电工基础第三章教案.doc

《电工基础第三章教案.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电工基础第三章教案.doc（12页珍藏版）》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第三章 电容器31、电容器教学目的1、知道电容器的概念，认识常见的电容器，理解电容器的概念及定义方法，掌握电容的定义公式、单位，并会应用定义式进行简单的计算。2、了解影响平行板电容器电容大小的因素，了解平行板电容器的电容公式，知道改变平行板电容器的电容大小的方法。教学重、难点教学重点:电容器的基本概念；电容的物理意义；影响平板电容器电容大小的因素。教学难点：掌握电容器的基本概念及其组成；理解电容的物理意义；记住平板电容器电容值 的计算方法。教学方法：类比法、讲授法，实验演示法，计算机辅助教学教学时数：一课时授完。教 具：多媒体课件教学过程：、复习导入：1、复习提问：叠加定理内容与应用条件。2、

2、导入新课：电容器是电路的基本元件之一，在电工和电子技术中应用非常广泛。例如在电力系统中利用它可改善系统的功率因数；在电子技术中，利用它可起到滤波、耦合、隔直、调谐、旁路和选频等作用。这节课我们就来介绍电容器的基本概念。、讲授新课：一、电容器和电容1、电容器：(1)、电容器:指在电路中储存电场能量的元件是由两个彼此绝缘又相隔很近的导体电极中间夹一层绝缘体（又称电介质）所构成。(2)、电容器最基本的特性：能够存储电荷。(3)、用途：具有“隔直通交”的特点，在电子技术中，常用于滤波、移相、旁路、信号调谐等；在电力系统中，电容器可用来提高电力系统的功率因数。(4)、主要技术参数：电容量、允许误差、额定

3、电压。(5)、工作原理：把电容器的两个极板分别接到电源的正负极上，电容器的两极板间便有电压，在电场力的作用下，自由电子定向运动，使得板带有正电荷，板带有等量的负电荷电荷的移动直到两极板间的电压与电源电动势成骑虎相等时为止这样在两个极板间的介质中建立了电场，电容器储存了一定量的电荷和电场能量2、电容(1)、电容量是衡量电容器储存电荷能力大小的一个物理量，简称电容，通常也用符号C表示。(2)、含义：电容器任一极板所储存的电荷量，与两极板间电压的比值叫电容量，简称电容。用字母C表示。(3)、电容定义式为：式中Q一个极板上的电荷量，单位是库仑，符号为C；U两极板间的电压，单位是伏特，符号为V；C电容，

4、单位是法拉，符号为F。(4)、物理意义：描述电容器容纳电荷本领的大小(5)、单位换算：法拉，简称法，通常用符号“F”表示。当电容器两端所加的电压为1V时，若在任一极板上储存1C的电荷量，则该电容器的电容量就是1F。实际应用常用的是较小的单位有微法（F）和皮法（pF）: 1F106F 1pF=10-12F 二、平行板电容器、 影响平行板电容器电容的因素：理论与实验证明，平行板电容器的电容与两极板的正对面积成正比，与两极板的距离与反比，并跟板间插入的电介质有关。、平行板电容器电容计算的数学表达式为式中某种电介质的介电常数，单位是法拉每米，符号为F/m；S极板的有效面积，单位是平方米，符号为；d两极

5、板间的距离，单位是米，符号为m；C电容，单位是法拉，符号为F。、注意：（1）、对某一个平行板电容器而言，它的电容是一个确定值，其大小仅与电容器的极板面积大小、相对位置以及极板间的电介质有关；与两极板间电压的大小、极板所带电荷量多少无关。（2）、不同电介质的介电常数不同，真空中的介电常数用0表示，实验证明：8.851012F/m 其它电介质的介电常数与真空中的介电常数的比值，叫做某种物质的相对介电常数，用表示则（3）、并不是只有电容器才有电容，实际上任何两个导体之间都存在着电容。【例1】将一个电容为6.F的电容器接到电动势为1000V的直流电源上,充电结束后,求电容器极板上所带的电荷量.解:根据

6、电容定义式C=Q/U 则Q=CU=6.810-61000=0.0068(C)课堂练习：有一真空电容器其电容是8.2F,将两极板间的距离增大一倍后,其间充满云母介质,求云母电容器的电容.解:真空电容器的电容 (1) 云母电容器的电容(2)(2) 除以(1)得到 则C=8.2F=28.7F、本课小结1、电容器的定义与基本特性2、电容的概念与定义公式3、平行板电容器公式与应用.、课余作业：课本P69小练习1、2、3、4.教学后记：32、电容器的参数和种类教学目的1、了解电容器的参数。2、了解电容器的种类及特点。教学重、难点教学重点:电容器的参数教学难点：电容器的种类及特点。教学方法：类比法、讲授法，

7、实验演示法，计算机辅助教学教学时数：一课时授完。教 具：瓷片电容器、云母电容器、电解电容器、可调电容器、多媒体课件等。教学过程：、复习导入：1、复习提问：电容器、电容的定义公式、平行板电容器电容公式2、导入新课：电容器的各类繁多，不同种类电容器的性能、用途不同，同一类的电容器也有许多不同的规格，要合理选择和使用电容器，就必须对电容器的参数有种类有充分的认识。这节课我们就来了解电容器的参数和种类方面的问题。、讲授新课：一、电容器的参数1、额定工作电压（1）、电容器的额定工作电压是指使电容器能长时间地稳定工作，并且保证电介质性能良好的直流电压的数值。（2）、额定工作电压一般叫耐压。（3）、电容器上

8、所标的电压就是工作工作电压，一般直接标注在电容器外壳上。（4）、如果把电容器连接到交流电路中，必须保证电容器的工作工作电压不低于交流电压的最大值，否则电容器会被击，造成不可修复的永久损坏。2、标称容量和允许误差（1）、标称电容量是标志在电容器上的电容量。（2）、电容器实际电容量与标称电容量的偏差称误差，在允许的偏差范围称精度。精度等级与允许误差对应关系：00（01）-1%、0（02）-2%、-5%、-10%、-20%、 -（+20%-10%）、-（+50%-20%）、-（+50%-30%）（3）、一般电容器常用、级，电解电容器用、级，根据用途选取。 3、绝缘电阻（1）、直流电压加在电容上，并产

9、生漏电电流，两者之比称为绝缘电阻。（2）、当电容较小时，主要取决于电容的表面状态，容量0.1F时，主要取决于介质的性能，绝缘电阻越小越好。 4、损耗（1）、电容在电场作用下，在单位时间内因发热所消耗的能量叫做损耗。（2）、各类电容都规定了其在某频率范围内的损耗允许值，电容的损耗主要由介质损耗，电导损耗和电容所有金属部分的电阻所引起的。 5、频率特性随着频率的上升，一般电容器的电容量呈现下降的规律。二、电容器种类和选用1、常用的各种电容器及其符号表示： （见课本P71图33）2、电容器的种类 （1）、按照结构分三大类：固定电容器、可变电容器和微调电容器。（2）、按电解质分类：有机介质电容器、无机

10、介质电容器、电解电容器和空气介质电容器等。（3）、按用途分有：高频旁路、低频旁路、滤波、调谐、高频耦合、低频耦合、小型电容器。（4）、按制造材料的不同可以分为：瓷介电容、涤纶电容、电解电容、钽电容，还有先进的聚丙烯电容等。（5）、高频旁路：陶瓷电容器、云母电容器、玻璃膜电容器、涤纶电容器、玻璃釉电容器。（6）、低频旁路：纸介电容器、陶瓷电容器、铝电解电容器、涤纶电容器。（7）、滤波：铝电解电容器、纸介电容器、复合纸介电容器、液体钽电容器。（8）、调谐：陶瓷电容器、云母电容器、玻璃膜电容器、聚苯乙烯电容器。 （9）、低耦合：纸介电容器、陶瓷电容器、铝电解电容器、涤纶电容器、固体钽电容器。（10）

11、、小型电容：金属化纸介电容器、陶瓷电容器、铝电解电容器、聚苯乙烯电容器、固体钽电容器、玻璃釉电容器、金属化涤纶电容器、聚丙烯电容器、云母电容器。3、电容器的选用在实际选用电容器时，不仅要考虑电性能要求，还应考虑它的体积、种类、重量及价格等因素；不仅要考虑电路要求，还应考虑电容器的使用环境。总之，在选用电容器时应视具体情况而定。（1）、首先应满足电性能要求，主要考虑电容量，允许误差和额定工作电压等指标是否达到电路要求，既不能过高，也不能过低。过高造成浪费，过低不但达不到电路要求，而且不安全。（2）、考虑电路要求和使用环境，如电力系统用以改善系统的功率因数时，应选择额定工作电压高，容量大的电力电容

12、器；在谐振回路中，应选择稳定性高，介质损耗小的云母电容器或陶瓷介质电容器等；用于电源滤波时，应选用大容量的电解电容器。（3）、考虑装配形式，体积及成本等。（4）、对电容器的型号及意义熟悉，这也是选用电容器的依据之一。一般固定电容器的型号意义可查阅有关的手册，如某电容器型号为CZG型，则表示管状纸介质电容器，具体意义如下：C为主称（C表示电容器）；Z为介质材料（Z代表纸介质）；G为分类及特征代号（G表示管状）。、本课小结1、 电容器的参数。2、电容的种类及特点。、课余作业：课本P72小练习1、2.教学后记：33、电容器的连接教学目的1、掌握并能应用电容器串、并联的公式进行计算。2、理解电容器串、

13、并联的条件与特点。教学重、难点教学重点:电容器串、并联规律与应用。教学难点：电容器串、并联规律的推导过程与应用。教学方法：讲授法教学时数：一课时授完。教 具：多媒体课件教学过程：、复习导入：1、复习提问：电容器的工作电压、标称容量和允许误差、电容器的选用原则。2、导入新课：在上节内容中，我们学习了电容器的两个重要参数：电容量和耐压。在实际工作中，选用电容器必须考虑它的电容量和耐压能力。而电容器的容量和耐压都不是连续的（显示电容量和耐压值标称系列）。当遇到单独一个电容器的电容量或耐压不能满足电路要求时，这时，可将若干个电容器作适当连接，以满足实际电路的需要。、讲授新课：一、电容元件的串联1、定义

14、：将几只电容器首尾依次相连，构成中间无分支的连接方式，称为电容器的串联。如下图所示。2、适用范围：当单独一个电容器的耐压不能满足电路要求，而它的容量又足够大时，可将几个电容器串联起来，再接到电路中使用。3、电容元件串联使用时，有以下几个特点： （1）、电容器串联电路中，各个电容器所带电荷量相等，即 Q1=Q2=Q3=Q（2）、电容器串联总电压等于各电容器两端电压之和。推导:利用基尔霍夫第二定律，列出回路电压方程就可以得到 U=U1+U2+U3。（3）、电容器串联时其等效电容的倒数等于各电容器电容的倒数之和。推导:电路的总电容量C=,再根据U=U1+U2+U3，就可以推出公式 再推广到n个电容器

15、串联的公式： +当n个电容器的电容量相等，均为C0时，总电容C=电容器串联时总电容量减小了，这种情况相当于增大了电容器两极板间的距离，使电容量减小了，它与电阻并联情况相似。【例1】有两只电容器，C1容量为2F，额定工作电压为160V，C2容量为10F，额定工作电压为250V。若将它们串联后接在300V的直流电源上使用，求等效电容量和每只电容器上分配的电压，这样使用是否安全？解：等效电路如右图所示（1）、串联等效电容为： （2）、C1上分配的电压为： C2上的电压为： (3)、由于C1上分配的电压250V远大于其本身耐压160V，所以C1将会被击穿。当C1击穿后，迫使C2承受着全部电源电压300

16、V，而300V远大于C2的耐压值250V，因而C2也很快被击穿。所以不能这样使用。通过上例可看出，串联时等效电容减小了,若串联电容器的个数越多,等效电容量则越小.电容器串联使用时,不但要满足容量要求,还应考虑每个电容器实际承受的电压是否超过其本身的耐压值,以防击穿而损坏电容器。 课堂练习：如下图中，C1 = C2 = C3 = C0 = 200 mF，额定工作电压为50 V，电源电压U = 120 V，求这组串联电容器的等效电容是多大？每只电容器两端的电压是多大？在此电压下工作是否安全？ 解：三只电容串联后的等效电容为 每只电容器上所带的电荷量为q=q1=q2=q3=CU=66.6710-61

17、20810-3（C）每只电容上的电压为电容器上的电压小于它的额定电压，因此电容在这种情况下工作是安全的。 二、电容器的并联1、将几只电容器的首与首，尾与尾相连的连接方式称为电容器的并联。如下图所示2、适用范围：当单独一个电容器的电容量不能满足电路的要求，而其耐压均满足电路要求时，可将几个电容器并联起来，再接到电路中使用。3、电容并联具有以下几个特点：（1）、电容器并联时，加在各个电容器上的电压相等，等于电路两端总电压。即: （2）、电容器串联总电荷量等于各电容器电荷量之和。即QQ1+Q2+Q3+Qn（3）、电容器串联的总电容（等效电容）等于各电容器电容量之和。即： 当n个电容器的电容量相等，均

18、为C0时，总电容C=nC0电容器并联时总电容量增大了，这种情况相当于增大了电容器极板的有效面积，使电容量增大，它与电阻串联情况相似。应当注意，并联时每个电容器直接承受外加电压，因此，工程上每只电容器的耐压都必须大于外加电压。三、 电容器的混联既有串联又有并联的电容器组合电路，叫做电容器的混联如下图所示。在使用和计算混联电路时，要根据实际电路分别应用串联和并联知识分析。 【例2】 如上图所示电路中，C1为100F、100V，C2为50F、100V，C3为50F、50V。求总电容量C及最大安全工作电压U。解：由上图可看出，三个电容器的连接关系是C2和C3并联后（等效电容记为C23）再与C1串联。（

19、1）总容量为：（2）最大安全工作电压 因为C2和C3并联后可看做一个电容器，其等效电容量为100F，耐压50V（取并联带内容最小耐压值）。C1是100F，耐压100V。C1与C23串联，电容量相等，耐压也相等，当C23分配电压为50V时，C1上分配电压也是50V，所以说，该混联电路承受的最大安全工作电压为100V。课堂练习：电容器A的电容为10 mF，充电后电压为30 V，电容器B的电容为20 mF，充电后电压为15 V，把它们并联在一起，其电压是多少？解：电容器A、B连接前的带电量分别它们的总电荷量并联后的总电容CC1+C210+2030（mF）连接后的共同电压、本课小结电容器串、并联特点、

20、课余作业：课本P77小练习1、2.教学后记：33、电容器中的电场能教学目的1、了解电容器的充电和放电过程。2、理解电容器中电场能的概念。3、掌握电容器的电流电压间的关系。教学重、难点教学重点:电容器中的电场能。教学难点：电容器的充电和放电过程与电容器中的电场能。教学方法：讲授法教学时数：一课时授完。教 具：多媒体课件教学过程：、复习导入：1、复习提问：电容器串、并联特点2、导入新课：我们使用照相机拍照时要用到闪光灯，闪光灯闪过后需要过一会才能使用，为什么不能连续使用呢？这是因为闪光灯短时间放电是用的电容器的放电，电容器放电后，需要再次充电后才能使用。这节课我们就来了解这方面的知识。、讲授新课：

21、一、电容器的充电和放电电容器之所以在电工和电子技术中得到广泛使用，是由于电容器具有存储电场能量的性质，而这一性质又体现为电容器具有充电和放电的功能。因此，了解电容器充放电的过程及其规律，对于认识和掌握含电容器电路的原理具有重要意义。1、电容器的充电过程如图所示为电容器充放电的实验电路，实验前电容器上没有电荷，当开关K打到“1”时，构成充电电路，此时电源向电容器充电，从电流表可以观察到充电电流从大到小的变化，从电压表观察到电容上的电压由小到大的变化，经过短短的时间，电流表回到零位，电压表的指示值上升到电源电压UC=6V。 2、电容器的放电过程 当电容器充电结束后，电容器上建立了电压UC=6V,此

22、时，将开关K打到“2”，就构成了电容器放电电路，现在的电容器可看成一个等效电源，并通过1K电阻放电。从电流表观察到，电路中有电流流过，而且由大变小，由电压表观察到，电容器上电压也逐渐下降，经过一段时间后下降为零，表示放电结束。3、电容器的特点 （1）、电容器是一种储能元件。充电的过程就是极板电荷不断积累的过程，电容器充满电荷时，相当于等效电源。随着放电的进行，原来储存的电场能量又全部释放出来。 （2）、电容器能够隔直流、通交流。电容器接通直流电源时，仅仅在刚接通的短暂时间内发生充电过程，即只有短暂的电流。充电结束后，电路电流为零，电路处于开路状态，这就是电容器具有的隔直流的作用，通常把这一作用

23、简称“隔直”。（3）、当电容器接通交流电源时，由于交流电的大小和方向不断交替变化，致使电容器反复进行充、放电，其结果在电路中出现连续的交流电流，这就是电容器具有的通过交流电的作用，简称“通交”。4、电容器中的电流 由以上分析，我们可以看出，在电容器充放电过程中，当电容电压不断变化时，电容器极板上的电荷也随之变化，因而电路中就出现了电流，如果在时间内，电容极板上的电荷增加了，则电路中的电流为： 即电容电路中的电流等于电容极板上的电荷对时间的变化率。因为 上式表示电容电流与电压随时间的变化率成正比，与电容量成正比。加到电容两端的电压变化越快，电流变化就越大。如果电压不变，则，电流也就等于零。二、电

24、容器的电场能量电容器充电时，两个极板上的正、负电荷不断累积，就在介质中建立了电场，理论分析和试验证明，充电电容器中储存的电场能量可以用下式表示： 式中为电容中储存的电场能量，单位焦耳（J）；C为电容的电量，单位法拉（F）；Uc为电容器两极板间的电压，单位伏特（V）。上式说明，电容电压一定时，电场能量和电容器的电容量成正比，所以电容也反映了电容器储存电场能量的能力。电容器的充电过程，就是把电源输出的能量（电能）储存起来的过程；而在放电过程中，则是把这部分能量再释放出来。可见，电容器只是进行能量的“吞吐”，而并非消耗能量，所以电容器是一种储能元件，它与只能消耗电能的电阻元件有着本质上的区别。由式（1-25）可知，电容器两极板之间电压的变化，反映了电容器中电场能量的变化。电容器中电场能量的累积和释放都是一个逐渐变化的过程，它只能从一种稳定状态逐渐变化到另一种稳定状态，因此电容器两极板之间的电压决不能发生突变，也只能是一个逐渐变化的过程。【例题】有一只100F的电容器，当它的端电压等于100V时，求电容器所储存的能量。解： 、本课小结1、电容器的充、放电过程。2、电容器中的电场能。、课余作业：课本P80小练习1、2.教学后记：