电容器的电容教学设计

1人教版选修3—1第一章静电场第8节电容器的电容一、教材分析1、地位与作用高中物理选修3-1第一章第八节《电容器与电容》是介绍电子元器件的一节内容，通过电容器的介绍，进而通过直观观察和比较了解生活中电容器的用途和结构．同时他又是是后面学习LC振荡电路的必备知识，是进一步学习交流电路和电子线路的基础．通过介绍电容器的构造及使用，使学生认识电容器有储存电荷的本领，然后介绍描述电容器容纳电荷本领的物理量——电容，接着研究平行板电容器的电容与哪些因素有关，并且得出了平行板电容器电容的决定式．关于电容器的充放电现象和电容概念，是高中物理教学的重点和难点之一，又比较抽象，因此在教学中，可以多设计演示实验，让学生易于理解和接受，同时培养学生的实验观察能力和科学探究能力．2、重点与难点电容的内涵是本节的重点，也是难点．电容又是一个用比值定义的物理量，引出这一比值的关键，是要让学生知道电容器所带的电荷量与两极板间的电势差成正比，其比值反映电容器本身的性质．影响平行板电容器电容大小的因素是本节教学的又一难点，做好分组实验是突破该难点的最佳途径．二、学情分析通过静电场关于电场的力的性质和能的性质的学习，学生已经学习了研究电容器需要涉及的电势差、电场强度、电荷量等物理量，所以学生应用静电场的有关知识研究电容器变得水到渠成．电容器在各种电子仪器和电器设备中都有广泛的应用，但是学生对电容器并不熟悉，因为他们很少打开用电器观察其中的元件．所以教学中可以先通过“盛电杯”让学生初步认识电容器的外形和主要结构，接着拆开电容器，让学生了解电容器的两块极板和极板之间的介质，介绍时要突出主要构件——极板和介质．这些感性材料对学生了解电容器是十分必要和有益的．电容器的充、放电过程是电容器工作的主要形式，也是学生了解电容器的一个载体．电2容概念的得出非常抽象，所以最好做成演示实验，让学生对电容器的认识更加具体，更加丰富．为了使学生更加直接的了解影响电容器电容的因素，关于平行板电容器的电容，应该设计分组实验，让学生近距离观察、体验、总结影响平行板电容器的因素．整体应以学生参与为主，教师点拨引导为辅．三、教学目标1．通过观察生活中常用的电容器实物和图片，并拆开电容器，观察、认识它的内部结构．通过实验观察电容器的充、放电现象，体会充电放电过程中能量的转化，知道电容器是储存电荷的一种装置．2．通过观察演示实验并分析实验数据，得到电容器的电压与电荷量成正比，并进一步根据比值定义法得到电容的概念．3．通过分组实验，利用控制变量法了解影响平行板电容器电容大小的因素，了解平行板电容器电容的公式，知道改变电容器电容大小的方法．知道电容器在生产和生活中的一些应用．四、教学方法合作探究——学生观察、自主思考、讨论交流，教师即时评价、矫正．五、教学流程设计1．创设情境，导入新课【教学目标1】通过观察生活中常用的电容器，并拆开电容器，观察、认识它的内部结构．通过实验观察电容器的充、放电现象，体会充电放电过程中能量的转化，知道电容器是储存电荷的一种装置．【“盛电杯”小实验】教师比较详细地介绍实验装置，内、外两层金属锡箔是导体，中间是绝缘的塑料．学生观察并触摸杯子，初步观察杯子结构．然后请一个同学摇动感应起电机，用感应起电机给“盛电杯”充电，另外几个同学和老师一块手拉手，让末端一个学生用手触摸杯子内侧，让他们亲自体验、感受；教师提问，你有什么感受?教师介绍：学完这节课大家就可以解释这个现象了，其实这个装置最初叫莱顿瓶，是荷兰物理学家马森布洛克在莱顿大学发明的．历史上最著名的是美国物理学家富兰克林利用这个装置收集空中的闪电．这个装置现在被称为电容器．【实物解剖展示】将一个已经解剖好的薄膜电容器轻轻展开，让学生观察元件结构，并对比“盛电杯”的内部构造．学生观察总结：该元件有两片锡箔，中间是一层绝缘体薄膜．3教师补充，在两个相互靠近的导体中间夹上一层绝缘物质就构成一个电容器．这两个导体叫做电容器的两个极板，中间的绝缘物质也叫电介质．此处电介质是绝缘体，不同于化学上的电解质．电容器在电路中通常用符号来表示．教师展示一对平行金属板并提问学生是否是电容器，介绍那是一个最简单的电容器，称为平行板电容器．教师补充，实际上任何两个彼此绝缘又相距很近的导体都可以称为一个电容器．2．验证实验一——电容器的充电、放电【理论分析】教师介绍实验装置并通过PPT动画介绍实验过程（1）把电容器的一个极板与电源的正极相连，另一个极板与负极相连，两个极板就分别带上了等量的异种电荷，这个过程就称为电容器的充电过程；电流的方向：从电源的正极流向正极板，从负极板流入负极；充电过程中由电源获得的电能以静电能的形式储存在电容器中．（2）如果把充电后的两极板通过导线接通，电流从正极板流向负极板，极板上的电荷就中和，电容器就不再带电，这个过程就称为电容器的放电过程．能量的转化：电场能转化为其他形式能量．【演示实验验证】把一个“35V1000μF”的电容器，连接到如图的电路，当接a时，注意观察灵敏电流计指针最初在哪个位置，向哪个方向偏转，是否一直偏转？然后把电容器直接与b相连，观察表针向哪个方向偏转，是否一直偏转？学生观察实验现象并总结：当接a时，G偏转；当接b时，G反偏．实验现象与理论分析结论一致．3．探究实验二——电容教师补充，电容器在电路中正是利用了它的充放电工作的，通过刚才的实验可以看出，充电后电容器两极板带电，不同的电容器，可以容纳的电荷一样多吗？【教学目标2】通过观察演示实验并分析实验数据，得到电容器的电压与电荷量成正比，GabsCE4并进一步根据比值定义法得到电容的概念．【理论分析】教师介绍实验装置并通过flash动画介绍实验过程（1）电键K2与b连接，给电容器A充电，用数字电压表测出A两端电压U1；（2）电键K2与a连接，给电容器B充电，用数字电压表测出A两端电压U2；（3）断开电键K2，闭合电键K1，电容器B放电，然后断开电键K1，重新与a连接，用数字电压表测出A两端电压U3；（4）分析U1、U2、U3之间的关系，说明什么问题？A的电量QQ/2Q/4A的电压U1＝U2＝U3＝【演示实验】教师指导两个学生，首先观察两个电容器是否相同，一个利用数字电压表测量，另一个学生在黑板上记录数据，然后分析数据．学生小结：电量减少为原来的一半，电压也减为原来的一半，电量减少为原来的四分之一，电压也减为原来的四分之一．教师补充：科学家们经过多次实验发现，对同一个电容器，电量与电压的比值一定．教师点拨，对于不容的电容器，这个比值一般是不同的，所以这个比值表征了电容器储存电荷的特性．学生阅读课本，完成关于电容的思维导图，得出电容概念．(1)物理意义：表示电容器容纳电荷本领的物理量．(2)定义：电容器所带的电荷量与两极板间电势差的比值．(3)定义式：UQC(4)单位：法拉（F）、微法(F)、皮法(pF）pFFF12610101教师补充：法拉这个单位是为了纪念著名的物理学家法拉第而设立的，这个单位很大，Ｋ25实际中常用较小的单位微法和皮法，不过随着科学技术水平的提高，现在已经有超过１Ｆ的电容器．【目标2评价】对电容UQC，下列说法中正确的是A．一个电容器充的电荷量越多，电容就越大B．对于一个固定的电容器，它所充电荷量跟它两极板间所加电压的比值保持不变C．由UQC知，如果一个电容器没有电压，就没有充电的电荷量，也就没有电容Ｄ．电容器的电容与电容器是否带电无关4．实验探究三——平行板电容器的电容【教学目标3】通过分组实验，利用控制变量法了解影响平行板电容器电容大小的因素，了解平行板电容器电容的公式，知道改变电容器电容大小的方法．知道电容器在生产和生活中的一些应用．教师提问，能否认为电容与电荷量成正比，与电势差成反比？学生回答，电容器的电容是一个与电量、电势差无关的物理量，它的大小是由电容器本身的结构决定的．既然电容C由自身因素决定，那么平行板电容器的电容的大小可能由哪些因素决定呢？【猜想与假设】教师展示一组平行板电容器，学生根据电容器内部构造可能会猜想到：平行板电容器的电容大小可能与两极板正对面积、电介质、两极板间距离有关．教师提问，能否同时研究平行板电容器的电容与这几个物理量的关系？如果不能，应采取什么方法？学生回答，控制变量法．【分组实验探究】(1)实验器材：数字电容表一只，平行板电容器一对，两根导线，课本，“35V1000μF”的电容一只．(2)实验步骤：①学会使用数字电容表：首先打开电源，把选择开关打在2000μF档位，把黑表笔接在有负号的1000μF的电容器的一个极板上，红表笔接在另一个极板上，读出数据并与1000μF比较．②把选择开关打在最小档位，测量平行板电容器的电容，保持两板距离一定，改变正对面积，观察电容表读数的变化，并填入表格．6③保持正对面积一定，改变两板间距离，观察电容表读数的变化，并填入表格．④保持距离和正对面积一定，在两板之间放入课本，观察电容表读数的变化，并填入表格．(3)实验数据(4)实验结论学生分析数据并总结：正对面积变大，两极板间距变小，插入介质时，电容变大；正对面积变小，两极板间距变大，拔出介质时，电容变小；电介质真空空气煤油石蜡陶瓷玻璃云母水εr11.000522.0-2.164--116--881教师点拨，进一步的精确实验可以表明，电容器的电容与正对面积成正比，与两板间的距离成反比，与介质的介电常数成正比．即,1rCdCSC，，所以kdSCr4．当平行板电容器的两极板间是真空时，电容C与极板的正对面积S、极板间的距离d的关系为kdSC4．【目标3评价】已充电的平行板电容器与静电计连接如图所示，已知电容器极板上的电荷量不变，静电计指针的偏角反应电容器两板间电势差的大小，偏角越大，电势差越大，请尝试完成下列表格．因素电容正对面积S增大减小两板间距d增大减小电介质插入拔出7影响因素电容C电势差U指针偏角θ两板间距d增大减小教师点评并引导，课下我们利用这套实验装置研究正对面积和电介质对平行板电容器电容的影响．5．常用电容器【图片展示】教师通过PPT展示各种各样的电容器图片，电视、电脑等线路板中的电容器．【实际应用】照相机闪光原理：教师打开相机闪光灯面向学生拍照，相机的的电子闪光灯发出强烈的闪光．【实物展示】每12个同学为一个小组，观察实物以及铭牌．6．学生小结对照PPT中展示的学习目标，提出问题并总结本节内容．本节学习了一种新的电学元件——电容器，知道了它的充电和放电过程，引入了描述电容器容纳电荷本领的物理量——电容，重点研究了平行板电容器与哪些物理量有关，并得出了平行板电容器电容的决定式kdSCr4．7．教师补充，并布置作业，绘制本节的思维导图，完成课后作业．8．板书设计电容器与电容一、电容器1．构造2．作用：充电和放电（1）充电过程（2）放电过程二、电容(比值定义法)UQCCUQUQ所以,,．三、平行板电容器的电容（控制变量法）8rC结论：kdSCr4．四、常用电容器9．课后作业（研究性学习）1．请收集各种电容器，观察他们的外形，并了解规格和用途．（研究性学习）2．趣味实验：让两位同学分别手握电容表的两个表笔，彼此间距拉大或者其中一人蹲下观察电容表读数变化．（基础题）3．根据电容器的电容的定义式UQC，可知A．电容器带电的电量Q越多，它的电容C就越大，C与Q成正比B．电容器不带电时，其电容为零C．电容器两极之间的电压U越高，它的电容C就越小，C与U成反比D．电容器的电容大小与电容器的带电情况无关（提高题）4．电容器放电过程中电流随时间变化的图像如图所示，请思考：(1)在图中画一个狭长矩形，它的面积的物理意义是什么？(2)怎样根据图像计算电容器在全部放电过程中释放的电荷量？(3)根据以上数据估算出的电容是多少？（接8V直流电源）