高中物理人教版 (2019)必修 第三册电容器的电容教学ppt课件

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第三册电容器的电容教学ppt课件，共66页。PPT课件主要包含了第4节电容器的电容，电容器，哪个储水本领大，如何反映其储水本领，大胆猜想，实验电路图，于是人们这样定义，实验探究，③如何判断电容变化，电容由本身结构决定等内容，欢迎下载使用。
水可以用容器储存起来，电荷也可以用一个“容器”储存起来。右图中的元件就是这样的“容器”——电容器。那么，它内部的构造是怎样的？它是怎样“装进”和“倒出”电荷的呢？
1. 电容器2. 电容3. 实验探究4.动态分析5.课堂总结6.练习与应用7. 提升训练
1.基本构造：任何两个彼此绝缘又相距很近的导体，都可以看成一个电容器。2.充电、放电：
(1)充电：把电容器的两个极板与电源的正负极相连，使两个极板上带上等量异种电荷的过程。充电后，跟电源正极相连的极板带正电，跟电源负极相连的极板带负电。充电过程如图(a)、(b)所示。
(2)放电：用导线把充电后的电容器的两个极板接通，两个极板上的电荷中和，电容器失去电荷的过程。放电后，电容器任一极板带电荷量均为零。放电过程如图(c)、(d)所示。
3.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电容器中，放电是把电容器中的能量通过电流做功转化为电路中其他形式的能量。4.电容器的电荷量：其中一个极板所带电荷量的绝对值。
既然电容器能储存电荷，那么如何反映电容器容纳电荷的本领大小呢？
类比法：类比圆柱型水杯容器的储水
1.水位每升高h，试比较A、B、C的储水量；
人们通过实验研究发现： 对于同一电容器，电容器所带的电荷量Q与电容器两极板间的电势差U成正比，即比值Q/U 是一个常量；对于不同的电容器，这个比值一般不同。这个比值就表征了电容器储存电荷的特性。
1.电容(1)定义：电容器所带电荷量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)定义式： (比值定义法)。Q指一个极板所带电荷量的绝对值。(3)单位：电容的国际单位法拉，简称法，用字母F表示，常用的单位还有微法和皮法，1 F＝106μF＝1012pF。(4)物理意义：描述电容器容纳电荷本领大小的物理量。(5)由 表明，电容器的电容在数值上等于使两极板间的电势差为1 V时电容器需要带的电荷量。
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低。
3.常用电容器(1)分类：从构造上看，可以分为固定电容器和可变电容器两类。(2)固定电容器有：聚苯乙烯电容器、电解电容器等。(3)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。
【例1】 (2024·陕西省瑞泉中学高二月考)心室纤颤是一种可能危及生命的疾病。一种叫作心脏除颤器的医疗设备，其工作原理是通过一个充电的电容器对心室纤颤患者皮肤上安装的两个电极板放电，让一部分电荷通过心脏，使心脏停止跳动，再刺激心室纤颤患者的心脏恢复正常跳动。若心脏除颤器的电容器电容为15 μF，充电至9.0 kV电压，如果电容器在2.0 ms时间内完成放电，放电结束时电容器两极板间的电势差减为零。下列说法正确的是A.若充电至4.5 kV，则该电容器的电容为7.5 μFB.充电至9.0 kV时，该电容器所带电荷量是0.27 CC.这次放电过程中有0.135 C的电荷通过人体组织D.这次放电过程中有0.27 C的电荷通过人体组织
【例2】如图所示为某一电容器所带电荷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，对电容器来说正确的是A.是充电过程B.是放电过程C.该电容器的电容为5×10－2 FD.该电容器的电荷量变化量为0.2 C
【解析】由Q＝CU知，U降低，则Q减小，故为放电过程，A错，B对；
ΔQ＝CΔU＝5×10－3×4 C＝0.02 C，D错。故选B。
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荷量的绝对值，U为两板间的电势差，直线的斜率表示电容大小。因此C＝ ，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)的电荷量。
既然电容C与Q、U均无关，那它与什么有关呢？
①猜想平行板电容器的电容与哪些因素有关？
②用什么方法研究电容与某个因素的关系？
平行班电容器充电后，断开电源后极板带电量Q不变
①静电计角度大，平行班间电势差大，C 减小
②静电计角度小，平行班间电势差小，C 增大
（1）保持极板电荷量Q与极板间距d 不变，改变极板正对面积S
（2）保持极板电荷量Q与极板正对面积S不变，改变极板间距d
（3）保持极板电荷量Q、极板间距d 与极板正对面积S不变，极板间插入电介质（有机玻璃板）
步骤一：保持极板电荷量Q与极板间距d 不变，改变极板正对面积S
Q、d保持不变时，S 越小，U越大
Q，S保持不变时，S 越小，C 越小
步骤二：保持极板电荷量Q与极板正对面积S不变，改变极板间距d
Q，S保持不变时，d 越大，U越大
Q，S保持不变时，d 越大，C 越小
步骤三：保持极板电荷量Q、极板间距d 与极板正对面积S不变，极板间插入电介质（有机玻璃板）
Q、d、S保持不变时，εr越大，U越小
Q、d、S保持不变时，εr 越大，C 越大
相对介电常数艾普西龙epsiln
空气的相对介电常数与1十分接近，研究中，空气对电容的影响一般可以忽略。
了解了关于电容器的相关知识后，你知道电容器在生活中有哪些常见类型不？
【例3】 (2023·南昌市高二期中)传感器是自动控制设备中不可缺少的元件，已经渗透到宇宙开发、环境保护、交通运输以及家庭生活等各个领域。几种电容式传感器如图所示，其中通过改变电容器两极板间的距离而引起电容变化的是
【解析】A是通过改变电介质板在电容器两极板间的深度引起电容变化的，A错误；B电容器的一个极板是金属芯线，一个极板是导电液体，通过改变电容器两极板间正对面积引起电容变化，B错误；C是通过改变两极板间的距离引起电容变化的，C正确；D是通过改变动片与定片间的正对面积，引起电容变化的，D错误。故选C。
【例4】 (2024·上海市华东师范大学附属东昌中学高二期中)如图，我们在办理身份证时进行了指纹采集。电容式指纹识别的原理是手指与传感器表面接触时，皮肤表面会和传感器上许许多多相同面积的小极板一一匹配成电容不同的平行板电容器，从而识别出指纹的纹路。极板与指纹沟(凹的部分)构成的电容器电容____(填“大”或“小”)，若增大电容器的电压，电容器电容将______(填“变大”“变小”或“不变”)。
【解析】根据C＝ ，极板与指纹沟(凹的部分)间距较大，构成的电容器电容小。因为电容器的电容由其本身的性质决定，所以若增大电容器的电压，电容器电容将不变。
2.电容器容纳电荷的本领由 来量度，由本身的结构(如平行板电容器的εr、S、d等因素)来决定。
四、平行板电容器的两类动态问题
1.两类基本问题以下两种情形下，若电容器的某一物理量发生变化，求其他物理量的变化情况。(1)电容器始终与电池两极相连稳定后，电容器上的电压不变。(2)电容器和电源连接后再断开，电容器上的电荷量不变。2.平行板电容器动态问题的分析方法抓住不变量，分析变化量，紧抓三个公式：
3.平行板电容器的两类典型问题基本思路(1)U不变的情形
由Q＝UC判断Q的变化情况
3.平行板电容器的两类典型问题基本思路
【例5】 (2024·广州市高二期中)在某流水线上用如图所示的传感器来监控产品的厚度，其中A、B为平行板电容器的上、下两个极板，上下位置均固定，且分别接在恒压直流电源的两极上，G是灵敏电流计。当产品的厚度变薄导致相对介电常数εr变小时，则有A.极板间的电压变小B.极板上所带的电荷量变大C.平行板电容器的电容变大D.有向右的电流流过灵敏电流计
【例6】一平行板电容器充电后与电源断开，正极板接地，在两极板间有一正电荷(电荷量很小)固定在P点，如图所示，以E表示两极板间的电场强度，U表示电容器的电压，Ep表示正电荷在P点的电势能。若保持负极板不动，将正极板移到图中虚线所示的位置，则A.U变小，E不变B.E变大，Ep变大C.U变小，Ep不变D.U不变，Ep不变
四、课堂总结（1）
四、课堂总结（2）
充电后，切断极板与电源的连接——极板间电荷量Q不变
第3节 电势差与电场强度的关系