物理必修 第三册电容器与电容第1课时学案

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[学习目标] 1.知道什么是电容器及电容器的主要构造。2.理解电容的概念及其定义式(重难点)。3.知道电容器充、放电的实验原理和实验电路。
一、识别电容器 电容器的充放电
1752年，富兰克林利用风筝将“天电”引下来，收集到莱顿瓶中两个正对的金属板上。像莱顿瓶这种能把电荷储存起来的电学元件称为电容器，思考电容器为什么能储存电荷？
1．识别电容器
(1)电容器的组成：两个互相________、彼此________的导体，导体间可以填充________。
(2)电容器的表示
在电路中，电容器用字母“________”及电路符号“________”表示。
(3)电容器的作用：储存________和电场能。
(4)常见电容器，如图所示。
(5)电容器的应用
日光灯启辉器、电视机、照相机、电容式键盘、手机触摸屏中都有电容器。
2．电容器的充放电
(1)充电、放电：使电容器两个极板带上________，这个过程叫充电。使电容器两极板上的电荷________，这个过程叫放电。
(2)从能量的角度区分充电与放电：充电是从电源获得能量储存在板间电场中，放电是把电容器中的________转化为其他形式的能量。
(3)电容器的电量：________极板所带电量的绝对值。
(1)电容器只能储存同种电荷。( )
(2)任何绝缘的物质都能作为电容器的电介质。( )
(3)电容器带电时，两个极板只有一个板上有电荷。( )
(4)电容器的充、放电过程中，电路中有充电、放电电流，电路稳定时，电路中没有电流。( )
例1 (2023·潮州市高二期中)在如图所示的电路中，对电容器进行充、放电，下列说法正确的是( )
A．开关接1时，电容器充电，且上极板带正电
B．开关接1时，电容器放电，且上极板带负电
C．开关接2时，电容器充电，且上极板带正电
D．开关接2时，电容器放电，且上极板带负电
二、电容器的电容
如图所示，不同容器容纳液体的本领不同。均注入单位长度的液体，横截面积大的容器容纳液体的本领大。
同理，不同的电容器容纳电荷的本领不同。同一电容器两板间所加电压越大，电容器容纳的电荷越多。请思考如何比较电容器容纳电荷的本领，如何用比值定义法定义这个物理量。
1．电容
(1)定义：电容器所带________与电容器两极板间的________之比。
(2)定义式：C＝______。
(3)单位：电容的国际单位是________，简称________，符号是________，常用的单位还有________和________，1 F＝________ μF＝________ pF。
(4)物理意义：电容器的电容是表示电容器容纳电荷本领的物理量。
(5)公式C＝eq \f(Q,U)表明，电容器的电容在数值上等于使两极板间的电势差为_________________时电容器需要带的电量。
2．击穿电压和额定电压
(1)击穿电压：电介质不被击穿时加在电容器两极板上的极限电压，若电压超过这一限度，电容器就会损坏。
(2)额定电压：电容器外壳上标的电压是工作电压(或称额定电压)，也是电容器正常工作时所能承受的最大电压。
(3)额定电压比击穿电压________。
1．把电容器的两个极板分别与电源两极相连，对电容器进行充电，该过程中能量是如何转化的？当把电容器两极相接，使电容器放电，该过程中能量是如何转化的？
2．当电容器的带电量增加时，电容器两极板间的电势差如何变化？带电量Q和板间电势差U的比值是否发生变化？
例2 (2024·广州市高二月考)某电容器的外壳上标有“1.5 μF 9 V”的字样。该参数表明( )
A．该电容器只有在电压为9 V时电容才为1.5 μF
B．当两端电压为4.5 V时，该电容器的电容为0.75 μF
C．该电容器正常工作时所带电荷量不超过1.5×10－6 C
D．给该电容器充电时，电压每升高1 V，单个极板的电荷量增加1.5×10－6 C
例3 (2023·江门市高二期末)如图所示为某一电容器中所带电量和两端电压之间的关系图线，若将该电容器两端的电压从40 V降低到36 V，关于该电容器，下列选项正确的是( )
A．是充电过程
B．该电容器两板间电场强度增大
C．该电容器的电容为5.0×10－3 F
D．该电容器的电量变化量的绝对值为0.20 C
1．电容器的电容取决于电容器本身，与电容器所带的电量Q以及两极板间的电势差U均无关。
2．电容器电容的另一表达式
如图所示，Q－U图像是一条过原点的直线，其中Q为一个极板上所带电量的绝对值，U为两板间的电势差，直线的斜率表示电容大小。因此C＝eq \f(ΔQ,ΔU)，即电容的大小在数值上等于两极板间的电压增加(或减小)1 V所增加(或减小)的电量。
三、实验：观察电容器的充、放电现象
如图所示为实验原理图，其中R＝10 kΩ，电容器C标有“50 μF”，耐压为25 V，电源为1节干电池。实验时，将电流传感器和电压传感器采集的数据传输给计算机，计算机通过对数据进行分析和处理，得到电容器充、放电过程中的U－t图像和I－t图像，如图所示。
(1)通过实验现象分析电容器在充电和放电的过程中，电路中电流和电压的变化情况；
(2)判断电容器在充电和放电的过程中，两极板储存电量的变化情况。
一位同学用电流传感器观察电容器放电过程电流的变化情况得到的I－t图像如图所示，电源电压是8 V。
(1)在图中画一个竖立的狭长矩形(在图的最左边)，它的面积表示的物理意义是什么？
(2)怎样根据I－t图像估算电容器在全部放电过程中释放的电量？试着算一算。
注意：“面积”的计算：计算格子数，小于半格的舍去，大于半格的算一格。
例4 (2024·广东真光中学高二月考)电容器是一种重要的电学元件，在电工、电子技术中应用广泛。使用图甲所示电路观察电容器的充、放电过程。电路中的电流传感器可以捕捉瞬时的电流变化，它与计算机相连，可显示电流随时间的变化。图甲直流电源两端的电压恒为8 V，充电前电容器带电量为零。先使S与“1”端相连，电源向电容器充电。充电结束后，使S与“2”端相连，直至放电完毕。计算机记录的电流随时间变化的I－t曲线如图乙所示。
(1)在电容器放电过程中，通过电阻R0的电流方向为__________(选填“由左向右”或“由右向左”)；
(2)图像阴影为I－t曲线图像与对应时间轴所围成的面积，乙图中阴影部分的面积S1__________S2(选填“>”“”“