10.4 電容器的電容（教學(xué)設(shè)計）- 【上好課】高二物理同步備課系列（人教版2019必修第三冊）

第4節(jié)電容器的電容教學(xué)設(shè)計備課人學(xué)科物理課題電容器的電容教學(xué)內(nèi)容分析作為一種重要的電學(xué)元件，電容器在實際生活中有著廣泛的應(yīng)用。本節(jié)就要通過對電容器的分析引入電容的概念，為后續(xù)的帶電粒子在電場中的加速、偏轉(zhuǎn)，以及電路部分含容電路的講解打下基礎(chǔ)。前面章節(jié)的教材已經(jīng)介紹了電荷量、電場強(qiáng)度、電勢差、電勢能等物理量及其相互關(guān)系。本節(jié)的內(nèi)容就是在此基礎(chǔ)上進(jìn)行的一次綜合應(yīng)用。學(xué)情分析通過以往的學(xué)習(xí)，同學(xué)已經(jīng)初步把握了關(guān)于靜電場的基本物理量及其相互的關(guān)聯(lián)。但電容器相對于以往在學(xué)校學(xué)習(xí)過的各種電學(xué)元件而言對同學(xué)是格外生疏的，電容器的充、放電過程也比較抽象，電容的概念更是不簡潔理解。因此，在本節(jié)課的教學(xué)中，試驗演示是必不行少的，而將電容器與水容器加以對比，也能掛念同學(xué)比較順當(dāng)?shù)乩斫?、把握學(xué)問點。教學(xué)目標(biāo)1、觀看常見電容器的構(gòu)造，建構(gòu)電容器模型。通過試驗，觀看電容器在充、放電過程中電流與電壓的變化，分析電荷量變化及能量轉(zhuǎn)化狀況。2、經(jīng)受試驗探究電容器兩極板間電勢差與所帶電荷量關(guān)系和用物理量之比定義電容的過程，理解電容概念。知道電容的單位。3、了解電容器的類型、特性及作用。4、了解影響平行板電容器電容大小的因素。教學(xué)重難點教學(xué)重點：通過試驗建構(gòu)電容的概念。教學(xué)難點：通過試驗建構(gòu)電容的概念。理解電容器的充、放電過程。教學(xué)過程教學(xué)環(huán)節(jié)老師活動同學(xué)活動設(shè)計意圖新課導(dǎo)入【提問】水可以用容器儲存起來，電荷是不是也可以用一個“容器”儲存起來呢？【呈現(xiàn)】圖中的元件就是這樣的“容器”——電容器。電容器是電氣設(shè)備中的一種很重要的元件，在電子技術(shù)和電工技術(shù)中有很重要的應(yīng)用?！咎釂枴渴裁词请娙萜?？它的內(nèi)部構(gòu)造是怎樣的？它是怎樣“裝進(jìn)”和“倒出”電荷的呢？思考。觀看圖片。思考電容器的工作原理。提出問題，引發(fā)同學(xué)思考，為后續(xù)的對比分析做鋪墊。環(huán)節(jié)一電容器【敘述】在兩個相距很近的平行金屬板中間夾上一層絕緣物質(zhì)——電介質(zhì)（空氣也是一種電介質(zhì)），就構(gòu)成了一個最簡潔的電容器，叫做平行板電容器。【提問】相鄰的兩個同學(xué)是否能構(gòu)成電容器？→任何兩個彼此絕緣又相互靠近的導(dǎo)體都能構(gòu)成電容器?！緮⑹觥侩娙萜鞯碾娐穲D符號：電容器的作用：儲存電荷?！咎釂枴咳绾瓮娙萜鲀?nèi)“裝”電荷呢？【播放視頻】電容器的充、放電演示。【敘述】使電容器的兩個極板分別帶上等量的異種電荷，這個過程叫充電?！咎釂枴砍潆娡瓿珊螅c充電前相比，電容器有哪些變化？兩極板帶等量異種電荷；兩極板間有與電源相等的電壓；兩極板間有勻強(qiáng)電場；兩極板間儲存有電場能。【敘述】已經(jīng)充電的電容器兩極板上的電荷的中和過程，叫放電?！咎釂枴砍潆娡瓿珊?，與充電前相比，電容器有哪些變化？兩極板帶電量為0；兩極板間電壓U＝0；兩極板間場強(qiáng)E＝0；兩極板間無電場能。【敘述】也可以用傳感器觀看電容器的充放電過程。試驗設(shè)計：I-t圖像：→可以用微元法計算單位時間內(nèi)的放電量：ΔQ＝IΔt【提問】在I-t圖像中，圖像與坐標(biāo)軸所圍面積的含義是什么？【播放視頻】用傳感器觀看電容器的放電過程?！緮⑹觥筷P(guān)于電容器，需要留意的幾點：充放電時間極短，充放電完成時，靈敏電流計的指針不偏轉(zhuǎn)，說明此時電路中沒有電流。把一個極板帶電量的確定值叫做電容器的帶電量，用Q表示。若保持與電源連接，則板間電壓U不變。若斷開電源，則極板所帶電量Q不變?！緮⑹觥空障鄼C(jī)的閃光燈原理。照相機(jī)的閃光燈，在不到0.001s的短臨時間內(nèi)發(fā)出猛烈閃光，瞬間電流很大，各種電池都不能承受。在實際中，經(jīng)常用電容器掛念閃光實現(xiàn)它的功能。拍照前用較長的時間（一般幾秒）給電容器充電，拍照時觸發(fā)閃光燈，使電容器通過燈管瞬間放電，發(fā)出刺眼的白光。然后電源又給電容器充電，為下次閃光做預(yù)備。【提問】既然電容器能儲存電荷，那么如何反映電容器容納電荷的本事大小呢？類比法：類比圓柱型水杯容器的儲水。【提問】①水位每上升h，試比較A、B、C的儲水量；②哪個儲水本事大？③如何反映其儲水本事？【提問】類比容器儲水時，用儲水的體積與水面上升的高度之比，即容器的底面積，來表示其儲水力量，怎樣表示電容器儲存電荷的力量？了解平行板電容器的結(jié)構(gòu)。思考。結(jié)合電容器的定義觀看并生疏電容器的電路圖符號，了解電容器的作用。思考電容器的工作原理。觀看視頻，理解電容器的充、放電原理。在觀看視頻的基礎(chǔ)上，逐步分析電容器的充電過程。在前面分析的基礎(chǔ)上思考并作答。在觀看視頻的基礎(chǔ)上，結(jié)合電容器充電的特點，逐步分析電容器的充電過程。在前面分析的基礎(chǔ)上思考并作答。觀看試驗裝置、電路圖，思考試驗原理、試驗過程。觀看數(shù)據(jù)圖像，思考數(shù)據(jù)的處理方式，分析圖像的含義。理解此圖像中微元法的使用方法。思考并回答：在I-t圖像中，面積表示電荷量。觀看視頻，在上述分析的基礎(chǔ)上理解試驗過程。理解各點的留意事項。透過閃光燈的實例，了解電容器在實際生活中的廣泛應(yīng)用。思考。思考容器儲水與電容器儲存電荷的相像之處。結(jié)合生活閱歷思考并作答：用容器的底面積反應(yīng)容器的儲水力量?！罁?jù)類比進(jìn)行猜想：用電容器儲存電荷的電荷量與電容器兩極板之間增大的電壓的比值來表示電容器儲存電荷的力量。介紹元器件，讓同學(xué)在了解其結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上逐步了解電容器的工作原理。趣味問題，掛念同學(xué)進(jìn)一步了解電容器的結(jié)構(gòu)。介紹電容器的電路圖符號、作用，為介紹電容器的充、放電過程做預(yù)備。提出問題，為后續(xù)分析做預(yù)備。形象演示電容器的充、放電過程。在視頻的基礎(chǔ)上，對比電路圖分析電容器的充電過程。分析充電前后電容器的變化，掛念同學(xué)了解充電過程中各物理量的數(shù)值變化、能量轉(zhuǎn)化狀況。在視頻和對充電的分析的基礎(chǔ)上，對比電路圖分析電容器的放電過程。分析放電前后電容器的變化，掛念同學(xué)了解放電過程中各物理量的數(shù)值變化、能量轉(zhuǎn)化狀況。介紹另一種試驗方案，可以得出更為精確的電容器充、放電過程中各物理量的變化規(guī)律。引導(dǎo)同學(xué)分析圖像，生疏試驗數(shù)據(jù)的處理方式。用視頻直觀呈現(xiàn)試驗過程。對電容器做進(jìn)一步的介紹，為后續(xù)對電容器進(jìn)行動態(tài)分析做好鋪墊。通過實例介紹電容器在實際生活中的廣泛應(yīng)用。在介紹電容器構(gòu)造和基本特性的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提出問題，引導(dǎo)同學(xué)做深化思考。同時，接受類比的方法掛念同學(xué)生疏影響電容器儲存電荷力量的因素，為引入新物理量電容做鋪墊。接受類比法，引導(dǎo)同學(xué)思考怎樣描述“儲存力量”？用什么樣的物理量表示？一方面，為引入電容做預(yù)備，另一方面，也能練習(xí)同學(xué)分析實際問題的力量。環(huán)節(jié)二電容【敘述】人們通過試驗爭辯發(fā)覺：對于同一電容器，電容器所帶的電荷量Q與電容器兩極板間的電勢差U成正比，即比值Q/U是一個常量；對于不同的電容器，這個比值一般不同。這個比值就表征了電容器儲存電荷的特性。→電容器的電容（符號：C）：電容器所帶電量Q與電容器兩極板間電勢差U的比值?！x式：【提問】電容C與電荷量Q成正比與電壓U成反比嗎？【提問】怎樣理解C＝ΔQ/ΔU？【敘述】電容的單位：法拉（F）→1F＝1C/V，1F＝106μF＝1012pF電容的物理意義：描述電容器容納電荷的本事。電容越大，表明在相同電勢差狀況下，電容器所帶的電荷越多?！緮⑹觥考釉陔娙萜鲀蓸O板上的電壓不能超過某一個限度，超過這個限度，電介質(zhì)將被擊穿，電容器損壞。這個極限電壓稱為擊穿電壓。→電容器外殼上標(biāo)的電壓是工作電壓，或稱額定電壓，額定電壓比擊穿電壓低?！咎釂枴考偃缫谱饕粋€容量較大的電容器，該怎么做？→電容器的電容跟哪些因素有關(guān)？在前面分析的基礎(chǔ)上，理解電容的概念。結(jié)合比值定義法的相關(guān)學(xué)問思考并回答：不成反比。C與Q、U無關(guān)，只等于它們的比值。結(jié)合以往的學(xué)問進(jìn)行分析、思考：→電容C在數(shù)值上等于使電容器兩極板間的電勢差增加1V所需要增加的電荷量。在電容定義、定義式的基礎(chǔ)上理解電容的單位、換算關(guān)系、物理意義。參照學(xué)校所學(xué)額定電壓的概念，理解擊穿電壓。參考課本P41拓展學(xué)習(xí)部分進(jìn)行思考。引入新的物理量電容。既作為前一階段分析、爭辯的總結(jié)，也為后續(xù)的連續(xù)爭辯做預(yù)備。對新引入的物理量進(jìn)行基本的分析，同時復(fù)習(xí)用比值定義法定義物理量的基本特性。對電容的定義做進(jìn)一步分析，引導(dǎo)同學(xué)更深化地理解電容的定義。明確電容的單位、物理意義，為進(jìn)一步的定量分析做鋪墊，也呼應(yīng)了前面對電容器充、放電現(xiàn)象的定性分析。在定義了電容之后，明確電容器的基本參數(shù)，為同學(xué)分析和解決實際問題做預(yù)備。提出實際問題，為下一步探究影響平行板電容器電容大小的因素做鋪墊。環(huán)節(jié)三探究影響平行板電容器電容的因素【敘述】探究試驗：探究影響平行板電容器電容大小的因素。說明：靜電計是在驗電器的基礎(chǔ)上制成的，用來測量導(dǎo)體間的電勢差，從指針的偏轉(zhuǎn)角度就可以知道兩個導(dǎo)體間的電勢差的大小。【敘述】試驗過程及現(xiàn)象：保持電量Q不變時，影響平行板電容器的電容C的因素?！娙莸亩x式：其中，【播放視頻】探究影響平行板電容器電容大小的因素【敘述】幾種常用電介質(zhì)的相對介電常數(shù)?！諝獾南鄬殡姵?shù)與1格外接近，爭辯中，空氣對電容的影響一般可以忽視。了解試驗裝置，明確試驗的基本方法——把握變量法。依據(jù)試驗現(xiàn)象總結(jié)結(jié)論：反比于板間距離d正比于正對面積S正比于介電常數(shù)??r觀看視頻，進(jìn)一步理解前面分析的結(jié)論。了解不同電介質(zhì)的相對介電常數(shù)。介紹試驗器材，為同學(xué)清楚生疏試驗過程、理解試驗結(jié)論做預(yù)備。引導(dǎo)同學(xué)依據(jù)試驗總結(jié)結(jié)論，熬煉同學(xué)分析試驗現(xiàn)象，歸納總結(jié)的力量。通過試驗，讓同學(xué)更直觀地理解上述結(jié)論。介紹相對介電常數(shù)，為后續(xù)介紹不同種類的電容器做預(yù)備。環(huán)節(jié)四常用電容器【提問】了解了關(guān)于電容器的相關(guān)學(xué)問后，你知道電容器在生活中有哪些常見類型？【敘述】第一大類：固定電容器聚苯乙烯電容器：以聚苯乙烯薄膜為電介質(zhì)，兩層鋁箔為極板。電解電容器：用鋁箔做一個極板，以鋁箔上很薄的一層氧化膜為電介質(zhì)，用浸過電解液的紙做另一個極板。有“+”、“-”極之分，不能接反，不能接溝通電?！緮⑹觥科浯未箢悾嚎勺冸娙萜鲀蓸O由兩組鋁片組成，固定的一組鋁片叫做定片；可以轉(zhuǎn)動的一組鋁片叫做動片。轉(zhuǎn)動動片，使兩組鋁片的正對面積發(fā)生變化，電容相應(yīng)變化?？勺冸娙萜靼雌涫褂玫慕橘|(zhì)材料可分為空氣介質(zhì)可變電容器和固體介質(zhì)可變電容器。【敘述】第三大類：超級電容器超級電容器是指介于傳統(tǒng)電容器和充電電池之間的一種新型儲能裝置，它既具有電容器快速充放電的特性，同時又具有電池的儲能特性。思考。從電解質(zhì)的種類方面生疏不同的固定電容器。從變?nèi)莸脑砩侠斫饪勺冸娙萜鞯墓ぷ髟?。從實際用途上生疏超級電容器。通過對常用電容器的介紹，對前面介紹的學(xué)問作進(jìn)一步的鞏固，也掛念同學(xué)更好地理解所學(xué)內(nèi)容與生活實際之間的關(guān)聯(lián)。環(huán)節(jié)五平行板電容器的動態(tài)分析【提問】由C=QU【敘述】假如電容器始終與電源連接，則U保持不變。【敘述】電容器始終與電源斷開，Q保持不變?！倦S堂練習(xí)】結(jié)合兩個公式進(jìn)行思考。由C=QU同理分析電容在恒容條件下的動態(tài)變化。練習(xí)鞏固本節(jié)學(xué)問點。提出新的問題，引導(dǎo)同學(xué)更深化地分析電容的相關(guān)學(xué)問。引導(dǎo)同學(xué)分析在恒壓和恒容條件下的電容動態(tài)變化，引導(dǎo)同學(xué)學(xué)會機(jī)敏運(yùn)用C=QU課堂總結(jié)一、電容器：1、兩個相距很近的平行金屬板，中間夾一層絕緣物質(zhì)——電介質(zhì)。2、任何兩個彼此絕緣又相互靠近的導(dǎo)體都能構(gòu)成電容器。3、電容器的充放電：充電放電試驗電路極板電荷量等量異種電荷0極板間電壓與電源相等0極板間電場勻強(qiáng)電場0能量電場能無電場能4、在I-t圖像中，面積表示電荷量。二、電容：1、定義式：C2、單位：法拉（F），1F＝1C/V，1F＝106μF＝1012pF3、擊穿電壓三、影響平行板電容器電容大小的因素：1、打算式：C2、相對介電常數(shù)四、常用電容器：1、固定電容器2、可變