電容器的電容

【教學目標】

1．了解電容器概念及基本作用。

2．了解電容器的結構，了解常用電容器種類。

3．知道平行板電容器的電容跟哪些因素有關，有什么關系？

【教學重點】

電容的概念，影響電容大小的因素。

【教學難點】

電容的概念，電容器的電量與電壓的關系，電容的充、放電。

【教學過程】

一、新課引入

教師：兩塊相互靠近，平行放置的金屬板，如果分別帶上等量異種電荷，它們之間

有沒有電場？

兩金屬板間有沒有電勢差？

教師歸納小結

由此可見，相互靠近的兩金屬板構成的裝置具有儲存電荷的作用，或者說它可以容

納電荷，而兩板所帶正、負電荷越多，板間電場就越強，兩板間的電勢差就越大。

那么有什么方法可以使兩金屬板帶上正、負電荷呢？

將兩金屬極分別按到電源的正、負兩板上（同時畫出電路）

將“25V，4700μF”電容器（出示實物）充以16V電壓，然后

短路放電產生白熾的火花，并發出較大的聲響。然后教師明確告

訴學生“電容器可以容納電荷”。

如何解釋這一現象呢？（學生疑惑）現在我們來學習有關電容器的知識。

二、新課教學

1．電容器

電容器是電氣設備中的一種重要元件，在電子技術、電工技術中有很重要的應用。

收音機、電視機、充電器、電風扇、日光燈等電器中有廣泛的應用。

（1）電容器的構成

在兩個相互靠近的導體中間夾上一層絕緣物質（也叫電介質）就是一個電容器。這

兩個導體叫做電容器的兩個極。

教師出示平行板電容器、紙介電容器（展開），介紹它們的內部結構，并指出平行

板電容器是最簡單的電容器，再介紹一般電容器的符號。

2．常用電容器

教師介紹常用電容器的種類：

（1）固定電容器：電容固定不變。

（2）可變電容器：兩極由兩組鋁片組成，固定的一組鋁片叫做定片；可以轉動的

一組鋁片叫做動片；空氣為電介質。（通過改變兩極間的正對面積或距離來改變電容。）

3．電容器使用時應注意的問題

通過演示電容器上的參數強調電容器使用時應注意的問題：

（1）電容器的擊穿電壓

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，電介質將被擊穿，

電容器損壞，這個極限電壓稱為擊穿電壓。

（2）電容器的額定電壓

電容器正常工作時兩極板上的最大電壓。

電容器外殼上標的就是額定電壓，它比擊穿電壓要低。

（3）電解電容器的極性

電解電容器在使用時注意正負極，長引腳為正極。

【例題1】

某電容器上標有“1.5μF9V”的字樣，則（B）

A．該電容器所帶電荷量不能超過1.5C

B．該電容器所加電壓不能超過9V

C．該電容器擊穿電壓為9V

D．當給該電容器加4.5V的電壓時，它的電容值變為0.75μF

4．電容器充放電

使電容器帶電叫做充電，把電容器的一個極板接電池組的正極，另一個極板接電池

組的負極，兩個極板分別帶上了等量的異種電荷，電容器的一個極板上所帶電量的絕對

值叫做電容器所帶的電量，充了電的電容器的兩極板之間有電場。兩板之間有電勢差（電

壓）

使充電后的電容器失去電荷叫做放電，用一根導線把電容器的兩極接通，兩極上的

電荷互相中和，電容器就不帶電了，放了電后兩極之間不再存在電場，也沒有電勢差。

教師講解充、放電過程電荷移動，電場、電勢差的變化。

5．電容

電容器充電后的帶電量跟兩極板間電勢差有什么關系？（學生疑惑，思考片刻）我

們用實驗來分析。

分別用8V、12V、16V電源給“25V4700μF”電容器充電，再放電，觀察放電的

火花與聲響（增加學生感性認識）。

結果：

“25V4700μF”充8V，放電產生桔紅色火星，幾乎無聲音。

充12V，放電產生白色熾光，有聲音。

充16V，放電產生更強的白熾火花，很大聲音。

由此可知，電容器充電后的帶電量Q，是跟它的兩極間的電勢差（電壓）有關的。

兩極間電勢差隨所帶電量的增加而增加。

用不同電容器重做上述實驗，又如何？

用16V電源分別給“25V4700μF”和“25V1000μF”的電容器充電，再放電。

結果：

“25V4700μF”放電產生白熾的火花放電

“25V1000μF”放電產生桔紅色的火星放電

由此可知，不同的電容器，電勢差增加1V所需要增加的電量是不同的。

師生總結實驗結果

同一電容器，兩極間電勢差隨所帶電量的增加而增加，對不同的電容器，電勢差增

加1V所需要增加的電量是不同的。

為了表示這種特征，我們把使電容器的兩極間的電勢差增加1V所需的電量，叫做

電容器的電容。

兩極板間的電勢差增加1伏所需的電量多，電容器的電容大。所需電量少，電容器

的電容小。因此，電容是表征電容器容納電荷的本領大小的物理量。

這種情形相當于直筒容器容納水的情形，以下兩個不同的容器，要使水面升高1cm

所需的水量不同，乙容器比甲容器所需要的水量多，說明了乙容器容納水的本領比甲容

器大。（類比法）

電容器水容器

容納儲存電荷容納儲存水

電荷量Q水量V

電勢差U水位差h

電容C橫截面S

電容的符號是C，國際單位制里電容的單位是法拉，簡稱法，符號是F

教師說明法的含義，再介紹較小的單位微法、皮法。

1μF=10-6F1pF=10-6μF=10-12F

電容是表征電容器容納電荷特性的物理量，它的大小是由電容器的本身結構決定的

（如裝水容器的裝水本領由容器本身結構決定一樣）電容器的電容跟兩極板的正對面積、

兩極板的距離以及兩極板間的電介質都有關系，增大兩極板正對的面積，電容就增大。

減少極板間距離，電容也增大。

6．平行板電容器電容

電容器中具有代表性的一種。

（1）構成：兩塊平行相互絕緣金屬板。

構成里可強調一下：①兩極間距d；②兩極正對面積S。

描述一對平行板的幾何特性。

注意說明，兩板所帶電量應是等量異號的（前面實驗已證明）。

Q

（2）量度：C，Q是某一極板所帶電量

U

的絕對值。

（3）影響平行板電容器電容的因素：

實驗：先說明靜電計的作用：指針偏角越大，

指針與殼間電勢差越大。

充電完畢后，斷開極板A、B與起電機連線，

Q不變，改變A、B極板間距離，可見板間距增大時，靜電計指針偏角變大，板間距減

小時，靜電計指針偏角減小。

QQ

分析：d增大，C＝，Q不變，U增大，C減小。d增大，C＝，U減小，C

UU

增大。

1

①理論和實驗精確證明：C∝

d

實驗：改變AB兩板正對面積S，可觀察到S增大時，指針偏角變小；S減小時，

指針偏角變大。

QQ

分析：Q不變，U減小，C＝，C增大，S增大。Q不變，U增大，C＝，C

UU

減小，S減小。

②理論和實驗可精確證明：C∝S

實驗：固定A、B位置不變，把電介質板插入，可觀察到電介質板進入過程中，靜

電計指針偏角變小。

Q

分析：Q不變，U變小，C＝，C變大。

U

電介質一般指絕緣物質，無自由電荷，電荷可在平衡位置附近做微小振動。當絕緣

物質處于外加電場中時，這些電荷受力，其分布將發生一定的變化，在靠近正極板表面

上出現負電荷，在靠近負極板表面上出現正電荷。這些電荷不是自由電荷，而是被束縛

在電介質上，不能自由移動。這些束縛電荷使板間電場削弱，兩板間電勢差U降低，

從而使靜電計指針偏角減小。

③兩極板間插入電介質時比不插入電介質時電容大。

S

給出平行板電容器電容公式：C＝，ε為介電常數，k為靜電力恒量。

4kd

這里也可以用能的觀點加以分析：電介質板插入過程中，由于束縛電荷與極板上電

荷相互吸引力做功，電勢能減少，故電勢差降低。

（4）幾種常用電介質的相對介電常數

電介質空氣煤油石蠟陶瓷玻璃云母水

1.000522.0~2.164~116~881

??（5）平行板電容器內電場：

實驗：（建議）在一塊金屬板上固定一些細尼龍絲，把兩金屬板平行正對放置，并

用起電機使兩板帶電，可見尼龍絲幾乎垂直于板，且相互平行地立起來。從細尼龍絲的

分布情況，可看出板間電場的特點。

①板間電場可看作勻強電場：E=U/d

U為兩板間電勢差，d為兩板間距。

②場源關系

UQ

E＝

dCd

SQ4kQ

而C＝故E＝

4kdSS

4kd

Q不變，板間電場強度E與板間距無關。

U不變，電容器始終與電源兩極相連，E與d成反比，Q=CU，Q與d也成反比。

【例題2】

如圖所示，是一個由電池、電阻R與平行板電容器組成的串聯電路，在增大電容

器兩極板間距離的過程中（）

A．電阻R中沒有電流

B．電容器的電容變小

C．電阻R中有從a流向b的電流

D．電阻R中有從b流向a的電流

【拓展提高1】

用兩節相同的電池分別給兩個原來不帶電的電容器充電，已知C1<C2，當電容器達

到穩定時，電容器C1和C