高中物理《电容器的电容》优质课教案、教学设计

1教学设计选修3-1第一章静电场第8节电容器的电容【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了解电容器的电容器的外形、结构和符号及充、放电过程⑶理解电容的意义，知道其单位、并会用电容定义式进行计算；⑷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⑵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体会类比的方法和控制变量法；培养学生探究的意识和能力；⑵中渗透事物本质是自身的因素，即内因决定外因，不由外因决定观点，激发学习物理知识的兴趣。【教学重点】电容的概念、电容定义式和决定式及其应用【教学难点】电容的定义和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【教学过程】富兰克林“引电实验”来引出电容器。【莱顿瓶】图片展示——电视、电脑等线路中的电容器提出课题：电容器到底是什么样的元件？它的作用、构造、原理是什么？合作探究1：电容器结构及充、放电现象。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）。合作生成：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？a2.充电、放电过程bsECA2实验演示1：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合作探究2：电容提出问题：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？（引导学生用类比的方法研究：比如电阻）演示实验2：（实验电路同上一电路）不同充电电压时，观察电容器充放电时，灵敏电流计指针的偏转幅度。（学生能根据数据得到电压越高，电荷量越大；并且能得到粗略的得到电荷量与电压的比值是恒定的。）课件演示2：让学生通过观察到的实验现象得到结论：电容器储存的电荷量不仅与电容有关还与充电电压有关。并且根培灵敏电流计指针偏转的幅度，粗略的得到，同一个电容器，电荷量与充电电压的比值保持不变，为建立电容的概念做好铺垫。进一步研究：①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。合作生成：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CCQQUU2.定义式：，或者（比值定义）3.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（4）物理意义：C是表示电容器容纳电荷本领的物理V1ahV2bsAS1S2EC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ft穿电压、额定电压的概念。）课堂训练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。课堂训练2.对于一给定的电容器，在如下图所示中，描述电容C、带电荷量Q、电压U之间的相互关系的图线中正确的是（）小结：C取决于电容器自身结构而与是否带电无关。过渡：通过上面的学习我们知道电容是电容器储存电荷本领的物理量，与U和Q都没有关系，只与电容器的本身的构造有关。那么和什么因素有关？有什么知道呢？我们下面研究平行板电容器的电容与什么因素有关合作探究3：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因素有哪些？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3两极板大小（用面积S表示）两极板间的距离d4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d⑵改变平行板两极板的正对面积S现象：S↓偏角↑U↑C↓C=Q/U结论S↑偏角↓U↓分析C↑C=Q/U结论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↑分析C=Q/U结论合作生成3：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C时，S4kd⑵当板间充满同一种介质时，电容变C大为真空时的倍，即rrS4kd（3）相对介电常数是一个与电介质性质有r关的常数（无单位）。读表1.8—1，空气的近似为1（一般性研究中，空气对C的影响可以忽略）（水指纯净水）电容C是描述电容器容纳电荷本领的物理量。定义式CQ适用于任何电容器C与Q、U无关决定式USCr4kd只适用于平行板电容器反映C的决定因素C与电介质有关C与d正相关C与d反相关Q不变（离源）U用静电计测现象：d↓偏角↓U↓C↑d↑偏角↑U↑C分↓析5+课堂训练3.（1）平行板电容器的电容是比较小的，桌上的平行板电容器的电容，半径约0.1m，相距0.1m试求其电容C的大小。学生活动：（2.8pF）（2）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：（22.6m2，约10倍）S4kdC合作探究4：常用电容器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：固定电容器电解电容器（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？合作生成4：(1)常用的电容器,从构造上看,可分为和两类.可变电容器(2)常见的固定电容器有和两种,其表示符号分别为和.教材上所给出的可变电容器是利用的改变来改变电容大小的,其表示符号为.(3)ft穿电压是指.电容器上标出的额定电压一般(选填“大于”或“小于”)ft穿电压.课堂小结：课后作业：拓展思考1:若电容器充电后：（1）保持两极板与电源连接，增加两极板间的距离d，请分析电容C、板间电压U、板间场强E如何变化，并说出理由。（2）保持两极板与电源断开，增加两极板间的距离d，请分析电容C、板间电压U、板间场强E电解电容器聚苯乙烯电容器；陶瓷电容器6如何变化，并说出理由。拓展思考2: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.）