高二物理电容器的电容

13．8电容器的电容一、教学目标1．了解电容器概念及基本作用。

2．了解电容器的结构，了解常用电容器种类。

3．知道平行板电容器的电容跟哪些因素有关，有什么关系？二、教学重点、难点分析1．重点：电容的概念，影响电容大小的因素2．难点：电容的概念，电容器的电量与电压的关系，电容的充、放电3．疑点：两极间电势差增加1伏所需电量的多少是衡量电容器电容大小的标志。

4．解决办法用充了电的电容器短路放电产生白炽的火花使学生感受到电容器有“容纳（储存）电荷”的功能。

为使学生理解充、放电的抽象过程。

用自制的充放电的电路中的示教电流表显示充、放电过程，为使学生理解电容器电量与电压的抽象关系，不同电压、不同电容的电容器充电再放电时的声音与亮光形象的展示这一抽象关系。

运用演示实验讲授这一课，可取得较好的教学效果；若只停留在理论上和抽象的论证，学生是难以理解和接受的。

三、教学方法：类比法、讲授法，实验演示法，计算机辅助教学四、教具：1．“25V 4700μF”电容1只，“25V 1000μF”电容1只，电路示教板，J0401型演示用电表，电池1.5V 3只，不同类型的电容器若干只。

2．计算机，大屏幕，投影仪，自制CAI课件五、教学步骤（一）明确目标本课教学使学生对电容器结构有所了解，了解电容器的作用是储存电荷，通过类比的方法理解电容的含义。

（二）整体感知“电容器、电容”这一节内容，是后面学习LC振荡电路的必备知识，是进一步学习交流电路和电子线路的基础，关于电容器的知识，大多数学生都很陌生，而电容器的充电、放电和电容概念，既重要又非常抽象，是高中物理教学难点之一。

运用演示实验讲授这一课，使“电容”这一抽象概念变得直观、具体，学生易于理解和接受，学生的观察能力和抽象思维能力也得到了培养和提高。

（三）复习、演示，引入新课两块相互靠近，平行放置的金属板，如果分别带上等量异种电荷，它们之间有没有电场？（同时板画）两金属板间有没有电势差？教师归纳小结由此可见，相互靠近的两金属板构成的装置具有储存电荷的作用，或者说它可以容纳电荷，而两板所带正、负电荷越多，板间电场就越强，两板间的电势差就越大（稍作解释）。

那么有什么方法可以使两金属板带上正、负电荷呢？将两金属极分别按到电源的正、负两板上（同时画出电路）将“25V，4700μF”电容器（出示实物）充以16V电压，然后短路放电产生白炽的火花，并发出较大的声响。

（激发学生学习本节兴趣）然后教师明确告诉学生“电容器可以容纳电荷”。

如何解释这一现象呢？（学生疑惑）现在我们来学习有关电容器的知识。

（板书课题）（四）新课教学1．电容器（出示收音机电路板，让学生认识电容器。

）电容器是电气设备中的一种重要元件，在电子技术、电工技术中有很重要的应用。

收音机、电视机、充电器、电风扇、日光灯等电器中有广泛的应用。

（引起学生对电容器学习的重视）（1）电容器的构成在两个相互靠近的导体中间夹上一层绝缘物质（也叫电介质）就是一个电容器。

这两个导体叫做电容器的两个极。

教师出示平行板电容器、纸介电容器（展开），介绍它们的内部结构，并指出平行板电容器是最简单的电容器，再介绍一般电容器的符号（2）电容器的充电、放电使电容器带电叫做充电，把电容器的一个极板接电池组的正极，另一个极板接电池组的负极，两个极板分别带上了等量的异种电荷，电容器的一个极板上所带电量的绝对值叫做电容器所带的电量，充了电的电容器的两极板之间有电场。

两板之间有电势差（电压）使充电后的电容器失去电荷叫做放电，用一根导线把电容器的两极接通，两极上的电荷互相中和，电容器就不带电了，放了电后两极之间不再存在电场，也没有电势差。

用发电机使莱顿瓶充电，然后用放电叉使莱顿瓶放电，可产生强烈的电火花，并告诉学生莱顿瓶就是电容器，它是最早在荷兰的莱顿城制成的。

用4.5V电池组给200μF的电解电容器充电（如下图），电路中G为J0401型演示电表的G档，并联电阻R1=300Ω，对电表起阻尼作用，避免电表表针的固有振动造成假象，串联电阻R2=5kΩ做限流保护作用，当单刀双掷开关K与a点接通的瞬间，G指针偏转，让学生注意观察充电过程中电流表指针的偏转情况，说明充电过程中有瞬时的充电电流通过，显示出充电电流的方向，并看到充电电流逐渐减少至零，充电完毕电容器两极间电势差等于电流两极间的电压。

然后将K接b，又可看到放电电流方向和充电电流相反并且电流也逐渐减少到零。

（以上装置可安装在自制示教电路板上）演示完毕后，教师要讲解充、放电过程电荷移动，电场、电势差的变化。

（如下图）2．电容电容器充电后的带电量跟两极板间电势差有什么关系？（学生疑惑，思考片刻）我们用实验来分析。

分别用8V、12V、16V电源给“25V 4700μF”电容器充电，再放电，观察放电的火花与声响（增加学生感性认识）。

结果“25V 4700μF”充8V，放电产生桔红色火星，几乎无声音。

充12V，放电产生白色炽光，有声音。

充16V，放电产生更强的白炽火花，很大声音。

由此可知，电容器充电后的带电量Q，是跟它的两极间的电势差（电压）有关的。

两极间电势差随所带电量的增加而增加。

用不同电容器重做上述实验，又如何？用16V电源分别给“25V 4700μF”和“25V 1000μF”的电容器充电，再放电。

结果“25V 4700μF”放电产生白炽的火花放电“25V 1000μF”放电产生桔红色的火星放电由此可知，不同的电容器，电势差增加1V所需要增加的电量是不同的。

师生总结实验结果同一电容器，两极间电势差随所带电量的增加而增加，对不同的电容器，电势差增加1V 所需要增加的电量是不同的。

为了表示这种特征，我们把使电容器的两极间的电势差增加1V所需的电量，叫做电容器的电容。

两极板间的电势差增加1伏所需的电量多，电容器的电容大。

所需电量少，电容器的电容小。

因此，电容是表征电容器容纳电荷的本领大小的物理量。

这种情形相当于直筒容器容纳水的情形，以下两个不同的容器，要使水面升高1cm所需的水量不同，乙容器比甲容器所需要的水量多，说明了乙容器容纳水的本领比甲容器大。

（类比法）电容的符号是C，国际单位制里电容的单位是法拉，简称法，符号是F教师说明法的含义，再介绍较小的单位微法、皮法。

1μF=10-6F1pF=10-6μF=10-12F电容是表征电容器容纳电荷特性的物理量，它的大小是由电容器的本身结构决定的（如装水容器的装水本领由容器本身结构决定一样）电容器的电容跟两极板的正对面积、两极板的距离以及两极板间的电介质都有关系，增大两极板正对的面积，电容就增大。

减少极板间距离，电容也增大。

知道了影响电容大小的因素，就可制成各种不同的电容器。

3．平行板电容器电容电容器中具有代表性的一种。

（1）构成：两块平行相互绝缘金属板。

构成里可强调一下：①两极间距d ；②两极正对面积S 。

描述一对平行板的几何特性。

注意说明，两板所带电量应是等量异号的（前面实验已证明）。

（2）量度：UQ C ，Q 是某一极板所带电量的绝对值。

（3）影响平行板电容器电容的因素：实验先说明静电计的作用：指针偏角越大，指针与壳间电势差越大。

充电完毕后，断开极板A 、B 与起电机连线，Q 不变，改变A 、B 极板间距离，可见板间距增大时，静电计指针偏角变大，板间距减小时，静电计指针偏角减小。

分析：d 增大，C ＝Q U，Q 不变，U 增大，C 减小。

d 增大，C ＝Q U，U 减小，C 增大。

①理论和实验精确证明：C ∝1d 实验 改变AB 两板正对面积S ，可观察到S 增大时，指针偏角变小； S 减小时，指针偏角变大。

分析：Q不变，U减小，C＝QU，C增大，S增大。

Q不变，U增大，C＝QU，C减小，S减小。

②理论和实验可精确证明：C∝S实验固定A、B位置不变，把电介质板插入，可观察到电介质板进入过程中，静电计指针偏角变小。

分析：Q不变，U变小，C＝QU，C变大。

电介质一般指绝缘物质，无自由电荷，电荷可在平衡位置附近做微小振动。

当绝缘物质处于外加电场中时，这些电荷受力，其分布将发生一定的变化，在靠近正极板表面上出现负电荷，在靠近负极板表面上出现正电荷。

这些电荷不是自由电荷，而是被束缚在电介质上，不能自由移动。

这些束缚电荷使板间电场削弱，两板间电势差U降低，从而使静电计指针偏角减小。

③两极板间插入电介质时比不插入电介质时电容大。

给出平行权电容公式：C＝4S kdεπ，ε为介电常数，k为静电力恒量。

这里也可以用能的观点加以分析：电介质板插入过程中，由于束缚电荷与极板上电荷相互吸引力做功，电势能减少，故电势差降低。

（4）平行板电容器内电场：实验（建议）在一块金属板上固定一些细尼龙丝，把两金属板平行正对放置，并用起电机使两板带电，可见尼龙丝几乎垂直于板且相互平行地立起来。

从细尼龙丝的分布情况，可看出板间电场的特点。

①板间电场可看作匀强电场：E=U／dU为两板间电势差，d为两板间距。

②场源关系E＝U Q d Cd=而C＝4S kdεπ故E＝44Q kQS Skdπεεπ=Q不变，板间电场强度E与板间距无关。

U不变，电容器始终与电源两极相连，E与d成反比，Q=CU，Q与d也成反比。

4．常用电容器固定电容器（纸介质、电解、陶瓷、云母电容器）可变电容器出示各种电容器，讲解电解电容器的极性，可变电容器的定片、动片及改变电容大小的原理，介绍常用电容器的符号。

（五）总结、扩展（结合课件）1．电容器的结构。

2．电容器的充、放电。

3．电容的概念及单位，影响电容大小的因素。

4．常用电容器。

（六）例题精讲【例】如图所示，平行板电容器与电池相连，当二极板间距离减小后，则二板间的电压U和电场强度E，电容器电容C及电量Q与原来相比[ ]A．U不变，E不变，C不变，Q不变B．U不变，E变小，C变小，Q变小C．U不变，E变大，C变大，Q变大D．U不变，E不变，C变大，Q变小解因为平行板电容器始终与电源相联，所以两板间电压不变。

根据平行板电容器的决定式C＝4S kdεπ，d减小时，C增大，又因为平行板间为匀强电场，E＝Ud，U不变，d减小，E必增大，根据两板所带电量Q＝CU，U不变，C增大，所以所带电量增大。

故正确选项为C。

如果将此题换一下，换成给电容器充电后，使其与电源分开，再将两板间距离减小，则电量不变。

因为距离减小，根据C＝QU，两板间电压增大。

E＝44U Q Q kQd Cd Skdπεεπ===，与d无关，E保持不变。

（六）巩固练习1．某电容器一个极板上带电量1.0×10-5C，两板电压增加1V，则此电容器电容为______F，相当于_______μF，若将其充电量加倍，则电容为______μF．两极电压为______V 2．下面关于电容器和电容的说法，正确的是A．电容器的电容越大，表明它带电越多。