第七节第七节 电容器的电容电容器的电容一一 教学目标教学目标 1.知道什么是电容器以及常见的电容器。 2.知道电场能的概念，知道电容器充电和放电能量的转化。3.理解电容器电容的概念及其定义式 C ，并能用来进行有关的计算。 UQ4.知道平行板电容器的电容与哪些因素有关，有什么关系。 二二 教学重点难点教学重点难点 电容的概念及电容的引入。 三三 教学过程教学过程 新课引入新课引入 打开调频收音机，调节调频旋钮调台。 设问：我们是通过调节的那些电学元器件来实现收不同的频道的呢？ 引入：我们调节的是一个叫电容器的电学元器件，电容器的使用很广泛，今天我们就来学习并了 解一下电容器。 新课讲解新课讲解 一、电容器的构造 实物展示：将一个纸制电容器轻轻展开，让学生观察元件结构，识别绝缘层和极板。电容器中将两片 锡箔纸作为电容器的两个极板，两个极板非常靠近，中间的绝缘层用薄绝缘纸充当，分别 用两根导线连接两极这就是纸制电容器的结构。 学生讨论：两片锡纸是导体，但是是彼此绝缘的。 老师总结：两个彼此靠近又相互绝缘的导体便构成了电容器。 实物展示：平行板电容器 老师总结：平行板电容器是最简单的电容器，我们今天就通过平行板电容器来了解电容器这样一种电 学元器件。 二、电容器的功能 电路图（如图 1） 提出问题： 如果将单刀双掷开关拨向 1，电流表会有示数么？ 学生回答： 不会，两块金属板是绝缘的。 实验演示： 当我们单刀双掷开关拨向 1，我们发现，电流表指针偏转了，但是很快又恢复到 0。 老师分析： 电流表有示数，说明电路当中发生了电荷的定向移动，移动的电荷无法通过电容器，聚集在电容器的极板上，这样电容器 的两极板就带上了等量异种的电荷，我们把这一过程，叫电容器的充电。 提出问题： 那么为什么电流很快就减小为零了呢？ PPT 演示： 如图 2 提出问题： 如果两块极板上，带上了等量的异种电荷，它们之间会形成什么呢？ 学生回答： 两块极板之间形成了电场。 老师分析： 因为电场的存在，使得两块极板之间形成了电势差，当极板间的电势差和电源两端的相等 的时候，电路中电荷的定向移动便停止了，充电过程也相应停止。 提出问题：电容器充电结束，此时我们把开关拨向 2，电流表会观察的到示数么？图 1图 2 学生回答：会的，当开关拨向 2 后，电容器两极板的异种电荷相互中和，形成电荷的定向移动，形成 电流。 老师总结：我们把这一过程叫做电容器的放电， 老师总结：充电和放电过程中能的变化： 充电后，电源断开，两个极板上都保存有电荷，两板间有电场存在，电源的电能就储存在 电场当中，我们称之为电场能电场能 a充电过程，电源的电能转化为电容器的电场能 放电后，两极板不再有电荷，所以不存在电场，也就没有了电场能 b放电过程，电容器的电场能转化为其他形式的能 三、 电容器的电容 提出问题：如果在电容器充电结束后，增大加在电容器两端的电压，电容器两极板的电荷量会发生怎 样的变化？ 学生讨论：如果电容器两端所加的电压增加的话，电路中电荷将发生定向移动，使得电容器两块极板 上的电荷量增加。 提出问题：电压 U 增加，电荷量 Q 也增加，Q 和 U 到底是什么关系呢？怎么证明？我们以前遇到过类 似的情况么？ 学生讨论：Q 可能正比于 U，也可能正比于 U2可以利用图像来证明，在功和速度的关系里面，我 们遇到过类似的问题，利用 Excel 分别划出 Q-U，Q-U2等图线，得出关系。 提出问题：要划出图像，必须先得到一组相应的数据，电压 U 比较容易测量，电荷量 Q 怎么办呢？ 老师分析：我们现有的工具只能利用电流传感器，得出 I 随时间变化的图线，怎么得出 Q？能不能再次 借鉴一下我们学过的方法。 学生讨论：因为 Q=I t ，而我们又可以得到 I-t 图线，我们可以借鉴以前利用 V-t 图线求位移的方法， 利用 I-t 图线来求得 Q。 实验探究：电路图如图 31、 按电路图连接电路； 2、 打开 DISLab 中的“电容器的电容”专用软件，开始采集数据，将开关拨向 1，当电流减小为零后， 再将开关拨向 2 ，完成数据采集。然后选定充电（或放电）部分的图像，积分求出面积，填入表格；3、 改变电源电压，重复 2 过程； 4、 完成表格，利用 Excel 绘制图线，得出规律。U1V2V3V4V5VQ得出结论：Q U Q =C U 提出问题：不同的电容器，比例系数 C 一般不相同，能说明什么问题么？ 学生讨论：说明比例系数 C 反映了电容器的某种能力，储存电荷的能力。图 3V老师总结：电容器所带的电荷量 Q 与电容器两极板间电势差 U 的比值，叫做电容器的电容。用 C 表示 电容。单位：法拉（F） UQC pFFF12610101*类比理解电容：用不同的容器装水，要使容器中的水深为 1cm，需要的水多，容器的横截面积就大使不同的电容器两板间的电势差为 1V，需要的电荷量越多，表示电容器的电容大。四、平行板电容器的电容 提出问题：电容器的电容和哪些因素有关呢？ 学生讨论：可能和两块极板之间的距离，面积等因素有关。提出问题：电容器电容的变化只能通过获得，我们希望其中一个量不变，通过另外一个量的变UQC 化，来反映 C 的变化，选择 Q 不变，还是 U 不变？ 学生分析：如果选择 U 不变，Q 的测量相对比较麻烦 ，所以选择 Q 不变来测量 U。 老师分析：我们会选择 Q 不变来测量 U，我们将电容器从电路当中独立出来，这样电荷无法流走，Q 保持一定，但是在这里我们不用电压表或者电压传感器来测量，我们会用一种叫静电计的 机器来测量（如图 4） 。张角张大，说明 U 增大，张角减小，说明 U 减小实验验证： a.改变两极板的正对面积 S 现象：S 越大，偏角越小，说明静电计指出的电势差 U 越小，电容越大 b.改变两极板间的距离 d 现象：d 越小，偏角越小 说明静电计指出的电势差 U 越小，电容越大 c.保持 Q、S、d 都不变，插入电介质 现象：偏角越大，说明静电计指出的电势差 U 越小，电容越大 说明电介质的插入，平行板电容器的电容会增大UC结论d 变大 d 变小C 与距离成反比S 变大 S 变小C 与正对面积成正比 插入介质插入介质，C 增大得出结论：影响平行板电容器的电容大小的因素：正对面积 S,板间距离 d,电介质公式 kdSC 4五、常见电容器的介绍 （1）介绍固定电容器：纸质电容器 电解电容器（2）介绍可变电容器：图 4+-作业：学案1.8 电容器的电容班级 姓名 【学习目标】 了解电容器的构造和常用电容器。 知道电容器充电和放电过程是能量转化过程。 认识电容器电容的概念及其定义，运用定义式进行有关的计算。 经历影响平行板电容器电容因素的实验探究过程，知道决定平行板电容器电容大小的因素。 通过具体事例了解电容器在技术中的应用。 【要点导学】 一、电容器的构成和功能 二、电容器的充放电 1、将开关拨向“1”电流表会有示数么？2、为什么电路中的电流很快就减小为零？三、电容器的电容 1、如果在电容器充电结束后，增大加在电容器两端的电压，电容器两极板的电荷量会发生怎样的变化？2、Q 和 U 有什么样的关系呢？我们能用什么方法验证呢？我们以前有没有遇到过类似的情况3、Q 如何测量，如果我们能得到电流随时间变化的关系既 I-t 图像，能否测得 Q？U（v）Q四、平行板电容器的电容 1、平行板电容器的电容可能和什么因素有关？2、实验验证 电容器电容的变化只能通过获得，我们希望其中一个量不变，通过另外一个量的变化，来反映UQC C 的变化，选择 Q 不变，还是 U 不变！如何使得 Q 不变？如何测量 U 的变化，能用普通的电压表进行测量？UC结论d 变大d 变小S 变大S 变小插入介质【典型例题】 例例 1 两平行金属板正对放置，充电后两板间的电势差为 2V，两极板带电量分别为+610-6C 和-610-6C，求（）电容 C；（）若电势差升高 1V，电容 C和电容器所带电量 Q分别为多少？拓展拓展 电容的大小等于电容器所带的电量跟电容器两极间电势差的比值。可以证明：电容的大小也等于电容器带电量的改变量 Q 跟对应的两极间电势差的改变量 U 的比值。即。UQ C例例 2 连接在电池两极上的平行板电容器在两板间的距离减小时（ ） A电容器的电容 C 变大 B电容器的带电量 Q 变大 C电容器两板间的电势差 U 变大 D电容器两板间的电场强度 E 变大 拓展拓展 求解平行板电容器动态变化问题时，首先要分清什么量在变、什么量不在变。这里有两点必须注 意：（）保持电容器和电源连接时，U 不变；（）电容器充电后跟电源脱开时，Q 不变。请思考： 连接在电池两极上的平行板电容器充电后跟电源脱开，在两板间的距离减小时，电容器的电容 C、电容 器的带电量 Q、电容器两板间的电势差 U、电容器两板间的电场强度 E 将怎样改变？ 例例 3 (1996 年全国高考题)如图平行板电容器的极板 A 与一灵敏静电计 相接，静电计指针如图。极板 B 和静电计外壳接地若极板 B 稍向上移 动一点，观察到静电计指针张角变大，作出平行极电容器电容变小的结 论的依据是（ ） A两极板间的电压不变，极板上的电量变小 B两极板间的电压不变，极板上的电量变大 C极板的电量几乎不变，两极板间的电压变小 D极板的电量几乎不变，两极板间的电压变大 拓展拓展 此实验要求电容器的电荷量远大于静电计所带的电荷量，所以 A、B 两板的正对面积应该较大，两 板间的距离应该小一些。 例例 4 相距为 d 的两块平行金属板 M、N，分别与电源的正、负极相 连电键闭合后 M、N 间产生匀强电场，一电子垂直于电场方向，从 M 边的边缘射入电场，经电场偏转恰好打在 N 板的中央，如图所示。 设电子总是从 M 板的边缘射入电场，并且两板的正对面积不变，问： (1)为使电子能飞出电场，M 板在图示平面内应如何移动? (2)若先把电键断开，为使电子能飞出电场，M 板在图示平面内又应如何移动?拓展拓展 虽然两种情况下都是把 M 板向上移动，但是移动 M 板的效果是不同的。如果只要求电子恰好离开 电场，后者移动 M 的距离应该是前者移动距离的两倍。【分层练习】1.下列关于电容器的说法中，正确的是() A.电容越大的电容器，带电荷量也一定越多 B.电容器不带电时，其电容为零 C.两个电容器的带电荷量相等时，两板间电势差较大的电容器的电容较大 D.电容器的电容与电容器是否带电无关 2.对于水平放置的平行板电容器，下列说法正确的是() A.将两极板的间距加大，电容将增大 B.将两极板平行错开，使正对面积减小，电容将减小 C.在下板的内表面上放置一面积和极板相等、厚度小于极板间距的陶瓷板，电容将增大 D.在下板的内表面上放置一面积和极板相等、厚度小于极板间距的铝板，电容将增大 3.对于一给定的电容器，在如图所示中，描述电容 C、带电荷量 Q、电压 U 之间的相互关系的图线中正 确的是() 4.某电解电容器上标有“25v、470F”的字样，对此，下述说法中正确的是() A.此电容器只能在直流 25v 以下电压才能正常工作 B.此电容器必须在直流 25v 的电压时才能正常工作 C.当工作电压是直流 25v 时，电容才是 470F D.这种电容器使用时，必须考虑电容器的两根引线的极性 5.平行板电容器保持与直流电源两极连接，充电平衡后，两极板间的电压是 U，充电荷量为 Q，两极板 间场强为 E，电容为 C，现将两极板间距离减小，则引起变化的情况是( )A.Q 变大B.C 变大C.E 不变D.U 变小 6.上题中，如果电容器充电平衡后与电源断开.将两板间距离减小，引起变化情况是( ) A.Q 变大B.C 变大C.E 不变D.U 变小 7.如图所示的电路中，电容器的两极板始终和电