高中物理人教必修三第10章第4節(jié) 電容器的電容教學(xué)設(shè)計

1、教版高中物理必修3電容器的電容 教學(xué)設(shè)計課題 電容器的電容單元10學(xué)科物理年級高二教材分析本節(jié)課所采用的教材是人教版高中物理必修3第10章第4節(jié)的內(nèi)容, 電容器是一種重要的電學(xué)元件，有著廣泛的應(yīng)用學(xué)生前面已經(jīng)學(xué)習(xí)了研究電容器需要涉及的電勢差、電場強度、電荷量等物理量所以，本節(jié)教學(xué)的核心是應(yīng)用靜電場的有關(guān)知識研究電容器如何培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識解決新問題的能力，在這一節(jié)的教學(xué)中都應(yīng)該有所體現(xiàn) 電容的概念是本節(jié)的重點，也是難點電容又是一個用比值定義的物理量，引出這一比值的關(guān)鍵，是要讓學(xué)生知道電容器所帶的電荷量與兩極板間的電勢差成正比，其比值反映電容器本身的性質(zhì)。影響平行板電容器電容大小的因素是本節(jié)教

2、學(xué)內(nèi)容的又一難點，做好教科書中的演示實驗是突破該難點的好辦法。電容器在各種電子儀器中都有廣泛的應(yīng)用，但是學(xué)生對電容器并不熟悉，因此引入新課應(yīng)從學(xué)生熟悉的情景入手，讓學(xué)生首先直觀、感性地了解電容器本節(jié)學(xué)生又見到了中學(xué)階段常用的比值法定義物理量，以及用科學(xué)的實驗探究式的方法研究電容與哪些因素有關(guān)，并且實驗用到了控制變量法這些都有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)品質(zhì)，以及認(rèn)真觀察、勤于思考、團(tuán)結(jié)協(xié)作的科學(xué)精神，讓學(xué)生在實踐中鍛煉思維能力，所以不管是演示實驗還是模擬實驗都要認(rèn)真組織好教學(xué)目標(biāo)與核心素養(yǎng)一、教學(xué)目標(biāo)（1）知道什么是電容器，觀察認(rèn)識常見電容器的構(gòu)造（2）理解電容概念及其定義方法，掌握電容的定義公式、單位

3、，并會用來進(jìn)行有關(guān)的計算（3）了解平行板電容器的電容公式，知道改變平行板電容器的電容大小的方法二、核心素養(yǎng)物理觀念：用類比的方法幫助學(xué)生認(rèn)識電容器并構(gòu)建電容概念?？茖W(xué)思維：通過本節(jié)教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)研究能力、實驗觀察能力和抽象思維能力科學(xué)探究：通過實驗感知電容器的充、放電現(xiàn)象，理解電容器的工作原理通過影響平行板電容器電容因素的實驗探究過程，體會其中蘊涵的物理方法控制變量法，并能夠?qū)栴}進(jìn)行定性、定量分析等科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：電容器兩極板帶等量異種電荷，體現(xiàn)物理學(xué)中的對稱美；滲透了事物的本質(zhì)由自身的因素決定，即內(nèi)因決定，不由外因決定的觀點。重點電容的概念及決定電容大小的因素。難點電容的概念，電容器

4、的電量與電壓的關(guān)系，電容器的充放電過程。教學(xué)過程教學(xué)環(huán)節(jié)教師活動學(xué)生活動設(shè)計意圖導(dǎo)入新課我們知道，水可以用容器儲存起來，以備不時之需。那么電荷能否也像水一樣儲存起來呢？出示圖片：水瓶、萊頓瓶、電容器并說明萊頓瓶是一種最早用來貯存電荷的電容器。電容器在我們當(dāng)今生活中隨處可見，如吸塵器、電腦、電視機、收音機等幾乎所有用電器中都有電容器。出示圖片：吸塵器的線路板那么，它內(nèi)部的構(gòu)造是怎樣的？它是怎樣“裝進(jìn)” 和“倒出”電荷的呢？今天我們就來學(xué)習(xí)電容器的電容。觀看圖片用類比的方法理解電容器，并觀察吸塵器的線路板。 引起學(xué)生的好奇心，為學(xué)習(xí)電容器的電容做好鋪墊講授新課一、電容器1.平行板電容器在兩個相距很

5、近的平行金屬板中間夾上一層絕緣物質(zhì)電介質(zhì)就組成一個最簡單的電容器，叫作平行板電容器。出示圖片：平行板電容器這兩個金屬板叫作電容器的極板。注意：空氣也是一種電介質(zhì)2.電容器（1）任何兩個彼此絕緣且又相隔很近的導(dǎo)體就構(gòu)成了一個電容器。（2）構(gòu)造：兩個互相靠近彼此絕緣的導(dǎo)體（3）作用：存儲電荷(存儲電能)出示圖片：平行板電容器實驗：觀察電容器的充、放電現(xiàn)象1.實驗器材：把直流電源、電阻、電容器、電流表、電壓表以及單刀雙擲開關(guān)2. 實驗電路電容器的充、放電實驗步驟1.把開關(guān)S接1，此時電源給電容器充電，觀察實驗現(xiàn)象。出示：電源給電容器充電動畫視頻（1）現(xiàn)象：通過觀察電流表可以知道，充電時電流由電源的正

6、極流向電容器的正極板。同時，電流從電容器的負(fù)極板流向電源的負(fù)極。隨著兩極板之間電勢差的增大，充電電流逐漸減小至 0，此時電容器兩極板帶有一定的等量異種電荷。另外，在充電過程中，還可以看到電壓表示數(shù)迅速增大，隨后逐漸穩(wěn)定在某一數(shù)值，表示電容器兩極板具有一定的電勢差。出示電容器的充電完成的電路圖（2）充電：使原本不帶電的兩板帶上等量異種電荷的過程兩板分別帶等量異種電荷，每個極板帶電量的絕對值叫電容器的帶電量。出示圖片：平行板電容器注意：即使斷開電源，兩極板上的電荷由于相互吸引而仍然被保存在電容器中。2.把開關(guān)S接2，電容器對電阻R放電。出示電容器放電動畫視頻（1）現(xiàn)象：觀察電流表可以知道，放電電流

7、由電容器的正極板經(jīng)過電阻R流向電容器的負(fù)極板，正負(fù)電荷中和。此時兩極板所帶的電荷量減小，電勢差減小，放電電流也減小，最后兩極板電勢差以及放電電流都等于0。出示電容器的放電完成的電路圖（）放電：用導(dǎo)線將充電后的電容器兩極接通，兩極失去電荷的過程，叫電容器的放電。出示電容器用導(dǎo)線將充電后的電容器兩極接通的圖片解釋：電容器兩極正負(fù)電荷通過導(dǎo)線中和。電容器的充、放電現(xiàn)象視頻總結(jié)：電容器充電的過程中，兩極板的電荷量增加，極板間的電場強度增大，電源的能量不斷儲存在電容器中；放電的過程中，電容器把儲存的能量通過電流做功轉(zhuǎn)化為電路中其他形式的能量。拓展學(xué)習(xí) 用傳感器觀察電容器的放電過程1.實驗電路和器材如圖實

8、驗步驟（1）照圖連接電路。電源用直流 8 V左右，電容器可選幾十微法的電解電容器。（2）先使開關(guān) S 與 1 端相連，電源向電容器充電，這個過程可在短時間內(nèi)完成。（3）然后把開關(guān) S 擲向 2 端，電容器通過電阻 R 放電，傳感器將電流信息傳入計算機，屏幕上顯示出電流隨時間變化的 I-t 圖像思考1.在圖中畫一個豎立的狹長矩形，它的面積的物理意義是什么？一個電容器放電的 I-t 圖像根據(jù)圖象的含義，因Q=It，所以豎直狹長矩形的面積表示為：在0.1s內(nèi)電容器的放電量。2.怎樣根據(jù) I-t 圖像估算電容器在全部放電過程中釋放的電荷量？試著算一算。參考答案：根據(jù)橫軸與縱軸的數(shù)據(jù)可知，一個格子的電量

9、為0.0810-3C，由大于半格算一個，小于半格舍去，因此圖象所包含的格子個數(shù)為42，所以釋放的電荷量是：Q=0.0810-3C42=3.410-3C；出示用傳感器觀察電容器的充電、放電過程視頻二、電容電容器充電的實驗中，當(dāng)電容器兩極板之間的電勢差增大時，電流表的示數(shù)不為 0，這表明電容器所帶的電荷量也在增加。出示電容器的放電完成的電路圖那么，電容器所帶的電荷量跟兩極板間的電勢差是否存在某種定量關(guān)系？實驗：探究電容器兩極板間電勢差跟所帶電荷量的關(guān)系實驗器材：電容器 A、電容器 B、開關(guān)、導(dǎo)線、電源（幾節(jié)干電池）、數(shù)字電壓表等。實驗步驟（1）按照如圖所示電路圖連接電路。（2）把開關(guān)S1 接1，用

10、幾節(jié)干電池串聯(lián)后給A充電，可以看到 A 充電后兩極板具有一定的電壓。（3）把開關(guān) S1 接 2，使另一個相同的但不帶電的電容器 B跟A并聯(lián)。觀察電壓表的示數(shù)。現(xiàn)象：電壓表示數(shù)變?yōu)樵瓉淼囊话?。?）斷開開關(guān) S1 ，閉合開關(guān) S2 ，讓 B 的兩極板完全放電，隨后再斷開開關(guān) S2 ，把 B 和 A 并聯(lián)，觀察電壓表的示數(shù)?，F(xiàn)象：電壓表示數(shù)再次減少一半。（5）重復(fù)步驟4，觀察電壓表示數(shù)。實驗結(jié)論電容器的電荷量變?yōu)樵瓉淼囊话霑r，其兩極板間的電勢差也變?yōu)樵瓉淼囊话?。精確的實驗表明，一個電容器所帶的電荷量Q與兩極板之間的電勢差U之比是不變的。1電容定義：電容器所帶的電荷量跟它的兩極板間的電勢差的比值，叫

11、做這個電容器的電容，用 C 表示。2. 定義式： Q指每一個極板帶電量絕對值，U表示電容器兩板的電勢差電壓電容器電容定義式也可以寫成： 數(shù)值上等于使兩極板間的電勢差增加1V時，所需要的電荷量。3、單位：法拉（F）；微法（uF）；皮法（pF）關(guān)系：1F=106uF=1012pF4、物理意義：電容是反映電容器儲存電荷的本領(lǐng)的物理量。5.電容器的電容由本身結(jié)構(gòu)決定。與所帶的電荷Q和所加的電壓U無關(guān)。說明：即使電容器不帶電，其電容仍然存在，并且是個確定值。6. 電容器的電容在數(shù)值上等于使兩極板間的電勢差為 1 V 時電容器需要帶的電荷量，電荷量越多，表示電容器的電容越大。這類似于用不同的容器裝水。如圖

12、 ，要使容器中的水深都為 1 cm，橫截面積大的容器需要的水多。7.擊穿電壓加在電容器兩極板上的電壓不能超過某一限度， 超過這個限度，電介質(zhì)將被擊穿，電容器損壞。這個極限電壓叫作擊穿電壓。8.額定電壓電容器外殼上標(biāo)的是工作電壓，或稱額定電壓，這個數(shù)值比擊穿電壓低。拓展學(xué)習(xí) 平行板電容器的電容平行板電容器是最簡單的，也是最基本的電容器。幾乎所有電容器都是平行板電容器的變形。平行板電容器的電容是由哪些因素決定的呢？1.實驗器材靜電計、平行板電容器、電介質(zhì)（例如有機玻璃板）2.實驗步驟（1）保持極板上的電荷量 Q 不變，兩極板間的距離 d 也不變，改變兩極板的正對面積 S，觀察靜電計指針的變化得到兩

13、極板之間電勢差的變化。根據(jù)電容的定義式 ，得到正對面積 S 對電容 C 的影響。如圖減小兩極板的正對面積 S，靜電計指示的電勢差增大，C減小。（2）保持極板上的電荷量 Q 不變，兩極板的正對面積 S 也不變，改變兩極板間的距離 d，通過靜電計指針的變化可得到兩極板之間的距離 d 對電容 C 的影響。如圖增大兩極板間的距離 d，靜電計指示的電勢差增大，由 知C減小。（4）保持 Q、S、d 都不變，在兩極板間插入電介質(zhì)，例如有機玻璃板。通過靜電計指針的變化可得到兩極板之間電介質(zhì)的存在對電容 C 的影響。如圖在兩極板間插入電介質(zhì)，靜電計指示的電勢差減小，由 知C增大。出示：影響平行板電容器的因素視頻

14、3.理論和實驗表明平行板電容器的電容C跟相對介電常數(shù)r成正比，跟正對面積S成正比，跟極板間的距離d成反比，即： r是一個常數(shù)，與電介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)，叫作電介質(zhì)的相對介電常數(shù)。三、常用電容器1.常用的電容器，從構(gòu)造上看，可以分為固定電容器和可變電容器兩類。2.固定電容器通常以電解質(zhì)的種類命名，以聚苯乙烯薄膜為電介質(zhì)，把兩層鋁箔隔開，卷起來，這種電容器叫聚苯乙烯電容器。電解質(zhì)為云母的叫做云母電容器。出示圖片：聚苯乙烯電容器還有一種固定電容器叫電解電容器，是用鋁箔作為一個極板，用鋁箔上很薄的一層氧化膜為電介質(zhì)，用浸過電解液的紙作為另一個極板制成的，這種電容器有正負(fù)之分。由于氧化膜很薄，所以電容較大。出

15、示圖片：電解電容器3.可變電容器：由兩組鋁片組成，它的電容是可以改變的。固定的一組鋁片叫作定片，可以轉(zhuǎn)動的一組鋁片叫作動片。轉(zhuǎn)動動片，使兩組鋁片的正對面積發(fā)生變化，電容就隨著改變。出示圖片：可變電容器4.超級電容器超級電容器是20世紀(jì)70年代根據(jù)電化學(xué)原理研發(fā)的一種新型電容器，超級電容器的充電時間短，儲存電能多，放電功率大，使用壽命長。這些優(yōu)點展現(xiàn)了它作為新型動力電源的廣闊發(fā)展前景。課堂練習(xí)1.電容是表征_的物理量如果某電容器的電量每增加10-6C，兩極板之間電勢差增加1V，則該電容器電容為_，影響電容器電容大小的因素為_、_和_。答案：電容器容納電荷本領(lǐng)；10-6F；兩極板間距離，兩極板正對

16、面積；電介質(zhì)2如圖為電容C與電壓U，的電源連成的電路當(dāng)電鍵K與1接通, 電容器A極板帶_電，B板帶_電，這一過程稱為電容器_ ，電路穩(wěn)定后，兩極板間電勢差為_。當(dāng)K與2接通，流過導(dǎo)體acb的電流方向為_ ，稱為電容器_ 。答案：負(fù)；正；充電過程；U；bca；放電3.下列關(guān)于常用電容器，說法正確的是 ( )A電解電容器的極性固定，作用時極性不能錯B可變電容器是通過改變鋁片正對面積來改變電容C電容器的額定電壓就是擊穿電壓D額定電壓是長期工作所承受電壓，比擊穿電壓小答案：ABC4據(jù)國外某媒體報道，科學(xué)家發(fā)明了一種新型超級電容器，能讓手機幾分鐘內(nèi)充滿電。某同學(xué)假日登山途中用該種電容器給手機電池充電，下

17、列說法正確的是（）A該電容器給手機電池充電時，電容器的電容變大 B該電容器給手機電池充電時，電容器所帶的電荷量可能不變 C該電容器給手機電池充電時，電容器存儲的電能變少 D充電結(jié)束后，電容器不帶電，電容器的電容為零答案：C拓展提高1.如圖所示，描述對給定的電容器充電時，電量Q、電壓U，電容C之間的相互關(guān)系圖象，其中錯誤的是( )答案：A2有一個已充電的電容器，兩極板之間的電壓是6V，所帶電荷量是4.510-4 C將電容器的電壓降為4V，電容器所帶電荷量是（）A1.510-4C B3.010-4C C3.510-4C D4.010-4C 答案：B3.一充電后的平行板電容器保持兩極板的正對面積、間

18、距和電荷量不變，在兩極板間插入一電介質(zhì)，其電容C和兩極板間的電勢差U的變化情況是（）AC和U均增大 BC和U均減小 CC減小，U增大 DC增大，U減小 答案：D觀察平行板電容器學(xué)生觀看動畫了解實驗器材、實驗電路、實驗步驟并動手操作，觀察實驗現(xiàn)象學(xué)生觀看動畫學(xué)生閱讀拓展學(xué)習(xí)了解實驗學(xué)生觀察一個電容器放電的 I-t 圖像并回答問題學(xué)生動手操作并觀察電壓表的示數(shù)閱讀課文了解電容器電容的基礎(chǔ)知識并記憶閱讀課文了解擊穿電壓和額定電壓學(xué)生閱讀實驗步驟觀察靜電計指針的變化說出實驗現(xiàn)象學(xué)生觀看影響平行板電容器的因素視頻并總結(jié)實驗結(jié)論學(xué)生閱讀課文學(xué)生練習(xí)了解平行板電容器的構(gòu)造鍛煉學(xué)生的實驗動手操作能力和總結(jié)能力了解放電現(xiàn)象了解用傳感器觀察電容器的放電過程讓學(xué)生進(jìn)一步理解用傳感器觀察電容器的放電過程，鍛煉學(xué)生處理實際問題的能力幫助學(xué)生理解電容器的電容的影響因素鍛煉學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力知道擊穿電壓大于額定電壓鍛煉學(xué)生的觀察總結(jié)能力鍛煉學(xué)生的總結(jié)能力和語言表達(dá)能力了解常用電容器鞏固本節(jié)的知識課堂小結(jié)1.任何兩個彼此絕緣且又相隔很近的導(dǎo)體就構(gòu)成了一個電容器2.電容器的充、放電現(xiàn)象（1）充電：使原本不帶電的兩板帶上等量異種電荷的過程叫電容器的充電（2）放電：用導(dǎo)線將充電后的電容器兩極接通，兩極失去電荷的過程，叫電容器的放電。3（