物理3-1 §2.4 《电容器 电容》教案

§ 2.4 电容器电容
一、教学目标
1、了解电容器的构造、种类（以及电容器在电路图中的符号）
2、理解电容器在电路中的基本工作——充电和放电；了解电容器在技术上应用的实例。

3、知道电容的物理意义和定义，了解影响电容的因素，掌握影响平行板电容器电容的大小的因素，了解电容器的工作电压和击穿电压的意义。

二、教学重点
1、理解电容器在电路中的基本工作
2、知道电容的物理意义和定义
3、掌握影响平行板电容器电容的大小的因素
三、教学难点
1、掌握电容的概念
2、掌握影响平行板电容器电容的大小的因素
四、教学方法
问题解决、交流讨论、
五、教学过程
教师：今天我们要介绍一个在电气设备中很重要的元件——电容器。

它在我们日常生活有着很广泛的应用。

比如在计算机的线路板、收音机的线路板、电视机的线路板、VCD线路板上（PPT上播放图片）
学习本节课我们有三个任务：
1、什么是电容器？电容器的工作方式？
2、用什么来表征电容器储存电荷的本领？
3、影响平行板电容器的因素？
教师：那什么样的元件才是电容器呢？
学生：我们把在电路中具有储存电荷功能的装置叫做电容器。

教师：实际上，任何两个彼此绝缘又相互靠近的导体都具有较强的储电能力，都可以看成一个电容器。

教师：两块彼此绝缘的平行金属板即组成一类最简单的电容器，叫做平行板电容器。

大家可以打开课本40页图2-22.
教师：电容器的工作方式：FLASH演示：当原本不带电的电容器的两个极板与电源的正负极相连时，电路中有短暂电流通过，从而使两板带上等量的异种电荷，
此时，在两极板间建立了电场，电荷越多，电场越强，电势差越大。

等到合场强为零，电路中就没有电流了。

电容器充电的过程，就是两极板带上电荷的过程，也就是极板间建立电场，产生电势差，储存电场能的过程。

反之，用导线将原本带电的电容器两极板连接起来时，由于电路中有电势差，有放电电流通过，两极板上的电量中和，两极板间的电场、电势差消失，这个过程叫做放电。

电容器在电路中的工作就是这样，通过一定的方式使电容器充电后再放电，利用这一规律来达成电路的控制。

好比一个水杯的作用就是先用来盛水，然后再在某些条件下把水倒出。

电容器在电路图中的符号如如图所示，
教师：那么，第一个问题解决了。

教师：我们知道电容的作用就像水杯一样，水杯盛水的能力有所不同，而电容器容纳电荷的本领也有所不同了，那用什么物理量来表征电容器储存电荷的本领呢？——电容。

教师：我们通过实验发现，在某电容器的充电过程中，随着两极板上分别充的等量异种电荷量Q的增加，两极板间的电势差U也增大，但Q/U的比值不变；当极板上电荷量Q减少，U也与Q同比例减小，Q/U的比值也不变。

而不同电容
器的这一比值不同。

教师：这就好比一个直形水容器，同一个容器的盛水高度越高，水量就越大，但水量/水高=定值；但不同水容器的比值不一样。

这说明Q/U 这一比值能代表电容器自身的性质。

我们就用该比值来表示电容器的电容值，用符号C 表示。

U
Q C =
电容的单位是法拉，简称法，符号是F 。

1F=1C/V . F pF F F 126101,101--==μ
1F 表示电容两端电势差为1V 时储存有1C 的电荷。

2F 表示电容两端电势差为1V 时储存有2C 的电荷。

几点注意：
1、电容器是一种元件，而电容则是用来表示电容器储存电荷本领的物理量。

2、电容器容纳电荷的本领相当于直筒形容器容纳水的本领。

但电容是相当于直筒形容器的底面积，底面积越大，水位每上升1个单位高度，水量就增加的越多，而对应的电容越大，就是两极板间电压每升高1V ，两板就会多容纳更多的电量。

这里的“容纳”并不是指容器可盛的最大水量或电容器可带的最大电量。

3、直筒形容器可带的最大水量出来底面积外还要取决于它的高度，而电容器的最大电量除了电容外还要取决于它可能达到的最大电势差。

这个电势差叫做击穿电压。

当两板间的电压超过击穿电压时，板间的绝缘体会被强大的场强击穿变成
导体而放电。

所以电容器可带的最大电量Q m =C·U m 。

在电容器的外壳上写着额定
电压等参数，额定电压就是电容器安全工作时的电压上限。

4、电容是比值定义的，也就说电容器的电容大小与Q 、U 无关。

这与场强的定义类似。

********************************************************************* 例1：
电荷量的大小。

上的电源上，求每个极板把它的两极接在一个电容器的电容是V F 90,105.12μ-⨯
解：U Q C =根据电容公式 C C CU Q 6621035.19010105.1---⨯=⨯⨯⨯==得到
所以，每个极板上的电荷量为1.35 10-6C 。

********************************************************************* 强调
①F 是一个很大的单位，通常电容的单位用μF 或Pf 。

收音机里常用的电容从几个皮法到几十个微法。

②若该电容接在180V 的电压上（未超过击穿电压），则Q /=2Q ；但电容C 不变。

说明电容虽由电压和电量计算，但电压和电量的比值不变。

那么，电容器的电容大小与哪些因素有关呢？本节就以简单的平行板电容器为研究对象进行实验探究。

猜想：平行板电容器的电容大小与哪些因素有关？
学生阐述，教师归纳总结并阐述其原理——
1、两板间的正对面积；
2、两板间的距离；
3
教师：那如何观察到电容器的电容变化呢？
教师：我们知道U
Q C ，如果让电容器两的电荷量保持不变，那么可以通过观察电容两端的电势差来判断，如果电势差减小，说明电容增大；如果电势差增大，说明电容减小。

那我们怎么测两平行板间的电压？能不能用电压表来测呢？
学生1：可以。

学生2：不可以。

教师：显然，是不能用电压表来测量，因为电压表是用来测持续电流情况下用电器两端的电压。

对于平行板电容器，不可能产生持续电流，因而不能用电压表来测。

那怎么办呢？
教师：诶，别着急。

我们之前学过指针式验电器也叫静电计，这是有它的道理。

今天，我们就知道原因了。

那静电计的指针偏转与什么因素有关呢？ 学生：电荷量
教师：没错，电荷量越大，指针偏转角度也越大。

不过，这还不够确切。

准确地说是与静电计两端的电势差有关。

那有什么样的关系呢？我们来看一组实验。

…………
（是把电源两端电压加在静电计的金属球和金属外壳上，通过改变电压来观察指针的偏转情况）
教师：我们发现指针偏转与电势差有关，电势差越大，指针偏转角度也越大，电势差小，指针偏转角度小。

因此，我们可以用静电计来测平行板两端的电势差。

也就说我们下面只需观察静电计的指针偏转，就可以知道电容的变化。

指针偏转角度变大，电容变小；偏转角度变小，电容变大。

这样我们的实验思路就有了，我们利用静电计测两端电势差，通过控制变量法来研究各因素分别对电容大小的影响。

a/保持Q 、S 不变，改变距离d ，观察静电计指针偏转；
b/保持Q 、d 不变，改变正对面积S ，观察静电计指针偏转；
c/保持Q 、d 、S 不变，插入介质，观察静电计指针偏转；
（画一张表格记录实验现象）
教师：下面我们来看一段别人做的实验视频。

（播放）
课后思考：静电计与电压表在测量上有何不同？
教师：大量的研究表明，在真空中，平行板的电容器的电容C 与正对面积S 成正比，与极板间的距离d 成反比，在国际单位制下，有
kd
S C π4= 当两极板间充满同一种介质时，对应的电容量是真空时的ε倍，即
kd
S C πε4= 教师：那几种常见的电介质的介电常数如下表
教师：电容器是重要的电源元件，现代化的机械、仪表、探测工具等，都离不开电容器。

在实际生活中电容器的种类很多，我们可将电容器按按导体极板间所用的电介质分类：空气电容器、云母电容器、纸质电容器、陶瓷电容器、涤纶电容器、电解电容器；按电容是否可变可分为可变电容器、固定电容器。

教师：当然，电容器的应用是相当广泛的。

比如
1、照相机的电子闪光灯
2、电容器可以测量水位
kd
S C πε4=
3、驻极体话筒，驻极体话筒的振动膜和金属板构成了一个容量约几十皮法的电
容器。

在外界声波的作用下，电容随之改变，由于驻极体振动膜上的电荷量不变。

电容器两端电压随声波的变化而变化。

这样，驻极体话筒就把声音信号转变为电信号。

详细内容大家可以看课本42页。

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五、板书设计。