《電容器的電容》教學(xué)設(shè)計(jì)

《電容器的電容》教學(xué)設(shè)計(jì)課題《電容器的電容》學(xué)科物理年級(jí)高二教材分析本節(jié)是本章的重點(diǎn)部分，電容器電容的定義式是理解電容器特性的基礎(chǔ)和前提，在本節(jié)課的知識(shí)內(nèi)容中占有核心地位，本節(jié)是本章的重要內(nèi)容，更重要的是電容器與很多現(xiàn)代科技有關(guān)，本課的重點(diǎn)在于電容器電容定義式的定性定量探究過(guò)程，難點(diǎn)在于把實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為電容的概念定義。這在本節(jié)內(nèi)容利用了等分法，I—t圖像法，去定量來(lái)分析電容器的定義。借助于探究影響平板電容器電容大小因素的探究過(guò)程，理解平板電容器的影響因素。學(xué)情分析必修3的學(xué)習(xí)一般在高二階段，這個(gè)階段的學(xué)生對(duì)于物理學(xué)科的學(xué)習(xí)有一定的認(rèn)識(shí)，學(xué)生在學(xué)習(xí)本節(jié)課之前，已經(jīng)學(xué)習(xí)了電場(chǎng)力的性質(zhì)和電場(chǎng)能的性質(zhì)，而且有過(guò)用比值法定義物理量的經(jīng)歷，為本節(jié)課的學(xué)習(xí)奠定了一定的基礎(chǔ)，然而學(xué)生對(duì)電容器這種非線性元件還是還是第一次接觸，感性認(rèn)識(shí)方面還比較陌生，對(duì)于新高二的學(xué)生來(lái)說(shuō)，雖然具有一定的觀察能力和分析能力，對(duì)物理探究過(guò)程和探究方法也比較熟悉，但他們的抽象思維能力并不強(qiáng)，從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)升華到概念規(guī)律會(huì)有一定的難度。因此，從抽象認(rèn)識(shí)到概念認(rèn)識(shí)需要老師大量的引導(dǎo)。教學(xué)目標(biāo)與核心素養(yǎng)一、教學(xué)目標(biāo)1、掌握電容器的構(gòu)造，理解電容器充放電過(guò)程中的電流方向以及能量轉(zhuǎn)化。2、能用定量和定性的方法探究電容的定義式。3、通過(guò)觀察實(shí)驗(yàn)，知道影響平板電容器電容的因素。二、核心素養(yǎng)物理觀念：通過(guò)電容的定義加深對(duì)能量觀念的理解?？茖W(xué)思維：通過(guò)平行板電容器建立理想化模型。科學(xué)探究：通過(guò)從實(shí)驗(yàn)的角度認(rèn)識(shí)電容器充放電規(guī)律的探究，培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題解決問(wèn)題的能力。通過(guò)探究“平行板電容器電容的決定因素”，理解決定電容大小的本質(zhì)．科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：通過(guò)對(duì)現(xiàn)代科技的了解，建立科學(xué)態(tài)度，激發(fā)學(xué)生探究知識(shí)熱情。了解國(guó)內(nèi)現(xiàn)在對(duì)電容器的應(yīng)用情況，激發(fā)學(xué)生的愛(ài)國(guó)熱情。重點(diǎn)電容概念的理解，影響平行板電容器電容大小的因素的研究。難點(diǎn)有關(guān)電容器充放電過(guò)程的理解。教學(xué)過(guò)程環(huán)節(jié)教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)意圖導(dǎo)入新課一、學(xué)習(xí)目標(biāo)展示1.知道電容器和平行板電容器的概念，通過(guò)實(shí)驗(yàn)感知電容器的充、放電現(xiàn)象。2.理解電容的定義、公式、單位，并會(huì)應(yīng)用定義式進(jìn)行簡(jiǎn)單的計(jì)算。3.了解影響平行板電容器大小的因素及平行板電容器電容公式。4.認(rèn)識(shí)常用的電容器。二、情景引入水可以用容器儲(chǔ)存起來(lái)，電荷也可以用一個(gè)“容器”儲(chǔ)存起來(lái)。圖中的元件就是這樣的“容器”-——電容器。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？了解本節(jié)課學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)生觀察圖片思考有目的的學(xué)習(xí)為引入電電容的概念做鋪墊講授新課一、電容器1．電容器：任何兩個(gè)彼此絕緣又相距很近的導(dǎo)體。2．平行板電容器：在兩個(gè)相距很近的平行金屬板中間夾上一層電介質(zhì)。3．電容器充、放電過(guò)程中能的轉(zhuǎn)化電容器充電過(guò)程中，兩極板的電荷量增加，板間的電場(chǎng)強(qiáng)度增大，電源的能量不斷儲(chǔ)存在電容器中；放電過(guò)程中，電容器把儲(chǔ)存的能量通過(guò)電流做功轉(zhuǎn)化為電路中其他形式的能量。【探究解惑】實(shí)驗(yàn)探究一：觀察電容器的充、放電現(xiàn)象把直流電源、電阻、電容器、電流表、電壓表以及單刀雙擲開(kāi)關(guān)組裝成實(shí)驗(yàn)電路。(1)把開(kāi)關(guān)S接1,此時(shí)電源給電容器充電。在充電過(guò)程中,電壓表和電流表的示數(shù)如何變化?說(shuō)明了什么問(wèn)題?電壓表示數(shù)迅速增大,隨后逐漸穩(wěn)定在某一數(shù)值,電流表示數(shù)逐漸減小至0,說(shuō)明電容器兩極板具有一定的電勢(shì)差。充電完畢時(shí)電容器兩極板帶有一定的等量異種電荷,即使斷開(kāi)電源,兩極板上的電荷仍然被保存在電容器中。(2)把開(kāi)關(guān)S接2,電容器對(duì)電阻R放電。在放電過(guò)程中,電壓表和電流表示數(shù)如何變化?說(shuō)明了什么問(wèn)題?電壓表示數(shù)和電流表示數(shù)都逐漸減小,說(shuō)明放電電流由電容器的正極板經(jīng)過(guò)電阻R流向電容器的負(fù)極板,正負(fù)電荷中和。此時(shí)兩極板所帶的電荷量減小,電勢(shì)差減小,放電電流也減小,最后兩極板電勢(shì)差以及放電電流都等于0。實(shí)驗(yàn)探究二：電容器的充放電過(guò)程燈泡亮度演示實(shí)驗(yàn)探究三：用傳感器觀察電容器的充放電二、電容1．定義：電容器所帶電荷量Q與兩極板間電勢(shì)差U的比值叫電容。2．定義式：C＝Q/U；C與Q、U無(wú)關(guān)，僅由電容器本身決定。3．物理意義：是描述電容器容納電荷本領(lǐng)大小的物理量，數(shù)值上等于使電容器兩極板間的電勢(shì)差增加1V所增加的帶電量．4．單位：在國(guó)際單位制中的單位是法拉。符號(hào)：F,1F＝1C/V。更小的單位還有微法和皮法。換算關(guān)系：1μF＝10-6F;1pF＝10-12F。5．擊穿電壓和額定電壓(1)擊穿電壓：電容器電介質(zhì)不被擊穿的極限電壓。(2)額定電壓：電容器外殼上標(biāo)的工作電壓?！纠?】如圖所示，閉合開(kāi)關(guān)，電源對(duì)電容器充電。充電結(jié)束后，斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，用絕緣手柄增大電容器兩極板之間的距離，則下列說(shuō)法正確的是()A．充電過(guò)程中，有從A到B的電流通過(guò)電阻B．充電過(guò)程中，有從B到A的電流通過(guò)電阻C．?dāng)嚅_(kāi)開(kāi)關(guān)后，電容器上極板帶負(fù)電D．?dāng)嚅_(kāi)開(kāi)關(guān)后，電容器放電，極板上不再帶電B電源對(duì)電容器充電時(shí)，電路中有逆時(shí)針?lè)较虻碾娏?，即有從B到A的電流通過(guò)電阻，使上、下極板分別帶等量的正、負(fù)電荷。斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，電容器與電源斷開(kāi)，回路處在開(kāi)路狀態(tài)，所以電容器帶電荷量不變，故電容器上極板仍帶正電，因此B項(xiàng)正確。【例2】(多選)下列關(guān)于電容的說(shuō)法正確的是()A.電容是反映電容器容納電荷本領(lǐng)的物理量B.電容器A的電容比B的大,說(shuō)明A的帶電荷量比B多C.電容在數(shù)值上等于使兩極板間的電勢(shì)差為1V時(shí)電容器需要帶的電荷量D.由公式C=QU知,若電容器兩極板間電壓為10V,極板帶電荷量為2×10-5C,則電容器電容大小為5×105解析:電容反映電容器容納電荷本領(lǐng)的大小,A對(duì);電容器A的電容比B的大,只能說(shuō)明電容器A容納電荷的本領(lǐng)比B強(qiáng),與帶電荷量多少無(wú)關(guān),B錯(cuò);根據(jù)電容的定義式可知C對(duì);電壓為10V,電荷量為2×10-5C時(shí),電容C=QU=2×10-6F,D探究實(shí)驗(yàn)：平行板電容器的電容有哪些因素決定？利用平行板電容器進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn):(1)如圖所示,保持Q和d不變,增大(或減小)兩極板的正對(duì)面積S,觀察電勢(shì)差U(靜電計(jì)指針偏角)的變化,依據(jù)C=Q/U,分析電容C的變化。(2)如圖所示,保持Q和S不變,增大(或減小)兩極板間的距離d,觀察電勢(shì)差U(靜電計(jì)指針偏角)的變化,依據(jù)C=Q/U,分析電容C的變化。(3)如圖所示,保持Q、S、d不變,插入電介質(zhì),觀察電勢(shì)差U(靜電計(jì)指針偏角)的變化,依據(jù)C=Q/U,分析電容C的變化。結(jié)論:(1)實(shí)驗(yàn)結(jié)論:S增大,電勢(shì)差U減小,電容C增大。(2)實(shí)驗(yàn)結(jié)論:d增大,電勢(shì)差U增大,電容C減小。(3)實(shí)驗(yàn)結(jié)論:插入電介質(zhì),電勢(shì)差U減小,電容C增大。三、平行板電容器的電容（1）電容的決定因素減小平行板電容器兩極板的正對(duì)面積、增大兩極板之間的距離都能減小平行板電容器的電容；而插入電介質(zhì)，卻能增大平行板電容器的電容。反之亦然。（2）電容的決定式C＝εrS/4πkd。極板間是真空時(shí):εr=1=1\*GB3①k為靜電力常量。=2\*GB3②εr是一個(gè)常數(shù)，與電介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)，稱(chēng)為電介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)。四、常用電容器1．固定電容器(1)定義：電容固定不變的電容器(2)分類(lèi)：聚苯乙烯電容器和電解電容器。2．可變電容器：由兩組鋁片組成，固定的一組鋁片叫作定片，可以轉(zhuǎn)動(dòng)的一組鋁片叫作動(dòng)片。轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)片，使兩組鋁片的正對(duì)面積發(fā)生變化，電容就隨著改變。思考討論：試比較公式C=Q/U與C＝εrS/4πkd的區(qū)別【例3】(多選)有一個(gè)空氣平行板電容器，極板間相距d，正對(duì)面積為S，充以電荷量Q后，兩極板間電壓為U，為使電容器的電容加倍，可采用的辦法是()A．將電壓變?yōu)閁/2B．將帶電荷量變?yōu)?QC．將極板間的距離變?yōu)閐/2D．兩板間充滿(mǎn)介電常數(shù)為2的電介質(zhì)CD電容器的電容與電容器極板上的電荷量、電壓無(wú)關(guān)，所以選項(xiàng)A、B不正確；根據(jù)公式C＝εrS/4πkd，可以知道選項(xiàng)C、D正確學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究分析論證學(xué)生理解后記憶學(xué)生思考討論并回答學(xué)生獨(dú)立完成解題過(guò)程在教師的引導(dǎo)下學(xué)生分析。學(xué)生思考討論并在教師的引導(dǎo)下回答學(xué)生練習(xí)通過(guò)自主學(xué)習(xí)鍛煉學(xué)生的邏輯思維能力幫助學(xué)生透徹理解公式的實(shí)質(zhì)。讓學(xué)生理解實(shí)際情形下所學(xué)知識(shí)是如何應(yīng)用的。鍛煉學(xué)生的分析能力，教師引導(dǎo)下的討論，注重學(xué)生的討論過(guò)程，淡化探究的結(jié)果，給學(xué)生成功的喜悅。強(qiáng)化所學(xué)知識(shí)課堂小結(jié)梳理自己本節(jié)所學(xué)知識(shí)。根據(jù)學(xué)生表述，查漏補(bǔ)缺。作業(yè)課后查閱資料，了解生活中的電容器。學(xué)以致用拓展知識(shí)板書(shū)第四節(jié)電容器的電容一、電容器1．電容器：任何兩個(gè)彼此絕緣又相距很近的導(dǎo)體。2．平行板電容器：在兩個(gè)相距很近的平行金屬板中間夾上一層電介質(zhì)。3．電容器充、放電過(guò)程中能的轉(zhuǎn)化二、電容1．定義：電容器所帶電荷量Q與兩極板間電勢(shì)差U的比值叫電容。2．定義式：C＝Q/U；3．物理意義：是描述電容器容納電荷本領(lǐng)大小的物理量，4．單位：法拉5．擊穿電壓和額定電壓：極限電壓工作電壓6、平行板電容器的電容：電容的決定式C＝εrS/4πkd。極板間是真空時(shí):C=S/4πkd三