电工技术基础与技教案

42

课

题 4.1电容器和电容

课型 新课

授课班级 授课时数 1

教学目标 1．了解常用电容器，理解电容器的电容概念。

2．理解决定平行板电容器的电容大小的因素。

3．掌握电容的计算公式。

教学重点 1．平行板电容器电容的计算。

2．电容是电容器的固有特性。

教学难点 电容是电容器的固有特性。

学情分析 学生以前没有接触过这方面的知识。

教学效果

教后记

课前复习

1．电压源、电流源的概念。

43

新课 2．电压源和电流源等效变换的条件。

4.1 电容器和电容

一、电容器

1．电容器—— 任何两个彼此绝缘而又互相靠近的导体都可以组成电容器。

2．当电容器与直流电源接通时，电源两极的电荷就会在电场力的作用下，向电容器的极板上移动，使与电源正极相连接的极板上带正电荷，与电源负极的极板上带负电荷，从而在电容器两极板间建立起电压。

3．充电——使电容器带电的过程称为充电。

4．放电—— 使电容器失去电荷的过程称为放电。

二、电容

1．电容器两极所带的电荷量越多，产生的电压也越高，且对于一定 的电容器，极板上所带电荷量与极板间电压的比值是常数，这一比值为电容器的电容。

2．C=Uq，式中

C——电容

q—— 电荷量

U——两极板间的电压

3．单位：1F=106μF=1012pF

三、平行板电容器的电容

1．平行板电容器的电容与介电常数成正比，与正对面积成正比，与极板的距离成反比。

2．CεdS，式中：

ε－介电常数 法拉/米（Fm）

S－正对的面积 平方米（m2）

d－两极板间的距离 米（m）

电介质的介电常数ε由介质的性质决定的。真空介电常数

ε0=8.861012Fm

相对介电常数

εr0

例1：平行板电容器的极板面积为100cm2，两极板间的介质为空气，两极板间的距离为5mm，现将电压为120V的直流电源接在电容器的两端。求

（1）该平行板电容器的电容及所带的电荷量。

（2）若将电容器的两极板浸入相对介电常数为2.2的油中，此时电容又是多大？

44

练习 P68习题

1．是否题（1）、（2）。

2．选择题（1）～（3）。

3．问答与计算题（1）、（2）。

小结 1．电容的定义。

2．平行板电容器的电容的计算。

3．电容是电容器的固有特性。

布置作业 P69习题

3．填充题（1）～（3）。

4．问答与计算题（4）、（5）。

59

课

题 4.2电容器的连接

课型 新课

授课班级 授课时数 1

教学目标 1．掌握电容器串联、并联的性质，能根据要求正确选择连接方式。

2．掌握等效电容和安全电压的计算。

教学重点 1．电容器串联、并联的性质。

2．等效电容和安全电压的计算。

教学难点 安全电压的计算。

学情分析 学生第一次接触电容器的连接。

教学效果

教后记

60

新课 课前复习

P70问答与计算题（3）

4.2 电容器的连接

一、电容器的串联

1．电容器的串联：把几只电容器的极板首尾相接，连成一个无分支电路的连接方式。如图

2．串联的性质

设各电容为C1、C2、C3的电容器上的电压为U1、U2、U3

U1=1Cq；U2=2Cq；U3=3Cq

UU1 U2 U3q(11C21C31C)

C111C21C31C

结论：（1）q1=q2 =q3 =q

（2）U=U1+U2+U3

（3）C1=11C+21C+31C

串联电容的总电容的倒数等于各电容的电容倒数之和。

3．串联的作用：增大耐压，但电容减小。

例1：P62例2

二、电容器的并联

1．电容器的并联：把几只电容器的正极连在一起，负极也连在一起，这就是电容器的并联。如图所示。

61

2．性质

设每只电容器的电压都是U，电容分别为C1、C2、C3，所带电荷量分别为q1、q2、q3，

结论：（1）qq1q2q3

（2）U = U1 = U2 = U3

（3）CC1C2C3

并联电容器的总电容等于各电容器的电容之和。

例2：有两只电容器，电容分别为10µF和20µF。它们的额定工作电压为25 V和15 V，并联后，接在10 V电源上。求：

（1）q1、q2及C；（2）最大允许的工作电压。

练习 两只电容器，其中一只为0.25 F、250V，另一只为0.5 F、300 V，试求：（1）它们并联后的等效电阻；（2）它们串联后的等效电容和耐压值。

小结 1．电容器串联的性质。

2．电容器并联的性质。

3．电容器安全电压的计算。

布置作业 P70习题

3．填充题（4）、（5）。

4．问答与计算题（6）～（8）。 q1C1U

q2C2 U

q3 C3 U

qq1q2q3 q(C1C2C3 )U

62

新课

课

题 4.3电容器的充电和放电

课型 新课

授课班级 授课时数 1

教学目标 1．理解电容器的储能特性及其在电路中能量的转换规律。

2．掌握电容器中电场能量的计算。

教学重点 1．电容器充、放电过程中，电路中的电流和电容器两端电压的变化规律。

2．电容器质量的判别。

教学难点 电容器质量的判别。

学情分析 学生已掌握了电容方面的一些知识。

教学效果

教后记

课前复习

1．串联电容器的总电容、并联电容器的总电容的计算公式。

2．何种情况下需要把电容器串联起来？何种情况下需要把电容器并联起来？

63 3．P68习题 1．是非题（3）～（5）。

4.3 电容器的充电和放电

一、电容器的充电

开关S合向1，电容器充电。

1．现象：

（1）白炽灯开始较亮，逐步变暗。

（2）○A1的读数由大变小。

（3）○V的读数变大。

（4）最后○A1指向0，○V的大小等于E。

2．解释：

电源正极向极板供给正电荷，电源负极向极板供给负电荷。电荷在电路中形成定向移动，产生电流，两极板间有电压。

S刚合上时，电源与电容器之间存在较大的电压，使大量电荷从电源移向电容器极板，产生较大电流，随着电荷的增加，电压减小，电流减小。当电容器两端电压等于电源电压时，电荷停止定向移动，电流为0，灯不亮。

二、电容器的放电

S合向2，电容器放电。

1．现象：

（1）白炽灯开始较亮，逐渐变暗，直至熄灭。

（2）○A2开始较大，逐渐变小，电流方向与刚才充电方向相反，直至指示为0。

（3）开始○V指示为E，逐渐下降，直至为0。

2．解释：

放电过程中，由于电容器两极板间的电压使回路中有电流产生。开始这个电压较大，因此电流较大，随着电容极板上的正、负电荷的中和，极板间的电压逐渐减小，电流也减小，最后放电结束，极板间不存在电压，电流为零。

3．结论：

当电容器极板上所储存的电荷发生变化时，电路中就有电流流过；若电容器极板上

64 所储存的电荷量恒定不变时，则电路中就没有电流流过。电路中的电流为

itqCtuC

三、电容器的质量判别

1．用R100或R1k挡。

2．将万用表分别与电容器两端接触，指针发生偏转并回到接近起始的地方，说明电容器的质量很好。

3．若指针偏转后回不到起始位置的地方，而停在标度盘的某处说明电容器的漏电很大，这时指针所指出的电阻数值即表示该电容器的漏电阻值。

4．若指针偏转到零位置之后不再回去，则说明电容器内部已经短路；如果指针根本不偏转，则说明电容器内部可能断路，或电容量很小。

4.4 电容器中的电场能量

1．充电时，q↑→Uc↑电压与电荷量成正比：qCuC

2．电源输入电荷量为q时所做的总功，也就是存储于电容器中的总能量。

Wc21qUC 21CUC2

式中：C——电容器的电容 单位：F（法拉）

UC——电容器两端的电压 单位：V（伏特）

Q——电容器所带的电荷量 单位：C（库仑）

W——电容器储存的电场能量 单位：J（焦耳）

3．结论：

电容器中存储的电场能量与电容器的电容成正比，与电容器两极板之间的电压平方成正比。

4．电容器是一种储能元件，当电容器两端电压增加时，电容器便从电源吸收能量储存在它两极板的电场中，当电容器两端电压降低时，它便把储存的电场能量释放出来。电容器本身只与电源进行能量交换，不消耗能量。

练习 P 68习题

1．是非题（9）。

3．填充题（6）～（9）。