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2019-2020年人教版高中選修3-1 第1章第8節(jié) 電容器的電容（教案） 【知識(shí)與技能】 1．知道什么是電容器及常見(jiàn)的電容器 2．知道電容器充電和放電時(shí)的電流情況 3．理解電容器電容的概念及物理意義 【過(guò)程與方法】 通過(guò)觀察視頻，了解電容器的構(gòu)造和特點(diǎn)，通過(guò)類比法理解電容器的電容概念。 【情感態(tài)度與價(jià)值觀】 1．培養(yǎng)學(xué)生互相討論，互相協(xié)助，大膽創(chuàng)新的精神。 2．滲透內(nèi)因決定事物本質(zhì)的哲學(xué)觀點(diǎn), 3．展示電容器兩極帶等量異種電荷，讓學(xué)生體會(huì)物理學(xué)中的對(duì)稱美 【教學(xué)過(guò)程】 ★重難點(diǎn)一、電容器和電容★ 一、電容器 1．電容器的功能和構(gòu)造 (1)功能：儲(chǔ)存電荷和電能的元件 (2)構(gòu)造：兩個(gè)彼此絕緣又互相靠近的導(dǎo)體組成一個(gè)電容器 (3)平行板電容器：兩塊彼此隔開(kāi)平行放置的金屬板構(gòu)成的最簡(jiǎn)單的電容器．兩塊金屬板稱為電容器的兩極． (4)電容器的電荷量：電容器工作時(shí)，它的兩塊金屬板的相對(duì)表面總是分別帶上等量異種電荷＋Q和－Q，任意一塊極板所帶電荷量的絕對(duì)值．叫做電容器的電荷量． 2．電容器的充電和放電 (1)充電：電源使電容器的兩極板帶上等量異種電荷的過(guò)程．如圖甲． (2)放電：用導(dǎo)線將充好電的電容器的兩極板相連，使兩極板的異種電荷中和的過(guò)程，如圖乙． (3)電容器充放電時(shí)的能量轉(zhuǎn)化：充電后，電容器儲(chǔ)存了電能．放電時(shí)，儲(chǔ)存的電能釋放出來(lái)，轉(zhuǎn)化為其他形式的能． 二、電容 1．定義：電容器所帶的電荷量Q與電容器兩極板間電勢(shì)差U的比值，叫做電容器的電容． 2．定義式：C＝. 3．物理意義：電容是描述電容器儲(chǔ)存電荷能力的物理量． 4．單位：法拉，簡(jiǎn)稱法，符號(hào)F，還有微法(μF)和皮法(pF)，關(guān)系1 F＝106μF＝1012 pF. 5．對(duì)電容定義式C＝的理解 (1)電容由電容器本身的構(gòu)造決定 電容器的電容是反映電容器容納電荷本領(lǐng)大小的物理量，用比值C＝來(lái)定義，但它卻與Q、U無(wú)關(guān)，是由電容器自身的構(gòu)造決定的，即使電容器不帶電，其電容仍然存在，并且是一個(gè)確定的量． (2)定義式C＝表明，電容器所帶的電荷量由電容器的電容和電容器兩極板間的電勢(shì)差U決定，Q與U成正比．與C成正比．但不能說(shuō)電容C與Q成正比，與U成反比． 6．通過(guò)Q U圖象來(lái)理解C＝ 電容的Q U圖象是一條過(guò)原點(diǎn)的直線，其斜率等于電容器的電容．其中Q為一個(gè)極板上所帶電荷量的絕對(duì)值，U為兩極板間的電勢(shì)差，可以看出，電容器電容也可以表示為C＝，即電容器的電容的大小在數(shù)值上等于兩極板間的電壓增加(或減小)1 V所需增加(或減小)的電荷量． 三、常見(jiàn)的電容器 1．電容器的種類 (1)按電容是否可變 ①固定電容器：固定電容器的電容是固定不變的，如聚苯乙烯電容器和電解電容器． ②可變電容器：是一種可以改變電容大小的電容器，通常由兩組鋁片組成，其中一組固定不動(dòng)的叫定片，另一組可以轉(zhuǎn)動(dòng)的叫動(dòng)片，轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)片時(shí)，兩組鋁片的正對(duì)面積發(fā)生變化，電容就隨著改變．可變電容器的絕緣物質(zhì)通常為空氣或塑料介質(zhì)． (2)按照電介質(zhì)不同 有紙介電容器、陶瓷電容器和電解電容器等 2．電容器的符號(hào) (1)固定電容器：符號(hào)為“” (2)可變電容器：符號(hào)為“” (3)電解電容器：符號(hào)為“” 3．擊穿電壓和額定電壓 (1)擊穿電壓：加在電容器兩極板上的電壓不能超過(guò)某一限度，超過(guò)這個(gè)限度，電介質(zhì)將被擊穿，電容器損壞，這個(gè)極限電壓稱為擊穿電壓． (2)額定電壓：電容器長(zhǎng)期工作時(shí)所能承受的電壓．電容器外殼上標(biāo)的就是額定電壓，它比擊穿電壓要低． 【典型例題】如右圖所示連接電路，電源電動(dòng)勢(shì)為6V，先使開(kāi)關(guān)S與1端相連，電源箱電容器充電，這個(gè)過(guò)程可以瞬間完成，然后把開(kāi)關(guān)S擲向2端，電容器通過(guò)電阻R放電，電流傳感器將測(cè)得的電流信息傳入計(jì)算機(jī)，屏幕上顯示出電流隨時(shí)間變化的圖線如圖所示，據(jù)此圖可估算電容器釋放的電荷量，并進(jìn)而估算電容器的電容為 A．0.2F B． C． D． 【答案】D ★重難點(diǎn)二、平行板電容器★ 一、平行板電容器 1．平行板電容器 (1)基本結(jié)構(gòu)：由兩塊彼此絕緣、互相靠近的平行金屬板組成，是最簡(jiǎn)單的，也是最基本的電容器． (2)板間電場(chǎng)：板間(除邊緣外)形成勻強(qiáng)電場(chǎng)，電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E＝U/d，方向垂直極板平面． 2．平行板電容器的電容大小的決定因素探究 (1)方法：采取控制變量法，在電容器帶電荷量Q不變的情況下，只改變電容器的極板正對(duì)面積S，板間距離d，板間電介質(zhì)εr中的一個(gè)量． (2)靜電計(jì)電勢(shì)差的意義：由于靜電計(jì)的金屬球與其中一個(gè)極板相連，兩者電勢(shì)相等，靜電計(jì)的金屬外殼與另一個(gè)極板相連(或同時(shí)接地)，兩者電勢(shì)相等．所以靜電計(jì)的電勢(shì)差實(shí)質(zhì)上也反映了電容器兩極板間的電勢(shì)差的大?。? 3．平行板電容器的電容(實(shí)驗(yàn)結(jié)論) 平行板電容器的電容C與極板的正對(duì)面積S及板間的電介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)εr成正比，與極板間距離d成反比，則C＝. 4．C＝與C＝的比較 公式 內(nèi)容 C＝ C＝ 公式特點(diǎn) 定義式 決定式 意義 對(duì)某電容器Q∝U，但＝C不變，反映容納電荷的本領(lǐng) 平行板電容器，C∝εr，C∝S，C∝，反映了影響電容大小的因素 聯(lián)系 電容器容納電荷的本領(lǐng)由Q/U來(lái)量度，由本身的結(jié)構(gòu)(如平行板電容器的εr、S、d等因素)來(lái)決定 【特別提醒】 (1)上述實(shí)驗(yàn)只能證明電容C與εr、S和d有關(guān)，公式C＝是進(jìn)一步精確實(shí)驗(yàn)得出的．式中的k為靜電力常量． (2)公式中，εr是一個(gè)常數(shù)，與電介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)，稱為電介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)．真空的相對(duì)介電常數(shù)為1，空氣的相對(duì)介電常數(shù)與1十分接近． (3)公式C＝為平行板電容器的決定式，此式表明電容器C完全由電容器本身決定，與電容器所帶電荷量Q及極板間電壓U無(wú)關(guān)． 二、平行板電容器的動(dòng)態(tài)分析 1．兩類基本問(wèn)題 (1)電容器和一電源相連，讓電容器的某一物理量發(fā)生變化，求其他物理量的變化。處理原則：電容器上的電壓不變。 (2)電容器和電源連接后再斷開(kāi)，電容器的某一物理量發(fā)生變化，求其他物理量的變化。處理原則：電容器上的電荷量不變。 2．處理思路 (1)確定不變量，分析是電壓不變還是所帶電荷量不變。 (2)用決定式C＝分析平行板電容器電容的變化。 (3)用定義式C＝分析電容器所帶電荷量或兩極板間電壓的變化。 (4)用E＝分析電容器極板間場(chǎng)強(qiáng)的變化。 3．電容器動(dòng)態(tài)變化的兩類問(wèn)題比較 分類 充電后與電池兩極相連 充電后與電池兩極斷開(kāi) 不變量 U Q d變大 C變小Q變小E變小 C變小U變大E不變 S變大 C變大Q變大E不變 C變大U變小E變小 εr變大 C變大Q變大E不變 C變大U變小E變小 【特別提醒】 討論與電容器相關(guān)的各物理量的變化依據(jù)主要有三個(gè)： (1)平行板電容器的電容的決定式C＝. (2)平行板電容器內(nèi)部是勻強(qiáng)電場(chǎng)E＝. (3)電容器所帶電量Q＝CU. 【典型例題】（多選）如圖所示，平行板電容器 A、B 間有一帶電油滴 P 正好靜止在極板正中間，現(xiàn)將 B 板向下移動(dòng)一點(diǎn)，其它條件不變，則 A．油滴將向下加速，電流計(jì)中電流由 b 流向 a B．油滴將向下加速，電流計(jì)中電流由 a 流向 b C．油滴運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中電勢(shì)能將增大 D．油滴運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中電勢(shì)能將減少 【答案】BC