1.8  电容器的电容

【教学目标】

1、知识与技能

⑴知道电容器是储存电荷和电场能的装置；

⑵了解常见电容器的外形、结构和符号；

⑶了解电容器的充、放电过程，了解击穿电压、额定电压的概念；

⑷理解电容的意义，知道其单位，并会用电容定义式进行计算；

⑸了解影响平行板电容器电容的相关因素及其电容的决定式。

2、过程与方法

⑴经历影响平行板电容器电容因素的探究过程，体会其中蕴涵的思想方法：控制变量法，提出问题，定性分析、实验探究与定量分析相结合等；

⑵通过实验与观察，了解电容器的构造和特点，通过类比法理解电容器的电容概念。

3、情感态度与价值观

⑴通过介绍电容器的缘起、发展与应用，渗透STS教育思想；

⑵渗透事物的本质是有自身的因素即内因决定，不由外因决定的观点。

【教学重点】电容的概念

【教学难点】影响平行板电容器电容大小因素

【教学方法】问题讨论，理论探究与实验探究相结合，类比方法，动画模拟

【教学过程】

创设情景，实例引入：

图片展示——电视、电脑等线路板

        出示电容器示教板（上装各种电容器）

提出课题：电容器到底是什么样的元件？它的作用、构造、原理是什么？

本节课就要研究这些问题。

（一） 电容器    

1、作用：能储存电荷的元件

2、构造：实际上，任何两个彼此绝缘又相距很近的导体都可以看成一个电容器

   问题：两平行导体板夹上一层绝缘物质（空气也算）能否构成电容器？

3、充电、放电

现象观察：当接a时，G偏转

          当接b时，G反偏

分析：充电—— 充电电流；  电流的方向：流向正极 

      放电—— 放电电流；  电流的方向：流出正极 

（二） 电容

问题1：既然电容器是用来储存电荷的，而不同电容器容纳电荷的本领是不同的，我们应该用一个物理量表示电容器容纳电荷的能力，这应是一个怎样的物理量呢？

定性分析：对一个电容器来说，其储电能力应该是一定的，我们找到的这个物理量对这个电容器来说也应该是不变的。

问题2：对一个结构一定的电容器，给它带上一定的电荷量Q，两极间也就有了一定的电势差U，Q与U能用来表示电容器的储存能力吗？

学生：（不能，原因分析）

进一步研究表明： Q增加为原来的几倍，U也增加为原来的几倍，而两者的比值Q/U，对同一电容器是一定的（这符合我们的要求）。

1、定义：电容器所带的电荷量Q与电容器两极板间的电势差U的比值

2、定义式：

3、物理意义：C是表示电容器容纳电荷本领的物理量。

4、单位：在国际单位制中单位是法拉（F），1F=1C/V       1μF=10^-6F， 1рF=10^-12F

常见电容器，一般是几十pF到几千μF之间

5、对电容的理解：电容器的电容C与带电量Q和两板电压U无关

  思考：物理中还有那些物理量是通过比值法定义的？

【例题1】一个电容器，充电后所带电荷量为Q=4×10^-6C的电荷量时，它的板间电势差U=2V，由此可知，该电容器的电容是___________F。

如果再充进4×10^-6C的电荷量，其电容为___________F。

如果用导线将电容器两极相连，放电后，其电容为___________F。

    小结：C取决于电容器自身结构而与是否带电无关。类比：水桶的储水能力在设计好后就确定了，与是否使用无关。

    过渡：通过上面的学习我们知道电容是电容器储存电荷本领的物理量，与U和Q  都没有关系，只与电容器的本身的构造有关。那么和什么因素有关？有什么知道呢？我们下面研究平行板电容器的电容与什么因素有关

（三）研究影响平行板电容器电容大小的因素

1、提出课题：平行板电容器是最简单，也是最基本的电容器，几乎所有的电容器都是平行板电容器的变形，所以我们从研究平行板电容器入手，探究决定其电容大小的因素。

问题：决定平行板电容器电容的那些因素从哪儿去找？

2、定性分析

①电容是表征电容器容纳电荷本领的物理量，因此它只与电容器自身的内部结构有关，与其它量（Q、U）应该无关，环境因素也可不予考虑

②研究电容器内部的结构因素：

③方法分析：控制变量法

④实验装置分析：

3、实验探究

⑴改变平行板两极板的距离d

      d↑ 偏角↑           U↑            C↓

⑵改变平行板两极板的正对面积S

S↑ 偏角↓           U↓           C↑

⑶两极板间插入绝缘介质（保持Q、S、d不变）

4、进一步的研究（引申）

以上实验还只是定性分析，从理论角度进行定量研究，表明：

⑴当平行板电容器两极板之间是真空时，

⑵当板间充满同一种介质时，电容变大为真空时的 倍，即

5、相对介电常数 是一个与电介质性质有关的常数（无单位）。 读表1.8—1，空气的 近似为1（一般性研究中，空气对C的影响可以忽略）（水指纯净水）

（四）常见的电容器介绍

1、从构造上看，可分为固定电容器和可变电容器

2、固定电容器根据材料不同，常见的有：

电解电容器 （电容比较大，有极性），符号：

3、可变电容器

符号：

   演示：动片，定片

   问题：试分析变容原理？

（五）小结：

电容器由两片导体为极板，中间隔以电介质构成。

电容C是描述电容器容纳电荷本领的物理量。

（六）巩固练习与应用拓展

1、课堂练习：

如图所示，给电容器充电，静电计指针偏转一个角度。

以下情况中静电计的指针偏角增大还是减小？

⑴把两板间的距离减小；

⑵把两板间的正对面积减小；

⑶在两板间插入相对介电常数较大的电介质。

2、拓展应用：电容式传感器介绍

传感器是把非电物理量(如位移、速度、压力、温度、流量等)转换成易于测量、传输、处理的电学量(如电压、电流、电阻、电容等)的一种组件。非电物理量→传感器→电学。

电容式传感器是常见的一种，试分析图中的电容式传感器是测________的电容式传感器，原理是_________________.

（答案要点：测量压力F。当待测压力F作用于可动膜片电极上的时候，膜片发生形变，使极板间距离d发生变化，引起电容C发生变化.知道C的变化，就可以知道F的变化情况.）

（七）作业：

1、作业本相应的内容。

2、收集常见电容式传感器的资料，分析说明其工作原理。