电电荷量对应为Q、2Q、3Q由此可以得出什么结论？2.不同的电容器容纳电荷的本领大小不同，如
6、何描述这一本领呢？（阅读教材第40页，讨论交流）（1）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，叫作电容器的电容。（2）表达式：。（3）利用的比值定义法，所以C与Q、U无关。3.当电容器极板上没有电荷时，其电容是否为零？电容器的电容是由电容器本身结构决定的，与极板上有无电荷无关。二、电容4.电容是由电容器本身结构决定的，最简单的平行板电容器的电容与哪些因素有关？为了定性研究平行板电容器的电容跟正对面积、板间距离、电介质这几个物理量之间的关系，可以采用什么方法？实验装置：平行板电容器的两个极板通过导线接到数字电容表上。在数字电容表上能实时观察电容器的电容情况。进行实验：(1)
7、只改变正对面积S；(2)只改变板间距离d；(3)只在两板插入介质r增大。分别观察电容器的电容变化情况。二、电容控制变量法结论：平行板电容器的电容与两极板的正对面积S，与介质的介电常数r成正比，与两板间距离d成反比。因素电容C变化减小减小增大二、电容S减小d增大S增大d减小r 增大（插入介质）增大增大实验结果：5.加在电容器两端的电压能不能无限增大？如果电压一直增大，会产生什么后果？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。这个极限电压叫作击穿电压。二、电容电容器外壳上标的是工作电压，或称额定电压，这个数值比击穿电压低。1.电容：（1）概念：电容器所带电
8、荷量Q与两极板间电势差U的比值叫电容器的电容。梳理深化二、电容（2）表达式：(C与Q、U无关)。（3）单位：法拉（简称法），符号：F；1 F10-6 F，1 pF10-12 F。（4）物理意义：表征电容器容纳（储存）电荷本领的物理量。2.平行板电容器的电容：（1）平行板电容器的电容与两极板的正对面积S，与介质的介电常数r成正比，与两板间距离d成反比。3.击穿电压：电容器损坏的极限电压；额定电压：电容器工作电压，低于击穿电压。二、电容（2）决定式：（C由S、d、介电常数r决定）。【例2】如图所示，电源 A两端的电压恒为6 V，电源B两端的电压恒为8 V，当开关S从 A扳到B时，通过电流计的电荷量
9、为1.210-5 C，则电容器的电容约为()A210-5 F B1.510-6 F C610-6 F D8.610-7 FD巩固提升二、电容AB练习2、(多选)如图是描述给定的电容器充电时（电容器未损坏），其电荷量 Q、电压U、电容C之间相互关系的图像，其中正确的是()BCD二、电容 BC D A【例3】如图所示，先接通S使电容器充电，然后断开S。当增大两极板间距离时，电容器所带电荷量Q、电容C、两极板间电势差U、两极板间电场强度E的变化情况是()AQ变小，C不变，U不变，E变小 BQ变小，C变小，U不变，E不变CQ不变，C变小，U变大，E不变 DQ不变，C变小，U变小，E变小C二、电容练习3
10、、如图所示为探究影响平行板电容器电容大小因素的实验过程，甲图中保持极板电荷量和两板间距不变，减小极板正对面积；乙图中保持极板电荷量和两板正对面积不变，增大两板间距。则（）A甲图中两极板电容增大B乙图中两极板电容增大C甲图中静电计指针偏角减小D乙图中静电计指针偏角增大D二、电容1.常用电容器，从构造上看，可以分为哪两类？从构造上看，可以分为固定电容器和可变电容器。2.常用的固定电容器有哪些？交流讨论阅读教材第42页，回答下列问题：三、常用电容器聚苯乙烯电容器电解电容器3.电解电容器与其他常用电容器相比有什么显著特征？电解电容器是用铝箔作为一个极板，一层氧化膜为电介质，用浸过电解液的纸作为另一个极
11、板制成的。由于氧化膜很薄，所以电容较大。4.可变电容器是如何改变电容的？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。三、常用电容器三、常用电容器1.固定电容器：聚苯乙烯电容器和电解电容器。梳理深化2.可变电容器：据 ，通过改变正对面积来改变电容。聚苯乙烯电容器电解电容器固定电容器可变电容器课堂小结u固定电容器u可变电容器常见电容器3电容2u概念、表达式及单位u物理意义u平行板电容器电容的决定式u平行板电容器的动态分析电容器1u电容器的构造u电容器的作用u电容器充放电 及能量转化课外拓展 电池具有储存电荷的本领，可以通过充电、放电的方式储存电荷和释放电荷，我们能不能把电容器当作蓄电池来用呢？普通蓄电池和电容器各有什么优缺点？生产和生活最常见的铅蓄电池，可将电能通过化学反应储藏起来，到另一个场合或另一时段使用。铅蓄电池虽然造价较低，但也有相应的弱点，诸如能量转换效率较低、电池反复充放电易老化导致使用寿命短、比能量(Wh/kg)和比功率(W/kg)小使设备笨重、充电时间长等。我们在手机上使用的锂离子电池，虽然也有许多优点，但它价格昂贵且储藏电能有限，不能在大功率场合下使用；所以正在开发研制的超级电容电池，相比较而言，就有着一般电池无可比拟的优点，它的前景不可限量。