水可以用容器儲存起來,電荷也可以用一個“容器”儲存起來。圖中的元件就是這樣的“容器” ——電容器。那么,它內(nèi)部的構(gòu)造是怎樣的?它是怎樣“裝進(jìn)”和“倒出”電荷的呢?
電容器從外形上來看有很多種,有方的,扁的,圓柱型的
1.定義:在兩個相距很近的平行金屬板中間夾上一層絕緣物質(zhì)——電介質(zhì)(空氣也是一種電介質(zhì)),就構(gòu)成了一個最簡單的電容器,叫做平行板電容器。
任何兩個彼此絕緣又相互靠近的導(dǎo)體都可以構(gòu)成電容器。
觀察電容器的充.放電現(xiàn)象
2、把直流電源、電阻、電容器、電流表、電壓表以及單刀雙擲開關(guān)組裝成實驗電路。
3、把開關(guān)S接1,此時電源給電容器充電。
現(xiàn)象:在充電過程中,(1)電壓表示數(shù)迅速增大,隨后逐漸穩(wěn)定在某一數(shù)值,表示電容器兩極板具有一定的電勢差。(2)通過觀察電流表可以知道,充電時電流由電源的正極流向電容器的正極板。同時,電流從電容器的負(fù)極板流向電源的負(fù)極。(3)隨著兩極板之間電勢差的增大,充電電流逐漸減小至0。結(jié)果:此時電容器兩極板帶有一定的等量異種電荷。即使斷開電源,兩極板上的電荷由于相互吸引而仍然被保存在電容器中。
能量變化:電容器充電的過程中,兩極板的電荷量增加,極板間的電場強度增大,電源的能量不斷儲存在電容器中。
1、充電:使電容器的兩個極板分別帶上等量的異種電荷,這個過程叫充電。電容器的帶電量Q:每個極板上所帶電量的絕對值。
2、操作:把開關(guān)S接2,電容器對電阻R放電。3、現(xiàn)象:(1)觀察電流表可以知道,放電電流由電容器的正極板經(jīng)過電阻R流向電容器的負(fù)極板,正負(fù)電荷中和。(2)此時兩極板所帶的電荷量減小,電勢差減小,放電電流也減?。?)最后兩極板電勢差以及放電電流都等于04、結(jié)果:電容器帶電量為零5、能量轉(zhuǎn)化:放電的過程中,電容器把儲存的能量通過電流做功轉(zhuǎn)化為電路中其他形式的能量。
1、放電:已經(jīng)充電的電容器兩極板上的電荷的中和過程,叫放電。
用傳感器觀察電容器的放電過程
微元法:?Q =I ?t
面積表示放電過程中電容器的放電量
實驗電路圖如圖,取一個電容器A和電壓表相連,操作步驟:1、把開關(guān)S接1,用幾節(jié)干電池串聯(lián)后給A充電,可以看到A充電后兩極板具有一定的電壓。2、把開關(guān)S接2,使另一個相同的但不帶電的電容器B圖實驗電路圖跟A并聯(lián);現(xiàn)象:可以看到電壓表示數(shù)變?yōu)樵瓉淼囊话耄?、斷開開關(guān)S1,閉合開關(guān)S2,讓B的兩極板完全放電,隨后再斷開開關(guān)S2,把B和A并聯(lián),電壓表示數(shù)再次減少一半還可以繼續(xù)這樣操作。 實驗表明,電容器的電荷量變?yōu)樵瓉淼囊话霑r其兩極板間的電勢差也變?yōu)樵瓉淼囊话搿?br/>結(jié)論:一個電容器所帶的電荷量Q與兩極板之間的電勢差U之比是不變的。
探究:電容器兩極板間電勢差跟所帶電荷量的關(guān)系
1.定義:電容器所帶電量 Q 與電容器兩極板間電勢差U 的比值,叫電容器的電容。(符號:C) 定義式: 2.電容器的電容由本身結(jié)構(gòu)決定,與Q、U 無關(guān).3.單位:法拉(F ) 1F=1C/ V 1F=106μF=1012pF4.物理意義:描述電容器容納電荷的本領(lǐng)。電容越大,表明在相同電勢差情況下,電容器所帶的電荷越多.5.在數(shù)值上等于使電容器兩極板間的電勢差為1V時所需要的電荷量。
電容器用來儲存電荷的,怎樣描述其儲存電荷的本領(lǐng)呢
水位每升高 h,比較 A、B、C 的儲水量, 哪個儲水本領(lǐng)大
6.擊穿電壓和額定電壓:
加在電容器兩極板上的電壓不能超過某一個限度,超過這個限度,電介質(zhì)將被擊穿,這個電壓稱為擊穿電壓。
電容器正常工作時兩極板上的最大電壓,稱為額定電壓。
外殼上標(biāo)的電壓是額定電壓
例1.平行板電容器充電后與電源斷開, 電容器所帶電荷量為Q=4?10-8 C,兩板電壓為U=2V.1.該電容器電容為多少?2.因放電,兩板電壓變?yōu)閁'=1V,該電容為多少?3.若再將兩板距離變?yōu)樵瓉淼?倍,其電壓為多少?
1.2×10-8F 2. 2×10-8F 3. 2V
例2.某一電容器標(biāo)注的是:“300V,5?F”,則下述說法正確的是A.該電容器可在300V以下電壓正常工作B.該電容器只能在300V電壓時正常工作C.電壓是200V時,電容仍是5?FD.電壓超過300V,該電容器可能會被擊穿
例4、如圖所示,是描述對給定的電容器充電時極板上帶電量Q極板間電壓U和電容C之間的關(guān)系的圖象,其中正確的是( )
(C不由Q、U決定 )
電容器的電容與是否帶電或與帶電量的多少無關(guān)
問題:電容器的電容取決于什么因素?
三.平行板電容器的電容
靜電計在實驗中的作用: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。
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
電容器的電容是電容器本身的結(jié)構(gòu)決定,與是否帶電或與帶電量的多少無關(guān).
1.電容器充電后,如果繼續(xù)保持電容器的兩極與電源相連,則兩極板U怎樣 ?
2.電容器充電后,如果切斷電容器的兩極與電源的連接,則電容器的帶電量Q 怎樣?
兩極板間的U 保持不變
電容器的帶電量Q 保持不變
五、電容器常見的兩種工作狀態(tài)
平行板電容器的兩類典型題
1、電容器充完電后,電鍵閉合,增大d,C、U、Q、E怎樣變化?減小S,U、Q、E?
解析: 始終與電源的連接,極板間電勢差U不變 增大d,則:
2、電容器充完電后,電鍵斷開,增大d,C、U、 Q、E怎樣變化?減小S,U、Q、E?
解析:切斷與電源的連接,極板上的電量Q不變,增大d,則:
例5.平行板電容器充電平衡后仍與電源相連,兩極板間的電壓是U,充電荷量為Q,兩極板間場強為E,電容為C,現(xiàn)將兩極板間距離減小,則 ( ) A.Q變大 B.C變大 C.E不變 D.U變小
例6.平行板電容器充電平衡后與電源斷開,兩極板間的電壓是U,充電荷量為Q,兩極板間場強為E,電容為C,現(xiàn)將兩極板間距離減小,則( ) A.Q變大 B.C變大 C.E不變 D.U變小
E與d無關(guān),即E不變。
例7.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)將兩極板間稍錯開一些,其它條件不變。則( )A.油滴將向上加速,電流計中電流由b流向aB.油滴將向下加速,電流計中電流由a流向bC.油滴將靜止不動,電流計中電流由b流向aD.極板帶電量減少,兩板間電勢差和場強不變
例8.如圖所示,平行板電容器帶有等量異種電荷,與靜電計相連,靜電計金屬外殼和電容器下極板都接地,在兩極板間有一固定在P點的點電荷。以E表示兩板間的電場強度,Ep表示點電荷在P點的電勢能,θ表示靜電計指針的偏角。若保持下極板不動,將上極板向下移動一小段距離至圖中虛線位置,則(  )A.θ增大,E增大  B.θ增大,Ep不變C.θ減小,Ep增大  D.θ減小,E不變
單位:法拉(F) 1F=1C/V
物理意義:反映電容器容納電荷的本領(lǐng)

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