第四章 电容1(DOC)

习题四4-1 电路如题图4-1所示，i (t )=10mA 、R =10k Ω、L =1mH 。

开关接在a 端为时已久，在t =0时开关由a 端投向b 端，求t ≥0时，u (t )、i R (t )和i L (t )，并绘出波形图。

解：本题是求零输入响应，即在开关处于a 时，主要是电感储能，当开关投向b 后，讨论由电感的储能所引起的响应。

所以对图(a)t ≥0时的电路可列出00≥=+t Ri dtdiL L L及 i L (0)=i (t )=10(mA ) 其解为：0)(1010)(710≥==--t mA e et i t tL τS R L 73310101010--=⨯==τ 则 0)(10010101010))(0()1)(0()(77101033≥-=⨯⨯⨯-=-=-==-----t V e e e LR Li e Li dt di L t u t ttL t L L L τττ 而 0)(10)()(710≥-=-=-t mA e t i t i t L R其波形图见图(b)、图(c)所示。

4-2 电路如题图4-2所示，开关接在a 端为时已久，在t =0时开关投向b 端，求3Ω电阻中的电流。

解：因为 )(623)0(V u c =⨯= （注意：当稳态以后电容为开路，所以流过1Ω和电容串联支路的电流为零，因此电容两端的电压就是并联支路2Ω支路两端的电压）当开关投向b 时电流的初始值为)(236)0()0(A R u i c ===S RC i 3130)(=⨯===∞τ，故根据三要素法得： 0)(2)(31≥=-t A e t i t4-3 电路如题图4-3所示，开关在t <0时一直打开，在t =0时突然闭合。

求u (t )的零输入响应和零状态响应。

解：因为u (t )=u c (t )，所以求出u c (t )即可。

方法一：直接用三要素法：（注意，开关闭合以后，时间常数由两个电阻并联后，再与电容构成RC 电路）L (t ) i (t L(a)10(b) (c) 题图4-1 习题4-1电路及波形图(t )题图4-2 习题4-2电路S C R 23)1//2(0=⨯==τ)(32)2//1(1)()(221)0(V u V u c c =⨯=∞=⨯= 所以)1(322)322(32))()0(()()(5.05.05.0≥-+=-+=∞-+∞=----t ee e eu u u t u tt t tc c c c 零状态响应零输入响应τ方法二：分别求出零输入响应和零状态响应（可以直接解微分方程，也可以直接利用结论）零输入响应：02)(215.05.00'≥=⨯==---t e V e eU u tt tc τ零状态响应：0))(1(32)1(11212)1(5.05.0"≥-=-⨯+⨯=-=---t V e e eRI u t t ts cτ4-4 电路如题图4-4所示，已知 ⎩⎨⎧≥<=010)(t t t u s 且u c (0)=5V 。

电工技术基础与技能第四章 电容 练习题一、是非题 (2X20)1、平行板电容器的电容量与外加电压的大小是无关的。

（ ） 2、电容器必须在电路中使用才会带有电荷， 故此时才会有电容量。

（ ） 3、若干只不同容量的电容器并联， 各电容器所带电荷量均相等。

（）4、电容量不相等的电容器串联后接在电源上，每只电容器两端的电压与它本身的电容量成反比。

（ ）5、电容器串联后， 其耐压总是大于其中任一电容器的耐压。

（ ） 6、电容器串联后， 其等效电容总是小于任一电容器的电容量。

（ ） 7、若干只电容器串联， 电容量越小的电容器所带的电荷量也越少。

（ ） 8、两个 10μ F 的电容器， 耐压分别为 10V 和 20V ，则串联后总的耐压值为 30V 。

（ ） 9、电容器充电时电流与电压方向一致， 电容器放电时电流和电压的方向相反。

（ ） 10、电容量大的电容器储存的电场能量一定多。

（）二、选择题（ 2X20）1、平行板电容器在极板面积和介质一定时，如果缩小两极板之间的距离，则电容量将( )。

A. 增大B.减小C.不变D. 不能确定2、某电容器两端的电压为40V 时，它所带的电荷量是 0.2C ，若它两端的电压降到10V 时，则()。

A. 电荷量保持不变B. 电容量保持不变C. 电荷量减少一半D.电荷量减小3、一空气介质平行板电容器，充电后仍与电源保持相连，并在极板 中间放入ε r=2 的电介质，则电容器所带电荷量将( )。

A. 增加一倍B.减少一半C.保持不变D.不能确定4、电容器 C 1 和一个电容为 8μ F 的电容器 C 2 并联，总电容为电容器 C 1的 3 倍，那么电容器 C 1 的电容量是 ( )μF 。

A. 2B. 4C. 6D.85、两个电容器并联，若C 1=2C ，则 C 1、 C 2 所带电荷量 Q 1、 Q 2 的关系是 ( )。

A. Q 1= 2Q 2B. 2Q1= Q 2C. Q 1= Q 2D.不能确定 6、若将上题两电容串联，则( )。

电容器课件完整版课件一、教学内容本节课的教学内容选自人教版《物理》八年级下册，第四章第9节“电容器”。

本节课主要内容包括：电容器的概念、电容的定义及其计算公式、电容器的充放电现象以及电容器在实际生活中的应用等。

二、教学目标1. 让学生了解电容器的基本概念，理解电容的定义及其计算公式。

2. 培养学生运用物理知识解决实际问题的能力。

3. 通过对电容器的学习，培养学生对物理学的兴趣和好奇心。

三、教学难点与重点重点：电容器的概念、电容的定义及其计算公式。

难点：电容器充放电现象的理解及其在实际生活中的应用。

四、教具与学具准备教具：多媒体课件、电容器模型、实验器材。

学具：笔记本、笔、课本。

五、教学过程1. 实践情景引入：通过展示手机、相机等电子产品中的电容器，让学生了解电容器在生活中的应用，激发学生的学习兴趣。

2. 概念讲解：讲解电容器的基本概念，引导学生理解电容器的作用。

3. 知识点讲解：讲解电容的定义及其计算公式，让学生掌握电容器的基本性质。

4. 例题讲解：举例讲解电容器的充放电现象，让学生通过实例深入理解电容器的工作原理。

5. 随堂练习：布置随堂练习题，让学生巩固所学知识。

6. 实验演示：进行电容器充放电实验，让学生直观地观察和理解电容器的工作原理。

7. 作业布置：布置课后作业，让学生进一步巩固所学知识。

六、板书设计板书内容主要包括：电容器的基本概念、电容的定义及其计算公式、电容器的充放电现象。

七、作业设计作业题目：1. 解释电容器的基本概念，并写出电容的定义及其计算公式。

2. 描述电容器充放电现象，并解释其原因。

3. 结合生活实例，说明电容器在实际中的应用。

答案：1. 电容器是一种能够储存电荷的装置，其电容等于电容器所储存的电荷量与电压的比值。

电容的计算公式为 C = Q/U，其中 C 表示电容，Q 表示电容器所储存的电荷量，U 表示电容器的电压。

2. 电容器充电时，正极板积累正电荷，负极板积累负电荷，电容器两端产生电压。

第四章 习题2、平行板电容器（面积为S,间距为d ）中间两层的厚度各为d 1和d 2（d 1+d 2=d ），介电常数各为1ε和2ε的电介质。

试求：（1）电容C ；（2）当金属板上带电密度为0σ±时，两层介质的分界面上的极化电荷密度'σ；（3）极板间电势差U;（4）两层介质中的电位移D ； 解：（1）这个电容器可看成是厚度为d 1和d 2的两个电容器的串联：12210212121d d SC C C C C εεεεε+=+=（2）分界处第一层介质的极化电荷面密度（设与d 1接触的金属板带正电）1111011111εσεεεσ)(E )(P '-=-=-=⋅=分界处第二层介质的极化电荷面密度：21222022211εσεεεσ)(E )(P n P '--=--=-=⋅=所以， 21021211εεσεεσσσ+-=+=)('''若与d 1接触的金属板带负电，则21021211εεσεεσσσ+--=+=)('''（3）2101221202010102211εεσεεεεσεεσ)d d (d d d E d E U +=+=+= （4）01101σεε==E D ，02202σεε==E D4、平行板电容器两极板相距3.Ocm ，其间放有一层02.=ε的介电质，位置与厚度如图所示，已知极板上面电荷密度为21101098m /c .-⨯=σ，略去边缘效应，求: (1)极板间各处的P 、E 和D 的值;(2)极板间各处的电势(设正极板处00=U ); (3)画出E-x ，D-x ，U-x 曲线;解：（1）由高斯定理利用对称性，可给出二极板内：2111098m /c .D e -⨯==σ（各区域均相同），在0与1之间01==P ,r ε，m /V DE 20101⨯==ε在1与2之间210000010454112m /c .D)(E )(P ,r r r -⨯=-=-==εεεεεεε，m /V D E r500==εε 在2与3之间，01==P ,r ε，m /V DE 20101⨯==ε（2）0=A V ：0-1区：,x dx E V xD 100=⋅=⎰1-2区：),x x (dx E V xx 1501-=⋅=⎰)x x x ,.x x )x x (V 2111505010050≤≤+=+-=2-3区：),x x (dx E V xx 2100021-==⎰∆)x x x (,.x ).x (,x x x x x )x x (V 3212221501000050100505010010010050≤≤-=-=+-=-++=题4图6、一平行板电容器两极板相距为d,其间充满了两种介质，介电常数为1ε的介质所占的面积为S 1, 介电常数为2ε的介质所占的面积为S 2。

4-2．5μF 电容的端电压如图示。

（1）绘出电流波形图。

（2）确定2μs t =和10μs t =时电容的储能。

解：（1）由电压波形图写出电容端电压的表达式：10 0μs 1μs10 1μs 3μs ()1040 3μs 4μs 0 4μs t t t u t t t t≤≤⎧⎪≤≤⎪=⎨-+≤≤⎪⎪≤⎩式中时间t 的单位为微秒；电压的单位为毫伏。

电容伏安关系的微分形式：50 0μs 1μs 0 1μs 3μs()()50 3μs 4μs 0 4μs t t du t i t C t dt t<<⎧⎪<<⎪==⎨-<<⎪⎪<⎩上式中时间的单位为微秒；电压的单位为毫伏；电容的单位为微法拉；电流的单位为毫安。

电容电流的波形如右图所示。

（2）电容的储能21()()2w t Cu t =，即电容储能与电容端电压的平方成正比。

当2μs t =时，电容端电压为10毫伏，故：()()22631010μs 11()5101010 2.510J 22t w t Cu ---===⨯⨯⨯⨯=⨯当10μs t =时，电容的端电压为0，故当10μs t =时电容的储能为0。

4-3．定值电流4A 从t=0开始对2F 电容充电，问：（1）10秒后电容的储能是多少100秒后电容的储能是多少设电容初始电压为0。

解：电容端电压：()()()00110422t tC C u t u i d d t C τττ+++=+==⎰⎰；()1021020V C u =⨯=； ()1002100200V C u =⨯=()()211010400J 2C w Cu ==； ()()2110010040000J 2C w Cu ==4-6．通过3mH 电感的电流波形如图示。

（1）试求电感端电压()L u t ，并绘出波形图；（2）试求电感功率()L p t ，并绘出波形图；（3）试求电感储能()L w t ，并绘出波形图。

第四章电容§4-1 电容和电容器教学目标1、知道什么是电容器以及常用的电容器2、理解电容器电容的概念及其定义C=Q/U，并能用来进行有关的计算3、知道平行板电容器的电容与那些因素有关,有什么关系课前练习一、复习1、导体对电流的作用称为电阻。

在一定温度下，电阻与、成正比，与成反比，即R= ，称为电阻定律。

2、线性电阻的伏安特性曲线是穿过的一条直线，所以线性电阻的阻值不随、的变化而变化。

二、预习1、两个彼此而又相互的导体，就构成了一个电容器。

这对导体叫电容器的两个。

2、电容器是储存和容纳的装置，也是储存电场能量的装置。

电容器所储存的电荷的量叫电容器的电量。

3、将电容器两极板分别接到电源的正负极上，使电容器两极板分别带上等量异号电荷，这个过程叫电容器的过程。

电容器充电后，极板间有电场和电压。

4、用一根导线将电容器两极板相连，两极板上正负电荷中和，电容器失去电量，这个过程称为电容器的过程。

教学过程一、电容器（是一种储存和的容器）1、结构两个彼此又的导体，就构成了一个电容器。

这对导体叫电容器的两个极板。

2、分类电容器按其电容量是否可变，可分为固定电容器和可变电容器，可变电容器还包括半可变电容器，它们在电路中的符号见下。

3、作用电容器是储存和容纳电荷的装置，也是储存电场能量的装置。

电容器每个极板上所储存的电荷的量叫电容器的电量。

4、平行板电容器由两块相互平行、靠得很近、彼此绝缘的金属板所组成的电容器，叫平行板电容器。

是一种最简单的电容器。

二、电容量（简称：电容）1、定义：电容器所带 与两极板间 之比，称为电容器的电容。

2、公式（定义式）：电容反映了电容器储存电荷能力的大小，它只与电容本身的性质有关，与电容器所带的 及电容器两极板间的 无关。

3、单位法拉(F)、微法(μF)、皮法(pF)，它们之间的关系为：1 F = μF = pF三、平行板电容器的电容1、电容C 跟 成正比，跟 成正比，跟 成反比。

《传感器原理与应用》及《传感器与测量技术》习题集与部分参考答案 教材：传感器技术（第3版）贾伯年主编，及其他参考书第4章 电容式传感器4-1 电容式传感器可分为哪几类？各自的主要用途是什么？答：（1）变极距型电容传感器：在微位移检测中应用最广。

（2）变面积型电容传感器：适合测量较大的直线位移和角位移。

（3）变介质型电容传感器：可用于非导电散材物料的物位测量。

4-2 试述变极距型电容传感器产生非线性误差的原因及在设计中如何减小这一误差？答：原因：灵敏度S 与初始极距0δ的平方成反比，用减少0δ的办法来提高灵敏度，但0δ的减小会导致非线性误差增大。

采用差动式，可比单极式灵敏度提高一倍，且非线性误差大为减小。

由于结构上的对称性，它还能有效地补偿温度变化所造成的误差。

4-3 为什么电容式传感器的绝缘、屏蔽和电缆问题特别重要？设计和应用中如何解决这些问题？答：电容式传感器由于受结构与尺寸的限制，其电容量都很小，属于小功率、高阻抗器，因此极易受外界干扰，尤其是受大于它几倍、几十倍的、且具有随机性的电缆寄生电容的干扰，它与传感器电容相并联，严重影响传感器的输出特性，甚至会淹没没有用信号而不能使用。

解决：驱动电缆法、整体屏蔽法、采用组合式与集成技术。

4-4 电容式传感器的测量电路主要有哪几种？各自的目的及特点是什么？使用这些测量电路时应注意哪些问题？4-5 为什么高频工作的电容式传感器连接电缆的长度不能任意变动？答：因为连接电缆的变化会导致传感器的分布电容、等效电感都会发生变化，会使等效电容等参数会发生改变，最终导致了传感器的使用条件与标定条件发生了改变，从而改变了传感器的输入输出特性。

4-6 简述电容测厚仪的工作原理及测试步骤。

4-7 试计算图P4-1所示各电容传感元件的总电容表达式。

4-8如图P4-2所示，在压力比指示系统中采用差动式变极距电容传感器，已知原始极距1δ＝2δ＝0.25mm ，极板直径D ＝38.2mm ，采用电桥电路作为其转换电路，电容传感器的两个电容分别接R ＝5.1k Ω的电阻后作为电桥的两个桥臂，并接有效值为U1＝60V 的电源电压，其频率为f ＝400Hz ，电桥的另两桥臂为相同的固定电容C ＝0.001μF 。

2024年《电容器的电容》课件一、教学内容本节课选自2024年物理教材第四章第七节“电容器的电容”。

详细内容包括：电容器的基本概念、电容器的电容定义及其计算公式、电容器的种类及其特点、电容器的串联与并联、电容器的应用等。

二、教学目标1. 让学生掌握电容器的基本概念，理解电容器的电容定义，掌握电容计算公式。

2. 使学生了解电容器的种类及特点，能够区分不同类型的电容器。

3. 让学生掌握电容器的串联与并联规律，并能应用于实际电路分析。

三、教学难点与重点重点：电容器的基本概念、电容计算公式、电容器的串联与并联。

难点：电容器的电容计算公式的应用，电容器的串联与并联在实际电路中的应用。

四、教具与学具准备1. 教具：多媒体课件、板书用具、电容器实物、实验器材等。

2. 学具：教材、笔记本、计算器等。

五、教学过程1. 实践情景引入：利用多媒体课件展示日常生活中的电容器应用实例，如电脑主板上的电容器、电子设备中的滤波电容器等，引导学生思考电容器的功能与作用。

2. 教学内容讲解：（1）电容器的基本概念、电容定义及其计算公式。

（2）电容器的种类及其特点。

（3）电容器的串联与并联规律。

（4）电容器的应用。

3. 例题讲解：讲解一道关于电容器电容计算的例题，引导学生运用所学知识解决问题。

4. 随堂练习：出几道与电容器相关的练习题，让学生当堂完成，巩固所学知识。

5. 课堂小结：六、板书设计1. 电容器的定义、计算公式。

2. 电容器的种类及特点。

3. 电容器的串联与并联规律。

4. 例题及解答。

七、作业设计1. 作业题目：（1）计算给定电容器的电容。

（2）分析电容器串联与并联电路的特点。

（3）简述电容器在实际电路中的应用。

2. 答案：（1）电容计算公式：C = Q/V，其中Q为电荷量，V为电压。

（2）串联电容器的总电容小于任一单个电容器的电容，并联电容器的总电容等于各电容器电容之和。

（3）电容器在实际电路中的应用：滤波、储能、耦合等。