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第二章 電勢能與電勢差
電容器 電容
2.作用：
兩個互相靠近彼此絕緣的導(dǎo)體。
一.電容器
電容器能貯藏電量和能量 .
1.組成：
平行板電容器
在兩個正對的平行金屬板中間夾上一層絕緣物質(zhì)——電介質(zhì)，就組成一個平行板電容器。
最簡單的電容器：
兩極
電介質(zhì)
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3.電容器的工作方式
(1)電容器的充電
把電容器的兩個極板和電池的正負極相連,兩個極板就分別帶上了等量的異種電荷,這個過程叫充電.
一個極板上所帶電量的絕對值叫電容器的電量Q.
充了電的電容,兩極板間就存在勻強電場,兩板電壓U.
從電源獲得的電能儲存在電場中,這種能量叫電場能.
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(2)充電過程特點:
當電容器充電結(jié)束,電容器所在電路中無電流,電容器兩板間電壓與電源電壓相等.
1.有電流,電流方向流入電容器正極板,電流強度由大變小;
2.電容器所帶電量增加;
3.電容器兩極板電壓升高;
4.電容器中勻強電場的場強增大;
5.電源的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為其它形式的能.
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(3)電容器的放電
把充電后的電容器兩極板接通,兩極板上的電荷中和,電容器不再帶電,這個過程叫放電.
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(4)放電過程特點:
1.有電流,電流方向流出電容器正極板,電流強度由大變小;
當電容器放電結(jié)束,電容器所在電路中無電流,電容器兩板間電壓等于零電容器中勻強電場的場強為零.
2.電容器所帶電量減少;
3.電容器兩極板電壓降低;
4.電容器中勻強電場的場強減小;
5.電場能轉(zhuǎn)化為其它形式的能.
3.電容器是儲存電場能的裝置
電容器的電荷量 Q ：一個極板所帶電量的絕對值。
（1）若保持與電源連接，則板間電壓 U 不變；
（2）若斷開電源，則極板所帶電量 Q 不變。
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圓柱型水容器的儲水問題:
h
h
A
B
C
1. 水位每升高 h，試比較 A、B、C 的儲水量, 哪個儲水本領(lǐng)大？
2. 如何反映其儲水本領(lǐng)？
既然電容器是用來儲存電荷的，怎樣描述電容器容納電荷的本領(lǐng)呢？
議一議
電容 C
那電容器儲存電荷的本領(lǐng)如何表征呢？
+ + + + + + +
- - - - - - -
容納儲存水
容納儲存電荷
電荷量 Q
水量 V
電勢差 U
水位差 h
橫截面 S
電容器
水容器
S = V /h
議一議
怎樣學(xué)好電容這個物理量？
1.引入目的:為了描述電容器本身容納電荷本領(lǐng)大小的特性.
2.量度方式:
任意電容器電容的定義式(度量式).
電容器的電容等于兩極板間每升高（或降低）1V增多（或減少）的電量。
二.電容
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4.矢標量:標量.
5.單位換算:
6.測量方法:根據(jù)電容的定義式(度量式)進行測量.
式中的各量均代入絕對值進行計算.
1C/V=1F(法拉)
1F=106μF=1012pF
標量.兩個標量相除結(jié)果一定是標量.
3.決定因素:電容是電容器本身的一種屬性,由電容器本身的物理條件決定。與電容器兩極板是否帶電、帶電量的多少以及兩板間的電壓均無關(guān)。
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三．平行板電容器的電容
實驗方法：控制變量法
實驗原理: 充電后，切斷電容器與電源的連接，電容器所帶電荷量Q不變。當改變電容器的物理條件時,由電勢差的變化根據(jù)電容的定義式就可以推知電容的變化.
實驗器材:
靜電計(電勢差計)反映兩極板之間的電壓，電壓越大，靜電計的指針偏轉(zhuǎn)的角度就越大。
大膽猜想: 平行板電容器的電容跟哪些因素有關(guān)系？
實驗結(jié)論
實驗公式
Q、S保持不變時，d越大，C越小
Q、 d 保持不變時， S越大，C越大
Q、d、S保持不變時， 插入介質(zhì)，C越大
C和d成反比
C與S成正比
C與ε成正比
平行板電容器電容的決定式(函數(shù)式).
四.電容器種類
實用電容器的種類很多，可根據(jù)不同特點進行分類．
1、根據(jù)電容器極板形狀分為： 　　平行板電容器、球形電容器、柱形電容器等．
2、根據(jù)電容器極板間電介質(zhì)分為： 　　真空電容器、空氣電容器、云母電容器、紙介電容器、陶瓷電容器、聚四氟乙烯電容器、電解電容器等．
3、根據(jù)電容器電容是否變化分為： 　　固定電容器、可變電容器、半可變電容器等．
五．常用電容器
鋁電解電容器
六.電容器的兩個重要參量：
電容器長期工作所能承受的電壓，叫額定電壓。
加在電容器兩極上的極限電壓叫擊穿電壓。
額定電壓應(yīng)低于擊穿電壓.
電容值和額定電壓
思考題：某一電容器標有“100μF，200V”的含義？
七.電容器的應(yīng)用
1.測角度的電容傳感器
2.測夜面高度的電容傳感器
4.測壓力的電容傳感器
3.測位移X的電容傳感器
③根據(jù)電容器極板形狀分為：平行板電容器、球形電容器、柱形電容器等
小結(jié)1 電容器
①電容值；②額定電壓值。
電容傳感器
1.分類
①根據(jù)電容器電容是否變化分為固定電容器、可變電容器和半可變電容器等。
②根據(jù)電容器極板間電介質(zhì)分為：真空電容器、空氣電容器、云母電容器、紙介電容器、陶瓷電容器、聚四氟乙烯電容器、電解電容器等
2.電容器的兩個重要參量
3.電容器的重要應(yīng)用
通交流,阻直流;通高頻,阻低頻.
小結(jié)2 電容
1.引入目的:為了描述電容器本身容納電荷本領(lǐng)大小的特性.
2.量度方式:
任意電容器電容的定義式(度量式).
3.決定因素:電容是電容器本身的一種屬性,由電容器本身的物理條件決定。與電容器兩極板是否帶電、帶電量的多少以及兩板間的電勢差均無關(guān)。
平行板電容器電容的決定式(函數(shù)式).
4.矢標量:標量.
5.單位換算:
6.測量方法:根據(jù)電容的定義式(度量式)進行測量.
式中的各量均是標量, 代絕對值進行計算.
1C/V=1F(法拉)
1F=106μF=1012pF
標量.兩個標量的運算結(jié)果一定是標量.
電容器 電容
專題
(1)電容器的充電(放電)
當電容器充電(放電)結(jié)束,電容器所在電路中無電流,電容器兩板間電壓(等于零)與電源電壓相等.
1.有電流,電流方向流入(出)電容器正極板,電流強度由大變小;
2.電容器所帶電量增加(減少);
3.電容器兩極板電壓升高(降低);
4.電容器中勻強電場的場強增大(減小);
5.電源的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電容器中勻強電場的電場能.(勻強電場的電場能轉(zhuǎn)化為其它形式的能. )
專題一理解電容器的充電和放電過程及其特點
放電過程實際是正、負電荷中和的過程 .
1．如圖所示，S閉合的瞬間和平行板電容器充電穩(wěn)定后增大兩極板距離的過程中，對電阻R來說，有無電流通過，如果有，方向怎樣
·
A
B
R
S
C
·
·
·
·
（1）R上有從A到B的電流
過程一:電源給電容器充電,R上有從A到B的電流,當電容器的電壓等于電源電壓時,充電結(jié)束,電容器的上、下極板帶等量正、負電荷。
過程二:當增大兩板距離時,電容器的電容減小；當電路穩(wěn)定后,電容器的電壓跟電源的電壓相等,說明電容器的電量減小,因此在增大兩極板距離的過程中,電容器放電,R上有從B到A的電流.
（2）R上有從B到A的電流.
專題二對電容器電容的兩個公式的理解
任意電容器電容的定義式(度量式).
平行板電容器電容的決定式(函數(shù)式).
對一個確定的電容器,其電容已確定,不會隨其帶電量和兩板電壓的改變而改變.
平行板電容器電容的大小由ε、s和d共同決定.
2．如圖所示，把平行板電容器的兩板分別和電源的正、負極相接，兩板相距 d ，電源電壓為 U ，電容器電容為 C 。將電鍵 K 閉合 ，將 A 板向上移，使AB板間的距離為2d ，通過電源的電量為多大？
A
B
S
·
·
過程一:電源給電容器充電,電容器所帶電量即通過電源的電量為
U不變
ε、S不變
過程二:電容器放電, 放電過程中通過電源的電量為CU/2
1．如圖是描述對給定的電容器充電時電量Q、電壓U、電容C之間相互關(guān)系的圖象，其中正確的有：
Q
C
Q
O
A
C
U
O
B
Q
U
O
C
C
O
D
BCD
任意電容器電容的定義式(度量式).
任意電容器電量的決定式(函數(shù)式).
構(gòu)建和諧社會
2．有一充電的平行板電容器，兩板間電壓為3V，現(xiàn)使它的電量減少3×10－4 C是電容器兩極間電壓降為原來的1/3此電容器的電容是_________μF，電容器原來的帶電量是__________C，若電容器極板上的電量全部放掉，電容器的電容是________μF.
150
150
當電壓降為原來的1/3即為1V時,電壓的減小量為2V
Q
U
O
·
·
(U1 Q1)
U1
U2
Q1
(U2 Q2)
Q2
ΔQ
ΔU
電容器的電容等于兩極板間每升高（或降低）1V增多（或減少）的電量。
注意區(qū)分狀態(tài)量和過程量.
3．如圖所示，平行金屬板A、B組成的電容器，充電后與靜電計相連.要使靜電計指針張角變大 ，下列措施中可行的是： A.將A板向上移動 B.將B板向右移動 C.將A、B之間充滿電介質(zhì) D.將A板放走部分電荷
A B
ABC. 電容器充電后與電源切斷聯(lián)系,電量Q不變.
D.
C不變
討論問題,先看常量,再看變量.
A
B
·
·
Ε(S、d)的變化
C的變化
U的變化
Q變小
Q不變
U變小
專題三平行板電容器的Q、U、C、E動態(tài)分析
解題程序:1. 寫出上述三個公式;2.先看常量，后看變量;3,在變量中先看自變量，后看因變量,進而確定函數(shù)關(guān)系;4.先定性分析,再定量計算.
第二類問題:平行板電容器充電后，繼續(xù)保持電容器兩極板與電池兩極相連接，兩板間的電壓U保持不變。
物理依據(jù)
任意電容器電容的定義式(度量式).
平行板電容器電容的決定式(函數(shù)式).
勻強電場場強的度量式.
第一類問題:平行板電容器充電后，切斷與電源的連接，電容器的帶電量Q保持不變。
1．兩塊平行金屬板帶等量異號電荷，要使兩板間的電壓加倍， 而板間的電場強度減半，可采用的辦法有：
A.兩板的電量加倍，而距離變?yōu)樵瓉淼?倍
B.兩板的電量加倍，而距離變?yōu)樵瓉淼?倍
C.兩板的電量減半，而距離變?yōu)樵瓉淼?倍
D.兩板的電量減半，而距離變?yōu)樵瓉淼?倍
C
ε、S不變
討論平行板電容器的Q 、U、 C 、E的動態(tài)變化,應(yīng)該先看常量,后看變量,并且注意度量式和決定式物理意義的不同.
理論根據(jù)
2．連接在電池兩極上的平行板電容器，當兩極板間的距離減小時： A.電容器的電容C變大 B.電容器極板的帶電量Q變大 C.電容器兩極間的電勢差U變大 D.電容器兩極板間的電場強度E變大
ABD
ε、S不變
d減小
C變大
U不變
Q變大
U不變
E變大
第二類問題:U不變
3．一平行板電容器充電后與電源斷開，負極板接地，在兩極板間有一正電荷(電量很小)固定在P點.如圖所示，用E表示兩極板間場強，U表示電容器的電壓，ε表示正電荷在P點的電勢能，若保持負極板不動，將正極板移到圖中虛線所示的位置，則： A.U變小，E不變 B.E變大， ε不變 C.U變小， ε不變 U不變， ε不變
+
P
·
AC
場強E不變，P點到下極板間的距離不變，P點與零勢面的電勢差不變, 把點電荷從P點移到零勢面電場力所做的功不變,故點電荷在P點的電勢能ε不變．
d減小
ε、S不變
C變大
Q不變
U減小
與d無關(guān).
第一類問題:Q不變
推論:當Q一定時,改變d,場強不變.
專題四電容傳感器
傳感器是將所感受到的一種非電學(xué)物理量轉(zhuǎn)換成便于檢測的電學(xué)物理量的器件。常用于檢測和自動控制.
F
θ
S
H
傳感器：非電學(xué)量→傳感器→電學(xué)量
1．傳感器是把非電學(xué)量(如速度、溫度、壓力等)的變化轉(zhuǎn)換成電學(xué)量變化的一種元件，在自動控制中有著相當廣泛的應(yīng)用。如圖所示是一種測定液面高度的電容式傳感器的示意，金屬芯線與導(dǎo)電液體形成一個電容器，從電容C大小的變化就能反映液面的升降情況，兩者的關(guān)系是： A.C增大表示h增大 B.C增大表示h減小 C.C減小表示h減小 D.C減小表示h增大
AC
導(dǎo)電液體
金屬芯線
電解質(zhì)
h
h增大
S增大
正對面積意義
ε、d不變
C增大
非電學(xué)量
電學(xué)量
傳感器
3.思考討論
(1)電容器充電后保持和電源連接
U不變
C減小
d增大
E=U/d減小
Q=UC減小
C增大
Q=UC增大
s增大
E=U/d不變
(2)電容器充電后斷開和電源連接
Q不變
d增大
C減小
U=Q/C增大
E=U/d不變
s增大
C增大
U=Q/C減小
E=U/d減小
八.平行板電容器的U、 Q 、 C 、 E動態(tài)分析
(1)平行板電容器充電后，繼續(xù)保持電容器兩極板與電池兩極相連接，兩板間的電壓U保持不變,
(2)平行板電容器充電后，切斷與電源的連接，電容器的帶電量Q保持不變.
1.理論根據(jù)
2.兩種情況
備份

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