最新人教版高中物理选修31第一章《电容器的电容》教学设计.docx

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最新人教版高中物理选修31第一章《电容器的电容》教学设计

教学设计

8　电容器的电容

本节分析

电容器是一种重要的电学元件，有着广泛的应用．学生前面已经学习了研究电容器需要涉及的电势差、电场强度、电荷量等物理量．所以，本节教学的核心是应用静电场的有关知识研究电容器．如何培养学生应用所学知识解决新问题的能力，在这一节的教学中都应该有所体现．

学情分析

电容器在各种电子仪器中都有广泛的应用，但是学生对电容器并不熟悉，因此引入新课应从学生熟悉的情景入手，让学生首先直观、感性地了解电容器．本节学生又见到了中学阶段常用的比值法定义物理量，以及用科学的实验探究式的方法研究电容与哪些因素有关，并且实验用到了控制变量法．这些都有利于培养学生的科学品质，以及认真观察、勤于思考、团结协作的科学精神，让学生在实践中锻炼思维能力，所以不管是演示实验还是模拟实验都要认真组织好．

教学目标

　知识与技能

（1）知道什么是电容器，观察认识常见电容器的构造．

（2）理解电容概念及其定义方法，掌握电容的定义公式、单位，并会用来进行有关的计算．

（3）了解平行板电容器的电容公式，知道改变平行板电容器的电容大小的方法．

　过程与方法

通过实验感知电容器的充、放电现象，理解电容器的工作原理．通过影响平行板电容器电容因素的实验探究过程，体会其中蕴涵的物理方法——控制变量法，并能够对问题进行定性、定量分析等．

　情感、态度与价值观

体会电容器在实际生活中的广泛应用，培养学生探究新事物的兴趣．

教学重难点

电容概念的理解，影响平行板电容器电容大小的因素的研究．

教学方法

问题讨论，实验演示，动画模拟，理论探究与实验探究相结合，教师启发引导，小组合作．

教学准备

电容器示教板，静电计，平行板电容器，电介质板，起电机，电池组，导线，单刀双掷开关，多媒体．

教学设计

（一）（设计者：

苟乃英）

教学过程设计

主要教学过程

教学设计

教师活动

学生活动

一、引入新课

【情景引入】

1752年6月的一个雷雨天，富兰克林冒着生命危险在美国费城进行了著名的风筝实验，要把天电引下来看一看．富兰克林在成功引下天电后做了实验，证明了天电和摩擦产生的电是相同的.

富兰克林在引下天电后是如何把这些电荷贮存起来的？

电容器——一种重要的电学元件.

（设计意图：

通过学生熟悉的一则故事，了解电容器是容纳电荷的元件，激发学生进一步探究学习的兴趣．）

【实物展示】

1.教师用课件展示图片——内置闪光灯的相机、电视、电脑、VCD等线路板.

2.展示电容器实物，并拆分一个纸质电容器.

学生思考后回答问题.

学生利用互联网搜索：

在我们的日常生活中，哪些电器中用到了电容器？

学生汇报观察结果：

该元件有两片锡箔（导体），中间是一层薄纸（绝缘）.

二、新课教学

（一）电容器

【教师板书】

1.构造：

任何两个彼此绝缘又相互靠近的导体都可以构成电容器.

2.作用：

用来容纳（存储）电荷的装置.

3.电容器的充、放电

（1）演示充电实验

电容器充电示意图

（2）演示放电实验

电容器放电示意图

（设计意图：

演示实验通过示教板进行，实验现象直观、形象、生动，学生对电容器的工作原理也有了初步认识．）

【问题讨论】

1.电容器所带的电荷量Q指什么？

2.有电流就有电流做功，会消耗能量，在充放电过程中能量是如何转化的？

学生观察演示实验并思考问题，总结电容器的充、放电规律.

（1）充电：

两极与电源相连使电容器带电的过程.

（2）放电：

用导线与两极相连，使电容器两极板上的电荷中和的过程.

学生思考后回答：

1.电容器所带的电荷量Q指任何一个极板所带的电荷量Q的绝对值.

2.充电：

电源能量―→电场能

放电：

电场能―→其他形式能

（二）电容

【自主探究】

充放电过程中电容器两极板间电势差U与Q有什么关系？

阅读教材第29页，自主学习有关电容的内容.

【教师板书】

（1）概念：

电容器所带电荷量Q与两极板间电势差U的比值叫电容器的电容.

（2）定义式：

C＝

（3）单位：

法拉（简称法）；符号：

F

1μF＝10－6F，　1pF＝10－12F.

（4）物理意义：

表征电容器容纳（储存）电荷本领的物理量.

【例题示范1】

将一个平行板电容器的两极板分别接在电压是6V的电池组正负极，跟电池组负极相连的极板带电量是－9×10－8C，则

（1）电容器的带电量为多少？

（2）电容器的电容为多少？

（3）若将此电容器两极板接电压为3V电源，电容器的电容为多少？

此时其带电量为多少？

学生自主探究：

类比容器装水

理解电容——表示电容器容纳电荷本领的物理量.

学生将板书内容整理到学案上.

答案：

（1）Q＝9×10－8C

（2）C＝1.5×10－8F

（3）C＝1.5×10－8F

Q＝4.5×10－8C

（三）平行板电容器的电容

【探究实验】研究影响平行板电容器电容大小的因素

确定研究方法：

控制变量法

【实验步骤】

（1）介绍静电计：

静电计是在验电器的基础上制成的，用来测量电势差．使用时把它的金属球跟一个导体相连（或者同时接地），从指针的偏转角度就可以测出两个导体间的电势差.

（2）实验探究过程

图甲：

保持极板上的电荷量Q、S不变，改变平行板两极板的距离d.

学生猜想（S，d，两极板间的电介质）.

图乙：

保持极板上的电荷量Q、d不变，改变平行板两极板的正对面积S.

图丙：

保持Q、S、d都不变，两极板间插入电介质.

（设计意图：

学生体验探究影响平行板电容器电容大小的因素的过程，体会控制变量法在实验中的应用，培养学生科学思维能力与意识．）

【教师板书】

1.平行板电容器的电容C跟相对介电常数εr成正比，跟正对面积S成正比，跟极板间的距离d成反比.

2.电容的决定式：

C＝

（平行板电容器）.

说明：

其中，

（1）k是静电力常量；

（2）d是板间距离；（3）S是两极板正对面积；（4）εr是相对介电常数（描述两导体间绝缘介质特性）.

几种常用电介质的相对介电常数εr

电介质

空气

煤油

石蜡

陶瓷

玻璃

云母

水

εr

1.0005

2

2.0～2.1

6

4～11

6～8

81

【思考讨论】

3.平行板电容器充电后的两种动态变化

（1）电容器始终连接在电源上，两极间的电势差U保持不变，如果增大两极板间的距离d，那么，两极板间的电势差U、电容器所带的电荷量Q、两极板间的电场强度E各如何变化？

（2）电容器充电后，切断与电源的连接，电容器的带电荷量Q保持不变，如果增大d，则U、Q、E各如何变化？

【例题示范2】

一平行板电容器，两板之间的距离d和两板面积S都可以调节，电容器两板与电源相连接，以Q表示电容器的电荷量，E表示两极间的电场强度，则（　　）

A.当d增大，S不变时，Q减小，E减小

B.当S增大，d不变时，Q增大，E增大

C.当d减小，S增大时，Q增大，E增大

D.当S增大，d减小时，Q不变，E不变

（设计意图：

通过分析平行板电容器充电后的两种动态变化及例题示范，加强学生对电容器问题的分析能力及几个公式的熟练综合应用．）

学生观察并思考给出结论：

图甲⇨

图乙⇨

图丙⇨

学生阅读教材，了解几种电介质的相对介电常数εr.

学生分析思路：

当d（或变化εr、S）发生变化，用C＝

判断C的变化，再用C＝

判断出Q（或U）的变化，最后用E＝

＝

判断E的变化.

答案：

AC

（四）常用电容器

【自主探究】

阅读教材第31页“常用电容器”部分内容，回答问题：

（1）常用电容器，从构造上看，可以分为哪两类？

（2）常用的固定电容器有哪些？

（3）电解电容器与其他常用电容器相比有什么显著特征？

（4）电容器常见的损坏原因是什么？

（设计意图：

常用电容器内容比较简单，学生自学即可，问题可以引领学生的阅读和思考．）

说明：

电容器的击穿电压与额定电压

（1）额定电压：

电容器长期工作所能承受的电压.

（2）击穿电压：

加在电容器两极上的极限电压.

学生整理填写学案后回答：

常用电容器

三、课堂小结

展示课件知识结构图.

学生总结梳理本节的知识要点

四、课后作业

教材问题与练习1～4.

课后完成

板书设计

8　电容器的电容

一、电容器

1．构造

2．作用

3．电容器的充放电

二、电容

1．概念

2．定义式：

C＝

＝

3．单位：

法拉；符号：

F，1μF＝10－6F，1pF＝10－12F

4．物理意义

三、平行板电容器的电容

1．决定电容大小的几个因素

2．平行板电容器的电容的决定公式：

C＝

3．平行板电容器充电后的两类动态变化

四、常用电容器

教学反思

本节通过学案设置探究活动，教师充分调动学生的自主学习，充分体现学生的主体地位．教师在教学中，努力引导学生分析问题、解决问题，达到了预期的学习目标．

本节演示电容器的充、放电过程非常成功．用科学探究方法研究电容与哪些因素有关的实验，较常规的讲授方法效果要好得多，有利于提高学生实验技能．但在实验中还是因为环境较潮湿，金属板的电量耗损非常快，产生的静电效果不太好，使实验显得并不是很完美，因此教学中建议可以配合动画模拟演示实验．

另外，本节内容较多，上课节奏较快．基于学生接受能力以及课堂时间所限，课堂上还不能很好地使学生充分的了解电容器在实际中的应用，课后要引导学生通过互联网络补充自主学习．

教学设计

（二）（设计者：

都晓辉）

教学过程设计

一、引入新课

实验器材：

内外附锡箔纸的大塑料杯、感应起电机．

学生演示实验：

让两个学生到讲台前让感应起电机与塑料杯上外附的锡箔纸接触，摇动感应起电机，然后让感应起电机与锡箔纸分离．让一名学生接触塑料杯内附锡箔纸．（学生被电了一下）

问题：

1．让学生解释同学被电这一现象（可以让学生拆开上述装置）．

2．能否制作一种简单的可以容纳电荷的容器．

二、新课教学

（一）电容器构造

任何两个彼此绝缘导体就构成了一个电容器．通常用符号

表示．

两个导体间的绝缘物质也叫电介质．空气也是一种电介质．

最简单的电容器是由两个彼此绝缘的金属平行板构成的平行板电容器

（二）电容器带电原因分析

【实验演示】电路图如图所示

单刀双掷开关先接通1，再接通2，观察实验现象．

问题：

你观察到什么实验现象了？

你认为电容器接电源后与接电源前相比有何变化？

为什么这么认为？

小结：

电容器与电源相接后带上了等量异号电荷，使电容器带电叫做充电．使充电后的电容器失去电荷叫做放电．充电和放电过程是能量转化过程．

问题：

什么时候电容器充电完毕？

学生：

当电容器两端的电压与电源两端电压相等时充电完毕．

小结：

1．电容器充电后两极板间有电压．

2．电容器充电后容纳有电荷．

3．电容器充电后两极板间存在电场储存了电能．

（三）电容

【实验探究】电容器所带电荷量与电容器两端的电势差有何关系？

关键问题：

1.电容器带电后两极板间的电势差如何测量？

2．电容器所带的电荷量如何测量？

【仪器介绍】电流传感器，与计算机相连，可以测出电容器的放电电流随时间变化关系图象．

【实验演示】用电流传感器测2V充电电压下电容器（104μF　25V）的放电电流随时间的变化关系．

问题：

电流图象与时间轴所包含的面积的物理意义是什么？

为什么这么认为？

实验思路总结：

1．测同一电容器在不同的充电电压下所带的电荷量：

（1）接开关1让电容器充电，充电完毕电容器两端电压等于电源电压；

（2）接开关2让电容器放电测放电电流，求出电荷量填入表格．

2．换用不同的电容器重复实验

3．数据处理

4．分析总结

【实验演示】示教板如图所示，学生电源电压可变．

电容充放电I-t图象

实验一

Q1/C

0.0207

0.0409

0.0620

0.0815

0.1019

U1/V

1.96

4.00

6.05

8.07

10.09

实验二

Q2/C

0.0096

0.0193

0.0293

0.0386

0.0476

U2/V

1.96

3.99

6.05

8.07

10.10

电容充放电Q-U图象

实验一

Q1/C

0.0207

0.0409

0.0620

0.0815

0.1019

U1/V

1.96

4.00

6.05

8.07

10.09

实验二

Q2/C

0.0096

0.0193

0.0293

0.0386

0.0479

U2/V

1.96

3.99

6.05

8.07

10.10

【归纳总结】

（1）对于同一电容器，电势差增大，两极板间的电荷量增多，但是电荷量和电势差的比值不变；

（2）不同电容器

比值不同；

（3）对于不同的电容器在电势差相同的情况下，

比值大的电容器容纳的电荷多．

结论：

比值反映了电容器容纳电荷的本领，叫电容．用符号C表示．

电容：

C＝

单位：

法拉；符号：

F，1F＝1C/V，1F＝106μF＝1012pF

问题：

电容器的充电电压是否可以不断地增大？

小结：

当电压超过某个限度电介质被击穿，电容器损坏，这个极限电压称为击穿电压．电容器外壳上标的是工作电压或额定电压．

（四）平行板电容器的电容

猜想：

电容器的电容是由电容器本身的性质决定的，那么大家猜想一下平行板电容器的电容与哪些因素有关系呢？

为什么？

【师生互动】猜想平行板面积、间距、电介质、材料等因素，并简单定性解释．

【实验演示】探究平行板电容器的电容与平行板的正对面积、平行板间距、电介质有什么定性关系？

【仪器】电容表、平行板电容器．

【趣味实验】找两个学生分别与电容表两个探针接触、分开、靠近、蹲下、站立让学生看出电容表示数变化．

【启发】采用什么实验方法？

（控制变量法）

【小结】平行板电容器的电容为C＝

.

S表示正对面积，d表示间距，εr是相对介电常数，设电容器两极板间真空时电容是C0，该电容器两极板间充满同一种介质的电容为C，则εr＝

，εr与电介质的性质有关．

（五）常用电容器

1．从构造上来看：

固定电容器和可变电容器（

）．

2．由于所用的电介质不同，固定电容器又可分为聚苯乙烯电容器、纸介电容器、云母电容器、瓷介电容器、电解电容器（

）等．

【课件展示】电脑主机板、液晶电视主机板、收音机主机板（各主板上电容器被明显地标注出来）、各种电容器．

电容器在生产生活中的应用非常广泛，电脑主机板、液晶电视主机板、收音机主机板，上面分布着很多电容器．电容器的种类很多，外形各异，但再怎么复杂的电容器，其基本结构都是相同的．

【小制作】利用锡箔纸制成纸介质的圆筒状电容器，并用电容表测出它的电容．

三、课堂小结

回顾本节“你学到了什么？

”

四、课后作业

1．静电计实际上也是一种验电器，把它的金属球与一个导体连接，金属外壳与另一导体连接（或者金属外壳与另一个导体同时接地），从指针偏转角度的大小可以推知两个导体间电势差的大小，当指针偏转角度变大说明两导体间电势差变大．如图所示，保持平行板电容器所带电荷量不变，只改变两板距离，试判断静电计的指针如何偏转．

2．举例说明电器在生产和生活中的应用．

板书设计

8　电容器的电容

一、电容器构造

电容器：

两个彼此绝缘的导体　　

电介质

二、电容：

C＝

单位：

法拉

符号：

F　1F＝1C/V，1F＝106μF＝1012pF

三、平行板电容器电容：

C＝

四、常用电容器

教学反思

本节在教学过程中主要注意以下几个问题：

1．电源对电容器的充电原理是学生接受的难点．

2．探究电容器所带电荷量与电压间关系的实验时，应该让学生参与操作．

3．对电容器电荷量和电压数据图象规律总结应该作为重点，放慢教学节奏，充分调动学生积极性．

超级电容

超级电容的容量比通常的电容器大得多．由于其容量很大，对外表现和电池相同，因此也有称作“电容电池”．超级电容属于双电层电容器，它是世界上已投入量产的双电层电容器中容量最大的一种，其基本原理和其他种类的双电层电容器一样，都是利用活性炭多孔电极和电解质组成的双电层结构获得超大的容量．类比电瓶（蓄电池）12V14A·h的电容C＝

F＝4200F．超级电容与电池比较，有如下特性：

（1）充电速度快，充电10秒～10分钟可达到其额定容量的95%以上；

（2）循环使用寿命长，深度充放电循环使用次数可达1～50万次，没有“记忆效应”；

（3）大电流放电能力超强，能量转换效率高，过程损失小，大电流能量循环效率不小于90%；

（4）功率密度高，可达300W/kg～5000W/kg，相当于电池的5～10倍；

（5）产品原材料构成、生产、使用、储存以及拆解过程均没有污染，是理想的绿色环保电源；

（6）充放电路简单，无需充电电池那样的充电电路，安全系数高，长期使用免维护；

（7）超低温特性好，温度范围宽－40℃～＋70℃；

（8）检测方便，剩余电荷量可直接读出；