《电容器的电容》教学设计

1电容器的电容【教学目标】1、知识与技能⑴知道电容器是储存电荷和电场能的装置；⑵了解常见电容器的外形、结构和符号；⑶了解电容器的充、放电过程，了解击穿电压、额定电压的概念；⑷理解电容的意义，知道其单位，并会用电容定义式进行计算；⑸了解影响平行板电容器电容的相关因素及其电容的决定式。2、过程与方法⑴经历影响平行板电容器电容因素的探究过程，体会其中蕴涵的思想方法：控制变量法，提出问题，定性分析、实验探究与定量分析相结合等；⑵通过实验与观察，了解电容器的构造和特点，通过类比法理解电容器的电容概念。3、情感态度与价值观⑴通过介绍电容器的缘起、发展与应用，渗透STS教育思想；⑵渗透事物的本质是有自身的因素即内因决定，不由外因决定的观点。【教学重点】电容的概念【教学难点】电容的引入与理解研究影响平行板电容器电容大小因素的实验探究【教学方法】问题讨论，理论探究与实验探究相结合，类比方法，动画模拟【教学用具】电容器示教板，静电计，平行板电容器，电介质板，感应起电机，电池组，导线，单刀双掷开关，多媒体与课件【教学过程】提出课题：电容器到底是什么样的元件？它的作用、构造、原理是什么？本节课就要研究这些问题。（一）电容器实例探究：出示一纸质电容器并将其拆开，请学生观察。结论：有两片锡箔（导体），中间是一层薄纸（绝缘）。1、概念：实际上，任何两个彼此绝缘又相距很近的导体都可以看成一个电容器。问题讨论：两平行导体板夹上一层绝缘物质（空气也算）能否构成电容器？2、充电、放电演示：连接如图的电路现象观察：当接a时，G偏转当接b时，G反偏转分析：充电——充电电流；电能电场能放电——放电电流；电场能其他形式能量（二）电容提出问题1：既然电容器是用来储存电荷的，而不同电容器容纳电荷的本领是不同的，我们应该用一个物理量表示电容器容纳电荷的能力，这应是一个怎样的物理量呢？定性分析：对一个电容器来说，其储电能力应该是一定的，我们找到的这个物理量对这个电容器来说也应该是不变的。问题2：对一个结构一定的电容器，给它带上一定的电荷量Q，两极间也就有了一定的电势差U，Q与U能用来表示电容器的储存能力吗？学生：（不能，原因分析）进一步研究：AabsCE2①实验表明，Q增加为原来的几倍，U也增加为原来的几倍，而两者的比值Q/U，对同一电容器是一定的（这符合我们的要求）。②比值大，意味着在相同的电压情况下，能带的电荷量越大，这正能说明其储电能力强。对电容概念的总结：1、定义：电容器所带的电荷量Q与电容器两极板间的电势差U的比值2、定义式：UQC，或者UQC（比值定义）3、物理意义：C是表示电容器容纳电荷本领的物理量。4、单位：在国际单位制中单位是法拉（F），1F=1C/V1μF=10-6F，1рF=10-12F常见电容器，一般是几十pF到几千μF之间类比理解：C大，意味着U=1V时，容纳的电荷量大，储电本领强不同容器装水，水深都是1㎝，S大的容器容纳的水量多问题讨论：①S大，能装水的总量就一定多吗？（不一定，容器的高度h不同，V=Sh）②C大，能储存的电荷量就一定多吗？（不一定，C能承受的最大电压不同）（因此，C大，储电本领大，是指相对于同一电势差U而言；电容器能容纳的电荷还跟它能承受的最大电压有关。引出击穿电压、额定电压的概念。）5、击穿电压额定电压（工作电压）～电容器的外壳有标注【例题1】一个电容器，充电后所带电荷量为Q=4×10-6C的电荷量时，它的板间电势差U=2V，由此可知，该电容器的电容是___________F。如果再充进4×10-6C的电荷量，其电容为___________F。如果用导线将电容器两极相连，放电后，其电容为___________F。学生活动：（略）小结：C取决于电容器自身结构而与是否带电无关。类比：水桶的储水能力在设计好后就确定了，与是否使用无关。（三）研究影响平行板电容器电容大小的因素1、提出课题：平行板电容器是最简单，也是最基本的电容器，几乎所有的电容器都是平行板电容器的变形，所以我们从研究平行板电容器入手，探究决定其电容大小的因素。问题：决定平行板电容器电容的那些因素从哪儿去找？2、定性分析①电容是表征电容器容纳电荷本领的物理量，因此它只与电容器自身的内部结构有关，与其它量（Q、U）应该无关，环境因素也可不予考虑②研究电容器内部的结构因素：③方法分析：控制变量法④实验装置分析：3、实验探究⑴改变平行板两极板的距离s两极板大小（用面积S表示）两极板间的距离d两极板间的电介质Q不变（离源）U用静电计测V1S1hV2S23现象：d↓偏角↓U↓C↑d↑偏角↑U↑C↓⑵改变平行板两极板的正对面积S现象：S↓偏角↑U↑C↓S↑偏角↓U↓C↑⑶两极板间插入绝缘介质（保持Q、S、d不变）现象：插入电介质偏角↓U↓C↑4、进一步的研究（引申）以上实验还只是定性分析，从理论角度进行定量研究，表明：⑴当平行板电容器两极板之间是真空时，kdSC4⑵当板间充满同一种介质时，电容变大为真空时的r倍，即kdSCr45、相对介电常数r是一个与电介质性质有关的常数（无单位）。读表1.8—1，空气的r近似为1（一般性研究中，空气对C的影响可以忽略）（水指纯净水）【例题2】平行板电容器的电容是比较少的，桌上的平行板电容器的电容，半径约0.1m，试求其电容C的大小。学生活动：（2.8pF）问题：若要得到2μF的电容，每个极板的面积要做多大？（试与窗户作个比较）学生活动：（kdCS422.6m2，约10倍）（四）常见的电容器介绍1、从构造上看，可分为固定电容器和可变电容器2、固定电容器根据材料不同，常见的有：聚苯乙烯电容器；陶瓷电容器电解电容器（电容比较大，有极性），符号：3、可变电容器符号：演示：动片，定片问题：试分析变容原理？（五）小结：电容器由两片导体为极板，中间隔以电介质构成。电容C是描述电容器容纳电荷本领的物理量。定义式UQC适用于任何电容器C与Q、U无关决定式kdSCr4只适用于平行板电容器反映C的决定因素（六）巩固练习与应用拓展1、课堂练习：分析C=Q/U结论C与d反相关分析C=Q/U结论C与d正相关分析C=Q/U结论C与电介质有关固定电容器+电解电容器可变电容器4如图所示，给电容器充电，静电计指针偏转一个角度。以下情况中静电计的指针偏角增大还是减小？⑴把两板间的距离减小；⑵把两板间的正对面积减小；⑶在两板间插入相对介电常数较大的电介质。学生活动：（减小；增大；减小）2、拓展应用：电容式传感器介绍传感器是把非电物理量(如位移、速度、压力、温度、流量等)转换成易于测量、传输、处理的电学量(如电压、电流、电阻、电容等)的一种组件。非电物理量→传感器→电学。电容式传感器是常见的一种，试分析图中的电容式传感器是测________的电容式传感器，原理是_________________.（答案要点：测量压力F。当待测压力F作用于可动膜片电极上的时候，膜片发生形变，使极板间距离d发生变化，引起电容C发生变化.知道C的变化，就可以知道F的变化情况.）