1.8《電容器的電容》教學(xué)設(shè)計(jì)

1、.?電容器的電容?一、教材分析?電容器的電容?是屬于人教版高中物理選修3-1第一章靜電場(chǎng)第8節(jié)內(nèi)容。電容器是一種重要的電學(xué)元件，在電氣設(shè)備中有著廣泛的應(yīng)用。學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了研究電容器需要涉及的電勢(shì)差、電荷量等知識(shí)，同時(shí)也根本掌握了比值定義法、控制變量法等研究物理問題的方法，具有了一定的用數(shù)學(xué)工具解決物理問題的才能。所以本節(jié)教學(xué)的核心是引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用所學(xué)的知識(shí)與形成的方法研究電容器，探究電容概念的內(nèi)涵。電容的概念是本節(jié)的重點(diǎn)，也是難點(diǎn)。電容又是一個(gè)比值定義的物理量，引出這一比值的關(guān)鍵，學(xué)生知道電容器包容電荷的本領(lǐng)是定的，而電容器所帶的電荷量與兩極板間的電勢(shì)差成正比，其比值能反映電容器本身的性質(zhì)。影響

2、平行板電容器電容大小的因素是本節(jié)教學(xué)內(nèi)容的又一難點(diǎn)，在引導(dǎo)學(xué)生做好教科書中的演示實(shí)驗(yàn)的前提下，由定性實(shí)驗(yàn)到定量探究是打破該難點(diǎn)的好方法，符合學(xué)生認(rèn)知規(guī)律，學(xué)生也更易于承受。二、教學(xué)設(shè)計(jì)思路本節(jié)課是一節(jié)物理概念形成課，主要通過問題探究和實(shí)驗(yàn)探究開展教學(xué)。先讓學(xué)生觀察電容器放電現(xiàn)象，既激發(fā)了學(xué)生興趣，又為學(xué)生理解電容器的作用做鋪墊。再通過自制電容器讓學(xué)生體驗(yàn)“觸電感覺，感受電容器的儲(chǔ)電作用給學(xué)生一種真實(shí)的體驗(yàn)與認(rèn)識(shí)，并由學(xué)生通過觀察自制電容器，理解電容器的構(gòu)造，這樣更符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律。通過學(xué)生自主觀察電容器的充、放電過程中靈敏電容計(jì)指針的偏轉(zhuǎn)情況，定性理解充、放電過程的特征；由于電容器的充、放電

3、時(shí)間極短，學(xué)生只能觀察電流計(jì)指針有無偏轉(zhuǎn)，以及偏轉(zhuǎn)角度的變化，但對(duì)于固定電容器儲(chǔ)存的電量與電壓之間是否存在定量關(guān)系，采用課本中的實(shí)驗(yàn)無法到達(dá)這一目的，根據(jù)這一實(shí)驗(yàn)就得出電量與電壓的比值為定值不能令學(xué)生信服。為了抑制這一障礙，本節(jié)課進(jìn)一步用電流傳感器代替電流計(jì)，與學(xué)生共同實(shí)驗(yàn)，再次觀察電容器的充、放電，這一方面可以進(jìn)一步說明通過不同的實(shí)驗(yàn)器材，得到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是一樣的，但實(shí)驗(yàn)的精度不一樣，借助電流傳感器可以較好地顯示電容器充、放電的短暫過程，并通過電腦輸出電流隨時(shí)間變化的波形圖，借助數(shù)學(xué)工具積分的方法通過電腦直接求出電量。學(xué)生通過這一實(shí)驗(yàn)，直觀形象的建立了充、放電暫態(tài)過程，也解決了指針偏轉(zhuǎn)后是自由

4、返回，還是充、放電有約束式返回。尤其是可以通過電腦處理數(shù)據(jù)，運(yùn)用圖表功能直接快速描點(diǎn)，便于學(xué)生觀察，并很容易得出定值電容的電壓與電量的線性關(guān)系。通過實(shí)驗(yàn)學(xué)生可以明白“電容概念的內(nèi)涵及其物理意義，同時(shí)進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生利用圖像處理問題的才能，為打破難點(diǎn)作了前期鋪墊。最后通過演示實(shí)驗(yàn)，利用控制變量法定性探究平行板電容器的電容與哪些因素有關(guān)。學(xué)生親歷電容概念形成的過程，遞進(jìn)式感悟，從而理解電容的概念，打破難點(diǎn)。三、教學(xué)目的知識(shí)與技能1.知道電容器的概念，認(rèn)識(shí)常見的電容器；2. 理解電容的概念及定義方法，掌握電容的定義公式、單位，并會(huì)應(yīng)用定義式進(jìn)展簡(jiǎn)單的計(jì)算；3. 通過實(shí)驗(yàn)理解影響平行板電容器電容大小的因

5、素，理解平行板電容器的電容公式，知道改變平行板電容器電容大小的方法。過程與方法1.通過實(shí)驗(yàn)感知電容器的充、放電過程；2.通過實(shí)驗(yàn)探究電容器帶電量與電勢(shì)差的關(guān)系，運(yùn)用比值定義法定義電容；3.運(yùn)用控制變量法分別定性、定量探究影響平行板電容器電容大小的因素。情感態(tài)度與價(jià)值觀1.培養(yǎng)探究精神，激發(fā)探究熱情；2.養(yǎng)成實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，形成勤于設(shè)疑、敢于猜測(cè)、勇于求證、擅長(zhǎng)總結(jié)的科學(xué)精神。教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)1.電容的概念是本節(jié)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，通過實(shí)驗(yàn)探究電容器帶電量與電勢(shì)差的關(guān)系，理解電容器電容的定義；2.影響平行板電容器電容大小因素的探究是本節(jié)的難點(diǎn)，運(yùn)用演示實(shí)驗(yàn)進(jìn)展定性探究打破難點(diǎn)。四、電容器概念教學(xué)途徑

6、圖：學(xué)生觀察、分析問題探究生活中的電容器教師點(diǎn)撥電容器自制電容器充放電現(xiàn)象演示驗(yàn)引入初步形成電容器概念，引入物理學(xué)史電容器的作用、構(gòu)造用傳感器演示實(shí)驗(yàn)：電容器的充、放電傳感器演示實(shí)驗(yàn)引入形成電容的概念概念的應(yīng)用鞏固深化反思總結(jié)常見電容器電容器的充、放電過程演示實(shí)驗(yàn)平行板電容器演示實(shí)驗(yàn)：探究平行板電容器電容示教板形成完整的電容器概念用水容器類比引入不同電容器容納電荷本領(lǐng)電容引入Dislab演示實(shí)驗(yàn)：同一電容器在不同電壓下的充放電現(xiàn)象。得到i-t圖象實(shí)驗(yàn)探究學(xué)生觀察、分析教師點(diǎn)撥5、 教學(xué)過程一創(chuàng)設(shè)情境，激活思維，引入概念演示實(shí)驗(yàn)1：展示自制的電容器如右圖，這是一個(gè)玻璃杯，它是一個(gè)可以用來裝水的容

7、器。那么它可以用來裝電嗎？用感應(yīng)發(fā)電機(jī)給電容器充電，再將兩極對(duì)接，請(qǐng)同學(xué)們觀觀察到的現(xiàn)象，說明什么？也可以讓幾個(gè)學(xué)生搭肩，第一個(gè)同學(xué)雙手觸摸兩極體驗(yàn)電容器“儲(chǔ)電作用，讓學(xué)生說說體驗(yàn)，考慮說明什么？點(diǎn)評(píng)：通過上面的演示實(shí)驗(yàn)和學(xué)生的體驗(yàn)，學(xué)生驚訝于玻璃還可以裝電，激發(fā)學(xué)生興趣，引發(fā)學(xué)生考慮。自覺地考慮：這個(gè)琉璃為什么可以裝電？很自然的就可以引入可以儲(chǔ)存電荷的容器叫電容器。實(shí)物展示：展示生活中常見的電容器電容器的歷史：萊頓瓶是1745年由荷蘭萊頓大學(xué)教授P.穆森布羅克1696-1761創(chuàng)造的，是最原始的電容器。點(diǎn)評(píng)：先讓學(xué)生觀察電容器放電現(xiàn)象，既激發(fā)了學(xué)生興趣，又為學(xué)生理解電容器的作用做鋪墊。再通過

8、自制電容器讓學(xué)生體驗(yàn)“觸電感覺，感受電容器的儲(chǔ)電作用給學(xué)生一種真實(shí)的體驗(yàn)與認(rèn)識(shí)，同時(shí)通過實(shí)物展示使學(xué)生對(duì)電容器有更多的感性認(rèn)識(shí)，同時(shí)理解了電容器的歷史。并由學(xué)生通過觀察自制電容器，理解電容器的構(gòu)造，這樣更符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律。二實(shí)驗(yàn)探究，理解和形成電容器概念 1、電容器的構(gòu)造考慮1：電容器為什么可以儲(chǔ)存電荷呢？ 拆開自制電容器，讓學(xué)生觀察分析電容器的構(gòu)造。形形色色、多種多樣的電容器都有三個(gè)根本組成：1兩個(gè)絕緣且相距很近的導(dǎo)體極板；2中間夾一層絕緣物物質(zhì)電介質(zhì)考慮2：相鄰兩同學(xué)是否構(gòu)成電容器？?jī)蓚€(gè)平行金屬板夾上一層絕緣物質(zhì)能否構(gòu)成一個(gè)電容器？總結(jié)：平行板電容器 ，它是一種最簡(jiǎn)單的電容器。任何兩個(gè)互

9、相靠近彼此絕緣的導(dǎo)體都可以構(gòu)成電容器。點(diǎn)評(píng)：自制電容器，構(gòu)造簡(jiǎn)單且更易說明電容器的構(gòu)造，直觀形象，更有真實(shí)感，學(xué)生容易承受。2、電容器的性質(zhì)充電和放電考慮3、它是怎么儲(chǔ)存電荷的？需要電荷怎么辦？演示實(shí)驗(yàn)2：按勝昔演示電路圖和實(shí)物圖如以下圖所示： 觀察實(shí)驗(yàn)并記錄數(shù)據(jù)：學(xué)生觀察電容器的充放電過程，認(rèn)識(shí)電容器的工作形式充電、放電過程。表1：電容器的充、放電過程充電過程放電過程電流方向板間電量板間電勢(shì)差板間場(chǎng)強(qiáng)能量轉(zhuǎn)化演示結(jié)合問題探究電容器的充電過程： 1、開關(guān)打到哪邊是充電？2、開關(guān)打到1，猜測(cè)靈敏電流計(jì)的指針如何變化？3、充電完畢后，上、下極板各帶什么電？4、充電完畢后，兩板間是否有電勢(shì)差？5、電

10、容器所帶電量是多少？6、開關(guān)打到2，狂想靈敏電流計(jì)的指針如何變化？7、充電、放電的過程，電路中的能量如何轉(zhuǎn)化？ 應(yīng)用1：在如此短的時(shí)間內(nèi)，僅靠電池直接供電，閃光燈能發(fā)出如此耀眼的光輝嗎? 總結(jié)：1、1充電：電容器兩板分別接在電池兩端,兩板帶上等量異種電荷的過程。特點(diǎn)：Q U E 都增大，電能轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能。（2） 放電：充了電的電容器的兩板用導(dǎo)線相連,使兩板上正、負(fù)電荷中和的過程。2、特點(diǎn)：Q U E 減小，電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為其他形式的能。電容器的每一個(gè)極板所帶電量的絕對(duì)值,叫做電容器的帶電量.3、 電容器是可以儲(chǔ)存電荷和需要時(shí)釋放電荷的器件。為了更進(jìn)一步探究電容器充、放電過程特點(diǎn)，用電流傳感器代替靈

11、敏電流計(jì)，它可以捕捉到瞬間電流的變化。借助電流傳感器可以通過電腦直接輸出電流隨時(shí)間變化的波形圖。學(xué)生參與演示實(shí)驗(yàn)演示實(shí)驗(yàn)3：Dislab實(shí)驗(yàn)在某一電壓下，電容器的充、放電。學(xué)生直觀體驗(yàn)電流隨時(shí)間變化的波形圖引導(dǎo)學(xué)生分析電流變化和電壓變化。it圖像是否可以判斷電量的變化引導(dǎo)學(xué)生分析it圖像：運(yùn)用微元思想，借助計(jì)算機(jī)求出電容器所帶電荷量。學(xué)生分析：可以用這個(gè)波形圖所包圍的面積代表電量Q，就象我們高一學(xué)習(xí)變速運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，用v-t圖象的面積代表位移一樣。點(diǎn)評(píng)：通過實(shí)驗(yàn)探究，從多層次多角度的認(rèn)識(shí)電容器，更能符合學(xué)生的認(rèn)識(shí)規(guī)律。通過學(xué)生自主觀察電容器的充、放電過程中靈敏電容計(jì)指針的偏轉(zhuǎn)情況，定性理解充、放

12、電過程的特征；由于電容器的充、放電時(shí)間極短，學(xué)生只能觀察電流計(jì)指針有無偏轉(zhuǎn)，以及偏轉(zhuǎn)角度的變化，但對(duì)于固定電容器儲(chǔ)存的電量與電壓之間是否存在定量關(guān)系，采用課本中的實(shí)驗(yàn)無法到達(dá)這一目的，根據(jù)這一實(shí)驗(yàn)就得出電量與電壓的比值為定值不能令學(xué)生信服。為了抑制這一障礙，本節(jié)課進(jìn)一步用電流傳感器代替電流計(jì)，與學(xué)生共同實(shí)驗(yàn)，再次觀察電容器的充、放電，這一方面可以進(jìn)一步說明通過不同的實(shí)驗(yàn)器材，得到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是一樣的，但實(shí)驗(yàn)的精度不一樣，借助電流傳感器可以較好地顯示電容器充、放電的短暫過程，并通過電腦輸出電流隨時(shí)間變化的波形圖，借助數(shù)學(xué)工具積分的方法通過電腦直接求出電量。學(xué)生通過這一實(shí)驗(yàn)，直觀形象的建立了充、放電

13、暫態(tài)過程，也解決了指針偏轉(zhuǎn)后是自由返回，還是充、放電有約束式返回。尤其是可以通過電腦處理數(shù)據(jù)，運(yùn)用圖表功能直接快速描點(diǎn)，便于學(xué)生觀察。同時(shí)也借助電流傳感器更進(jìn)一步探究Q與U的關(guān)系，進(jìn)而引入電容的概念。（3） 實(shí)驗(yàn)探究，理解和形成電容的概念考慮1：電容器可以包容電荷，那么，怎樣來描繪它所具有的這種本領(lǐng)的大小呢？能否說，電容器帶電量越多，包容電荷的本領(lǐng)越強(qiáng)？ 學(xué)生可能分析結(jié)果：不能，因?yàn)橥ㄟ^剛剛的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，電容器的帶電量是可變的，而它包容電荷的本領(lǐng)應(yīng)該是定的，我們應(yīng)該尋找一個(gè)不變的量來表征它包容電荷的本領(lǐng)。Dislab演示實(shí)驗(yàn)：同一電容器在不同電壓下的充放電現(xiàn)象。觀察和記錄：從圖象中獲取不同的電壓

14、下，電量和對(duì)應(yīng)的最大電壓值，記錄數(shù)據(jù)?？紤]2：觀察所得的3組數(shù)據(jù)，你有何發(fā)現(xiàn)？表2：實(shí)驗(yàn)探究1：用不同的電壓充電容器充電，儲(chǔ)存的電荷與電壓的關(guān)系？電源儲(chǔ)存的電荷量最大電壓值結(jié)論電容器1電容器2實(shí)驗(yàn)探究1：1、怎么探究這兩個(gè)量之間的關(guān)系？2、有什么關(guān)系？3、怎樣描繪電容器包容電荷的本領(lǐng)大??？包容電荷的本領(lǐng)應(yīng)該是定的，我們應(yīng)該尋找一個(gè)不變的量來表征它包容電荷的本領(lǐng)點(diǎn)拔：可以求出每組數(shù)據(jù)的比值，看是否相等，還可以用畫圖的方法，觀察點(diǎn)的分布，看是否在一條直線上。總結(jié)：電荷量和電壓的比值不變。同一電容器，電勢(shì)差越大，極板所帶電荷量越多。不同的電容器比值是不同的，這個(gè)比值可以用來描繪電容器包容電荷的本領(lǐng)大

15、小。點(diǎn)評(píng)：通過傳感器定量研究，可以通過電腦處理數(shù)據(jù)，運(yùn)用圖表功能直接快速描點(diǎn)，便于學(xué)生觀察，并很容易得出定值電容的電壓與電量的線性關(guān)系。通過實(shí)驗(yàn)學(xué)生可以明白“電容概念的內(nèi)涵及其物理意義，同時(shí)進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生利用圖像獲取信息和處理問題的才能，為打破難點(diǎn)作了前期鋪墊。形成電容的概念：引入電容的概念、單位、物理意義，類比水杯裝水。展示水杯加水，水杯的容量不因?yàn)樗康脑黾佣兇蟆?.定義：電容器所帶的電荷量Q與電容器兩極板間電勢(shì)差U的比值，叫做電容器的電容2.物理意義：表征電容器包容電荷本領(lǐng)的大小3.單位：法F 1 F1C/V微法uF 皮法pF1F106uF1012pF4. C與Q 、U 無關(guān)。提供了一

16、種測(cè)量方法5、用類比法進(jìn)一步理解電容的物理意義應(yīng)用2:超級(jí)電容車?剪了辮子11路還是電車 上海試運(yùn)行超級(jí)電容器電車?2019年，上海首批 7輛超級(jí)電容車在公交 11路內(nèi)圈投入試運(yùn)行，運(yùn)營(yíng)中無需連接電纜，只需在候客上車間隙充電 30秒到 1分鐘，就能行駛 3到 8公里。超級(jí)電容車外觀與普通無軌電車相似，只是頭上不見了兩根“辮子。電車底部裝了一種超級(jí)電容，車輛進(jìn)站后的上下客間隙，車頂充電設(shè)備隨即自動(dòng)升起，搭到充電站的電纜上，通過 200安培的電流強(qiáng)度完成充電。6、擊穿電壓和額定電壓考慮：如下圖，是某一規(guī)格的電容器，你能從中獲得哪些信息？總結(jié)：1、電容器的擊穿電壓 加在電容器兩極板上的電壓不能超過某

17、一限度，超過這個(gè)限度，電介質(zhì)將被擊穿，電容器損壞，這個(gè)極限電壓稱為擊穿電壓。2、電容器的額定電壓 電容器正常工作時(shí)的最大電壓，額定電壓低于擊穿電壓點(diǎn)評(píng)：利用類比法進(jìn)一步理解電容的概念，通過電容的應(yīng)用深化理解其物理意義。能更全面理解電容的概念。四實(shí)驗(yàn)探究平行板電容器的電容與哪些因素有關(guān)考慮1：既然電容與Q、U都無關(guān)，那么影響平行板電容器電容的因素終究有哪些呢？展示平行板電容器，讓學(xué)生猜測(cè)。學(xué)生猜測(cè)、推測(cè)：板間間隔 、極板的面積正對(duì)、電介質(zhì)、極板材料應(yīng)用已有的知識(shí)，學(xué)生猜測(cè)有關(guān)因素，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入探究情境?？紤]2：根據(jù)以下問題，學(xué)生分析課本實(shí)驗(yàn)1、如何保證電容器所帶的電荷量不變？2、如何判斷電容的變

18、化？3、通過判斷電勢(shì)差用什么儀器測(cè)電勢(shì)差？靜電計(jì)本質(zhì)上也是一種驗(yàn)電器。把它的金屬球與一個(gè)導(dǎo)體連接，金屬外殼與另一個(gè)導(dǎo)體連接或者金屬外殼與另一個(gè)導(dǎo)體同時(shí)接地，從指針偏轉(zhuǎn)角度的大小可以推知兩個(gè)導(dǎo)體間電勢(shì)差的大小。實(shí)驗(yàn)演示1：1只有極板材料不同；銅箔、錫箔2只有面積不同；3只有間隔 不同；學(xué)生觀察并記錄：1與極板材料無關(guān)；2與正對(duì)面積成正比；3與間隔 成反比；表3、探究平行板電容器的電容與哪些因素有關(guān)電容大小變化情況結(jié)論增大極板正對(duì)面積S減小極板正對(duì)面積S增大極板間距d減小極板間距d插入絕緣介質(zhì)總結(jié)：理論分析說明，當(dāng)介質(zhì)為真空時(shí)4、 點(diǎn)評(píng)：考慮學(xué)生認(rèn)知規(guī)律，先引入真空時(shí)電容的決定式。不同材料制成的電容器電容相差很大，由真空到其它介質(zhì)，層層推進(jìn)，學(xué)生易于承受實(shí)驗(yàn)演示2：在平行板電容器中間插入介質(zhì)如書本、塑料板，觀察現(xiàn)象。板間充滿某種介質(zhì)時(shí)，C會(huì)變?yōu)榘彘g為真空時(shí)的假設(shè)干倍，這一倍數(shù)叫這種介質(zhì)的介電常數(shù)，用表示。準(zhǔn)確實(shí)驗(yàn)說明C與成正比。課本中給出幾種電介質(zhì)的介電常數(shù)。總結(jié)：1、電容器的電容是由兩個(gè)導(dǎo)體的大小和形狀，兩個(gè)導(dǎo)體的相對(duì)位置及極板間的電介質(zhì)決定的。2、 準(zhǔn)確實(shí)驗(yàn)可得電容器的決定式。當(dāng)兩板間充滿某種介質(zhì)時(shí)，電容C為真空中的倍：3、 幾種常用電介質(zhì)的相對(duì)介電常