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高中物理必修三第1课时电容器与电容

汇报人：文小库

2024-01-16

电容器基本概念与原理

平行板电容器特性分析

串联和并联电容器特性比较

影响电容器性能因素探讨

实验：测量未知电容器参数

知识拓展：超级电容器简介

电容器基本概念与原理

电容器作用

电容器在电路中主要起到储存电荷、隔断直流、通交流的作用，广泛应用于各种电子设备中。

电容器定义

电容器是一种能够储存电荷的装置，由两个相互靠近的导体组成，中间被绝缘介质隔开。

01

固定电容器

结构固定，容量不可调，如纸质电容器、陶瓷电容器等。

02

可变电容器

结构可调，容量可在一定范围内变化，如旋转式可变电容器、微调电容器等。

03

电解电容器

采用电解液作为绝缘介质，具有极性，广泛应用于电源滤波、低频信号耦合等场合。

工作原理

01

电容器的工作原理是基于电荷的储存和释放。当电容器两端施加电压时，正电荷聚集在一极，负电荷聚集在另一极，形成电场并储存电能。

充电过程

02

在充电过程中，电源通过电阻向电容器提供电荷，使电容器两极板间的电荷量逐渐增加，电压也逐渐升高。充电结束后，电容器两极板间的电压等于电源电压。

放电过程

03

在放电过程中，电容器通过负载释放储存的电荷，使两极板间的电荷量逐渐减少，电压也逐渐降低。放电结束后，电容器两极板间的电压为零。

平行板电容器特性分析

两块平行金属板

01

构成电容器的两个电极，通常使用金属材质以减小电阻。

02

介质

位于两金属板之间，可以是空气、绝缘材料等，用于储存电荷。

03

电荷分布

在平行板电容器充电后，正负电荷分别聚集在两金属板的内侧表面。

平行板电容器内的电场强度与两板间的电势差成正比，与板间距离成反比。

电场强度

平行板电容器充电后，两金属板间存在电势差，其大小与电容器所带电量成正比，与电容成反比。

电势差

在忽略边缘效应的情况下，平行板电容器内的电场可视为均匀电场。

均匀电场

串联和并联电容器特性比较

串联电容器中，每个电容器上的电荷量相等。

电荷分布

电压分配

电容关系

串联电容器的总电压等于各电容器上的电压之和，即U=U1+U2+…+Un。

串联电容器的总电容的倒数等于各电容器电容的倒数之和，即1/C=1/C1+1/C2+…+1/Cn。

03

02

01

并联电容器中，每个电容器上的电压相等。

电压关系

并联电容器的总电荷量等于各电容器上的电荷量之和，即Q=Q1+Q2+…+Qn。

电荷分配

并联电容器的总电容等于各电容器电容之和，即C=C1+C2+…+Cn。

电容关系

在高压输电系统中，为了降低电压，常采用串联电容器的方式。此外，在电子电路中，串联电容器也常用于滤波、耦合等电路。

在需要大容量电容的场合，如储能、滤波等，常采用并联电容器的方式。例如，在电力系统中，为了补偿无功功率，提高功率因数，常采用并联电容器组进行无功补偿。

串联电容器应用

并联电容器应用

影响电容器性能因素探讨

温度升高导致电容器内部介质损耗增加

随着温度的升高，电容器内部介质的导电性增强，使得漏电流增大，从而导致电容器损耗增加。

温度变化引起电容器容量变化

电容器容量随温度的变化而变化，一般情况下，温度升高，容量增大；温度降低，容量减小。

潮湿环境会使电容器内部的绝缘材料吸湿，导致其绝缘性能下降，漏电流增大。

与温度变化类似，湿度变化也会引起电容器容量的变化。一般情况下，湿度增大，容量减小；湿度减小，容量增大。

湿度增大导致电容器绝缘性能下降

湿度变化引起电容器容量变化

03

化学腐蚀对电容器性能的影响

某些化学物质可能对电容器的外壳或内部材料产生腐蚀作用，导致其绝缘性能下降或短路等故障。

01

海拔高度对电容器性能的影响

随着海拔高度的增加，大气压力降低，空气密度减小，导致电容器的散热条件变差，温升增高，从而影响其性能。

02

振动和冲击对电容器性能的影响

强烈的振动和冲击可能导致电容器内部结构的损坏或变形，进而影响其电气性能。

实验：测量未知电容器参数

实验目的

通过测量未知电容器的充电和放电过程，了解其电学性质，掌握电容器的基本概念和工作原理。

原理介绍

电容器是一种能够储存电荷的元件，其储存电荷的能力称为电容。本实验通过测量电容器在充电和放电过程中的电压和时间变化，利用相关公式计算出电容器的电容值。

准备实验器材

电源、电压表、电流表、电阻箱、待测电容器、开关等。

开始实验

先闭合开关，使电容器充电至稳定状态，记录此时电压表的读数；然后断开开关，让电容器通过电阻箱放电，同时记录电压表和电流表的读数，直至电容器放电完毕。

数据记录

将实验过程中记录的各项数据整理成表格，包括充电电压、放电时间、放电电流等。

搭建实验电路

按照实验电路图连接电源、电压表、电流表、电阻箱和待测电容器，确保电路连接正确无误。

根据实验数据，利用相关公式计算出