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第七節(jié)電容器與電容 第一章靜電場 情景探究一 攝影時如光線不足 你一定知道用閃光燈 在如此短的時間內(nèi) 僅靠電池直接給閃光燈供電就能發(fā)出如此強的光嗎 請你探究分析其中的奧妙 內(nèi)置閃光燈的相機 情景探究二 萊頓瓶 存儲電荷的裝置 也可稱為 電容器 探究感應(yīng)起電機的構(gòu)造與工作原理 一 電容器 任何兩個彼此絕緣又相互靠近的導(dǎo)體都可以構(gòu)成電容器 在兩個相距很近的平行金屬板中間夾上一層絕緣物質(zhì) 電介質(zhì) 就組成一個最簡單的電容器 叫做平行板電容器 作用 可以容納電荷 1 電容器的構(gòu)造 2 電容器的工作狀態(tài) 充電 使電容器帶電的過程 叫充電 電容器的每一個極板所帶電量的絕對值 叫做電容器的帶電量 充電后 兩極板間有電場存在 電容器從電源獲得電能儲存在電場中 因此充電的過程是電容器儲存電能的過程 充電 使電容器帶電的過程 叫充電 電容器的每一個極板所帶電量的絕對值 叫做電容器的帶電量 充電后 兩極板間有電場存在 電容器從電源獲得電能儲存在電場中 因此充電的過程是電容器儲存電能的過程 放電 使電容器兩極板上的電荷中和的過程 是電場能轉(zhuǎn)化為其他能的過程 3 電容器的帶電量 電容器所帶的電荷量 是指每個極板所帶的電荷量Q的絕對值 二 電容 充電后的電容器的兩極板間有電勢差 這個電勢差跟電容器所帶的電荷量有關(guān)實驗表明 電容器所帶的電荷量Q與電容器兩極板間的電勢差成正比 比值Q U是一個常量 不同的電容器 這個比值一般是不同的 這個比值表征了電容器儲存電荷的特性 1 定義 電容器所帶的電荷量Q與電容器兩極板間的電勢差U的比值 叫做電容器的電容 用C來表示 2 電容器的電容在數(shù)值上等于兩極板間的電勢差為1V時電容器需帶的電荷量 即C Q U 思考 1 電容器起了什么作用 儲存電荷 2 電容器可類比成什么呢 電容器類比為容器 水杯 思考與討論 1 水杯存水的本領(lǐng)由什么來決定 水容器的容積 本身機構(gòu)決定 2 如何表征大容器的儲水本領(lǐng)大呢 電容器與水容器 橫截面大的需要的水多 s 電量Q U C 水量m h 對一個確定的電容器而言 電容是不變的 C與Q U無關(guān) 對一個確定的水容器而言 水容是不變的 與m h無關(guān) 思考與討論 那電容器儲存電荷的本領(lǐng)如何表征呢 3 電容的物理意義 表征電容器容納 儲存 電荷本領(lǐng)的物理量 4 單位 在國際單位制中電容的單位是法拉 F 常用單位還有微法 F 和皮法 pF 1F 106 F 1012pF 最簡單的電容器是平行板電容器猜想 平行板電容器的電容跟哪些因素有關(guān) 兩極板間的距離d兩極板間的正對面積S是否插入電介質(zhì)或電介質(zhì)的種類 實驗探究 請看實驗 1 平行板電容器的電容C跟介電常數(shù) 成正比 跟正對面積S正比 跟極板間的距離d成反比 2 平行板電容器的電容公式 C S 4 kd 式中k為靜電力常量 三 平行板電容器的電容 思考與討論 平行板電容器充電后 繼續(xù)保持電容器的兩極板與電源相連接 在這種情況下 如果增大兩極板間的距離d 那么 兩極板間的電勢差U 電容器所帶的電量Q 兩極板間的場強E各如何變化 解析 平行板電容器充電后 繼續(xù)保持電容器的兩極板與電源相連接 其電勢差恒等于電源電壓 并保持不變 C S 4 kd S d E U d 1 d Q CU U S 4 kd S d 保持兩極板的 不變的實驗探究 思考與討論 平行板電容器充電后 切斷與電源的連接 在這種情況下 如果增大d 則U Q E各如何變化 解析 平行板電容器充電后 切斷與電源的連接 電容器不存在充 放電的可能性 兩極板上的帶電量Q始終不變 C S 4 kd S dU Q C Q S 4 kd d SE U d Q Cd Q Sd 4 kd kQ S 1 S 保持兩極板的 不變的實驗探究 本題的思路是 當d 或變化 S 發(fā)生變化 用C S 4 kd判斷C的變化 再用C Q U判斷出Q 或U 的變化 最后用E U d Q Cd判斷E的變化 比較 兩類題型的解析過程 可以看到 抓住Q 或U 不變這個條件是一個關(guān)鍵 3 平行板電容器充電后的兩類典型情況 電容器始終連接在電源上 兩極間的電壓U保持不變 電容器充電后 切斷與電源的連接 電容器的帶電荷量Q保持不變 電容器是一儲能元件 紙質(zhì)電容器 陶瓷電容器 電解電容器 鉭電容器 展示各種電容器實物 四 常用電容器 請帶著這樣以下幾個問題閱讀課本第31頁常用電容器部分內(nèi)容 常用電容器 從構(gòu)造上看 可以分為哪兩類 常用的固定電容器有哪些 電解電容器與其它常用電容器相比有什么顯著特征 電容器常見的損壞原因是什么 常用電容器可分為固定電容器和可變電容器 聚苯乙烯電容器和電解電容器 電解電容器的正 負極性是固定的 加在電容器兩極板上的電壓不能超過某一限度 超過這一限度電介質(zhì)將被擊穿 電容器損壞 這個極限電壓叫擊穿電壓 例1 兩平行金屬板 正對放置 充電后兩極間的電勢差為2V 兩極板帶電量分別為 6 10 6C和 6 10 6C 求 1 電容C 2 若電勢差升高1V 電容C 和所帶電量Q 為多少 解析 電容器的電容C Q U 但電容是由電容器的構(gòu)造決定的 跟Q U無關(guān) 1 根據(jù)電容的定義式C Q U 6 10 6 2 F 3 10 6F 2 若電勢差升高1V 電容器的電容仍不變 而此時所帶電量Q CU 3 10 6 3C 9 10 6C 例2 如圖所示 是描述對給定的電容器充電時極板上帶電量 極板間電壓 和電容 之間的關(guān)系的圖象 其中正確的是 答案 一 電容器1 定義2 工作過程 充電與放電過程二 電容1 定義2 單位3 電容的物理意義三 平行板電容器的電容1 決定電容大小的幾個因素2 平行板電容器的電容公式 3 平行板電容器充電后的兩類典型情況 四 常見電容器 小結(jié) 作業(yè) 對電容的實際應(yīng)用 靜電計及電容傳感器的原理及利用電容進行測量的儀器進行分析與歸納 完成問題與練習(xí)