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1、2022年人教版高中選修3-1 第1章第8節(jié) 電容器的電容(教案)
【知識與技能】
1.知道什么是電容器及常見的電容器
2.知道電容器充電和放電時的電流情況
3.理解電容器電容的概念及物理意義
【過程與方法】
通過觀察視頻,了解電容器的構(gòu)造和特點(diǎn),通過類比法理解電容器的電容概念。
【情感態(tài)度與價(jià)值觀】
1.培養(yǎng)學(xué)生互相討論,互相協(xié)助,大膽創(chuàng)新的精神。
2.滲透內(nèi)因決定事物本質(zhì)的哲學(xué)觀點(diǎn),
3.展示電容器兩極帶等量異種電荷,讓學(xué)生體會物理學(xué)中的對稱美
【教學(xué)過程】
★重難點(diǎn)一、電容器和電容★
一、電容器
1.電容器的功能和構(gòu)造
(1)功能:儲存電荷和電能
2、的元件
(2)構(gòu)造:兩個彼此絕緣又互相靠近的導(dǎo)體組成一個電容器
(3)平行板電容器:兩塊彼此隔開平行放置的金屬板構(gòu)成的最簡單的電容器.兩塊金屬板稱為電容器的兩極.
(4)電容器的電荷量:電容器工作時,它的兩塊金屬板的相對表面總是分別帶上等量異種電荷+Q和-Q,任意一塊極板所帶電荷量的絕對值.叫做電容器的電荷量.
2.電容器的充電和放電
(1)充電:電源使電容器的兩極板帶上等量異種電荷的過程.如圖甲.
(2)放電:用導(dǎo)線將充好電的電容器的兩極板相連,使兩極板的異種電荷中和的過程,如圖乙.
(3)電容器充放電時的能量轉(zhuǎn)化:充電后,電容器儲存了電能.放電時,儲存的電能釋放出來,轉(zhuǎn)化
3、為其他形式的能.
二、電容
1.定義:電容器所帶的電荷量Q與電容器兩極板間電勢差U的比值,叫做電容器的電容.
2.定義式:C=.
3.物理意義:電容是描述電容器儲存電荷能力的物理量.
4.單位:法拉,簡稱法,符號F,還有微法(μF)和皮法(pF),關(guān)系1 F=106μF=1012 pF.
5.對電容定義式C=的理解
(1)電容由電容器本身的構(gòu)造決定
電容器的電容是反映電容器容納電荷本領(lǐng)大小的物理量,用比值C=來定義,但它卻與Q、U無關(guān),是由電容器自身的構(gòu)造決定的,即使電容器不帶電,其電容仍然存在,并且是一個確定的量.
(2)定義式C=表明,電容器所帶的電荷量由電容器的電容和電
4、容器兩極板間的電勢差U決定,Q與U成正比.與C成正比.但不能說電容C與Q成正比,與U成反比.
6.通過Q -U圖象來理解C=
電容的Q -U圖象是一條過原點(diǎn)的直線,其斜率等于電容器的電容.其中Q為一個極板上所帶電荷量的絕對值,U為兩極板間的電勢差,可以看出,電容器電容也可以表示為C=,即電容器的電容的大小在數(shù)值上等于兩極板間的電壓增加(或減小)1 V所需增加(或減小)的電荷量.
三、常見的電容器
1.電容器的種類
(1)按電容是否可變
①固定電容器:固定電容器的電容是固定不變的,如聚苯乙烯電容器和電解電容器.
②可變電容器:是一種可以改變電容大小的電容器,通常由兩組鋁片組成,
5、其中一組固定不動的叫定片,另一組可以轉(zhuǎn)動的叫動片,轉(zhuǎn)動動片時,兩組鋁片的正對面積發(fā)生變化,電容就隨著改變.可變電容器的絕緣物質(zhì)通常為空氣或塑料介質(zhì).
(2)按照電介質(zhì)不同
有紙介電容器、陶瓷電容器和電解電容器等
2.電容器的符號
(1)固定電容器:符號為“”
(2)可變電容器:符號為“”
(3)電解電容器:符號為“”
3.擊穿電壓和額定電壓
(1)擊穿電壓:加在電容器兩極板上的電壓不能超過某一限度,超過這個限度,電介質(zhì)將被擊穿,電容器損壞,這個極限電壓稱為擊穿電壓.
(2)額定電壓:電容器長期工作時所能承受的電壓.電容器外殼上標(biāo)的就是額定電壓,它比擊穿電壓要低.
【典型例題
6、】如右圖所示連接電路,電源電動勢為6V,先使開關(guān)S與1端相連,電源箱電容器充電,這個過程可以瞬間完成,然后把開關(guān)S擲向2端,電容器通過電阻R放電,電流傳感器將測得的電流信息傳入計(jì)算機(jī),屏幕上顯示出電流隨時間變化的圖線如圖所示,據(jù)此圖可估算電容器釋放的電荷量,并進(jìn)而估算電容器的電容為
A.0.2F B. C. D.
【答案】D
★重難點(diǎn)二、平行板電容器★
一、平行板電容器
1.平行板電容器
(1)基本結(jié)構(gòu):由兩塊彼此絕緣、互相靠近的平行金屬板組成,是最簡單的,也是最基本的電容器.
(2)板間電場:板間(除邊緣外)形成勻強(qiáng)電場,電
7、場強(qiáng)度大小為E=U/d,方向垂直極板平面.
2.平行板電容器的電容大小的決定因素探究
(1)方法:采取控制變量法,在電容器帶電荷量Q不變的情況下,只改變電容器的極板正對面積S,板間距離d,板間電介質(zhì)εr中的一個量.
(2)靜電計(jì)電勢差的意義:由于靜電計(jì)的金屬球與其中一個極板相連,兩者電勢相等,靜電計(jì)的金屬外殼與另一個極板相連(或同時接地),兩者電勢相等.所以靜電計(jì)的電勢差實(shí)質(zhì)上也反映了電容器兩極板間的電勢差的大小.
3.平行板電容器的電容(實(shí)驗(yàn)結(jié)論)
平行板電容器的電容C與極板的正對面積S及板間的電介質(zhì)的相對介電常數(shù)εr成正比,與極板間距離d成反比,則C=.
4.C=與C=的比較
8、
公式
內(nèi)容
C=
C=
公式特點(diǎn)
定義式
決定式
意義
對某電容器Q∝U,但=C不變,反映容納電荷的本領(lǐng)
平行板電容器,C∝εr,C∝S,C∝,反映了影響電容大小的因素
聯(lián)系
電容器容納電荷的本領(lǐng)由Q/U來量度,由本身的結(jié)構(gòu)(如平行板電容器的εr、S、d等因素)來決定
【特別提醒】
(1)上述實(shí)驗(yàn)只能證明電容C與εr、S和d有關(guān),公式C=是進(jìn)一步精確實(shí)驗(yàn)得出的.式中的k為靜電力常量.
(2)公式中,εr是一個常數(shù),與電介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān),稱為電介質(zhì)的相對介電常數(shù).真空的相對介電常數(shù)為1,空氣的相對介電常數(shù)與1十分接近.
(3)公式C=為平行板電容器的決定式,此式
9、表明電容器C完全由電容器本身決定,與電容器所帶電荷量Q及極板間電壓U無關(guān).
二、平行板電容器的動態(tài)分析
1.兩類基本問題
(1)電容器和一電源相連,讓電容器的某一物理量發(fā)生變化,求其他物理量的變化。處理原則:電容器上的電壓不變。
(2)電容器和電源連接后再斷開,電容器的某一物理量發(fā)生變化,求其他物理量的變化。處理原則:電容器上的電荷量不變。
2.處理思路
(1)確定不變量,分析是電壓不變還是所帶電荷量不變。
(2)用決定式C=分析平行板電容器電容的變化。
(3)用定義式C=分析電容器所帶電荷量或兩極板間電壓的變化。
(4)用E=分析電容器極板間場強(qiáng)的變化。
3.電容器動態(tài)變
10、化的兩類問題比較
分類
充電后與電池兩極相連
充電后與電池兩極斷開
不變量
U
Q
d變大
C變小Q變小E變小
C變小U變大E不變
S變大
C變大Q變大E不變
C變大U變小E變小
εr變大
C變大Q變大E不變
C變大U變小E變小
【特別提醒】
討論與電容器相關(guān)的各物理量的變化依據(jù)主要有三個:
(1)平行板電容器的電容的決定式C=.
(2)平行板電容器內(nèi)部是勻強(qiáng)電場E=.
(3)電容器所帶電量Q=CU.
【典型例題】(多選)如圖所示,平行板電容器 A、B 間有一帶電油滴 P 正好靜止在極板正中間,現(xiàn)將 B 板向下移動一點(diǎn),其它條件不變,則
A.油滴將向下加速,電流計(jì)中電流由 b 流向 a
B.油滴將向下加速,電流計(jì)中電流由 a 流向 b
C.油滴運(yùn)動的過程中電勢能將增大
D.油滴運(yùn)動的過程中電勢能將減少
【答案】BC