3电工基础第三章教案

1第三章电容器§3－1、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：Ⅰ、复习导入：1、复习提问：叠加定理内容与应用条件。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。Ⅱ、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Ｕ，在电场力的作用下，自由电子定向运动，使得Ａ板带有正电荷，Ｂ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(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：UQC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，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（μF）和皮法（pF）:1μF＝10－6F1pF=10-12F二、平行板电容器１、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。２、平行板电容器电容计算的数学表达式为dSC式中ε——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。３、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ε0表示，实验证明：＝8.85×10－12F/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6.８μF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:根据电容定义式C=Q/U则Q=CU=6.8×10-6×1000=0.0068(C)课堂练习：有一真空电容器其电容是8.2μF,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.3解:真空电容器的电容dSC00(1)云母电容器的电容dSC20(2)(2)除以(1)得到20CC则C=2702C8.2μF=28.7μFⅢ、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.Ⅳ、课余作业：课本P69小练习1、2、3、4.教学后记：§3－2、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，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：Ⅰ、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4题。Ⅱ、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%、Ⅰ-±5%、Ⅱ-±10%、Ⅲ-±20%、Ⅳ-（+20%-10%）、Ⅴ-（+50%-20%）、Ⅵ-（+50%-30%）（3）、一般电容器常用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级，电解电容器用Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ级，根据用途选取。3、绝缘电阻（1）、直流电压加在电容上，并产生漏电电流，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0.1F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3－3）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。5（2）、按电解质分类：有机介质电容器、无机介质电容器、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）、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）。Ⅲ、本课小结1、电容器的参数。2、电容的种类及特点。6Ⅳ、课余作业：课本P72小练习1、2.教学后记：§3－3、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、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：Ⅰ、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。Ⅱ、讲授新课：一、电容元件的串联1、定义：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。72、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=UQ,再根据U=U1+U2+U3，就可以推出公式3211111CCCC再推广到n个电容器串联的公式：3211111CCCC……+nC1当n个电容器的电容量相等，均为C0时，总电容C=nC0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2μF，额定工作电压为160V，C2容量为10μF，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：FCCCCC67.112201021022121（2）、C1上分配的电压为：VUCCCU250300210102121C2上的电压为：VUUU5025030012(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300V，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8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F，额定工作电压为50V，电源电压U=120V，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