人教版高中物理必修3第10章第4节 电容器的电容教学设计.docx
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人教版高中物理必修3第10章第4节电容器的电容教学设计
教版高中物理必修3电容器的电容教学设计
课题
电容器的电容
单元
10
学科
物理
年级
高二
教材
分析
本节课所采用的教材是人教版高中物理必修3第10章第4节的内容,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
电容的概念是本节的重点，也是难点．电容又是一个用比值定义的物理量，引出这一比值的关键，是要让学生知道电容器所带的电荷量与两极板间的电势差成正比，其比值反映电容器本身的性质。
影响平行板电容器电容大小的因素是本节教学内容的又一难点，做好教科书中的演示实验是突破该难点的好办法。
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．
教学目标与核心素养
一、教学目标
（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．
二、核心素养
物理观念：
用类比的方法帮助学生认识电容器并构建电容概念。
科学思维：
通过本节教学，培养学生的科学研究能力、实验观察能力和抽象思维能力
科学探究：
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．
科学态度与责任：
电容器两极板带等量异种电荷，体现物理学中的对称美；渗透了事物的本质由自身的因素决定，即内因决定，不由外因决定的观点。
重点
电容的概念及决定电容大小的因素。
难点
电容的概念，电容器的电量与电压的关系，电容器的充放电过程。
教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
导入新课
我们知道，水可以用容器储存起来，以备不时之需。
那么电荷能否也像水一样储存起来呢？
出示图片：
水瓶、莱顿瓶、电容器
并说明莱顿瓶是一种最早用来贮存电荷的电容器。
电容器在我们当今生活中随处可见，如吸尘器、电脑、电视机、收音机等几乎所有用电器中都有电容器。
出示图片：
吸尘器的线路板
那么，它内部的构造是怎样的？
它是怎样“装进”和“倒出”电荷的呢？
今天我们就来学习电容器的电容。
观看图片用类比的方法理解电容器，并观察吸尘器的线路板。
引起学生的好奇心，为学习电容器的电容做好铺垫
讲授新课
一、电容器
1.平行板电容器
在两个相距很近的平行金属板中间夹上一层绝缘物质——电介质就组成一个最简单的电容器，叫作平行板电容器。
出示图片：
平行板电容器
这两个金属板叫作电容器的极板。
注意：
空气也是一种电介质
2.电容器
（1）任何两个彼此绝缘且又相隔很近的导体就构成了一个电容器。
（2）构造：
两个互相靠近彼此绝缘的导体
（3）作用：
存储电荷（存储电能）
出示图片：
平行板电容器
实验：
观察电容器的充、放电现象
1.实验器材：
把直流电源、电阻、电容器、电流表、电压表以及单刀双掷开关
2.实验电路
电容器的充、放电
实验步骤
1.把开关S接1，此时电源给电容器充电，观察实验现象。
出示：
电源给电容器充电动画视频
（1）现象：
通过观察电流表可以知道，充电时电流由电源的正极流向电容器的正极板。
同时，电流从电容器的负极板流向电源的负极。
随着两极板之间电势差的增大，充电电流逐渐减小至0，此时电容器两极板带有一定的等量异种电荷。
另外，在充电过程中，还可以看到电压表示数迅速增大，随后逐渐稳定在某一数值，表示电容器两极板具有一定的电势差。
出示电容器的充电完成的电路图
（2）充电：
使原本不带电的两板带上等量异种电荷的过程
两板分别带等量异种电荷，每个极板带电量的绝对值叫电容器的带电量。
出示图片：
平行板电容器
注意：
即使断开电源，两极板上的电荷由于相互吸引而仍然被保存在电容器中。
2.把开关S接2，电容器对电阻R放电。
出示电容器放电动画视频
（1）现象：
观察电流表可以知道，放电电流由电容器的正极板经过电阻R流向电容器的负极板，正负电荷中和。
此时两极板所带的电荷量减小，电势差减小，放电电流也减小，最后两极板电势差以及放电电流都等于0。
出示电容器的放电完成的电路图
（２）放电：
用导线将充电后的电容器两极接通，两极失去电荷的过程，叫电容器的放电。
出示电容器用导线将充电后的电容器两极接通的图片
解释：
电容器两极正负电荷通过导线中和。
电容器的充、放电现象视频
总结：
电容器充电的过程中，两极板的电荷量增加，极板间的电场强度增大，电源的能量不断储存在电容器中；
放电的过程中，电容器把储存的能量通过电流做功转化为电路中其他形式的能量。
拓展学习用传感器观察电容器的放电过程
1.实验电路和器材如图
实验步骤
（1）照图连接电路。
电源用直流8V左右，电容器可选几十微法的电解电容器。
（2）先使开关S与1端相连，电源向电容器充电，这个过程可在短时间内完成。
（3）然后把开关S掷向2端，电容器通过电阻R放电，传感器将电流信息传入计算机，屏幕上显示出电流随时间变化的I-t图像
思考1.在图中画一个竖立的狭长矩形，它的面积的物理意义是什么？
一个电容器放电的I-t图像
根据图象的含义，因Q=It，所以竖直狭长矩形的面积表示为：
在0.1s内电容器的放电量。
2.怎样根据I-t图像估算电容器在全部放电过程中释放的电荷量？
试着算一算。
参考答案：
根据横轴与纵轴的数据可知，一个格子的电量为0.08×10-3C，由大于半格算一个，小于半格舍去，因此图象所包含的格子个数为42，所以释放的电荷量是：
Q=0.08×10-3C×42=3.4×10-3C；
出示用传感器观察电容器的充电、放电过程视频
二、电容
电容器充电的实验中，当电容器两极板之间的电势差增大时，电流表的示数不为0，这表明电容器所带的电荷量也在增加。
出示电容器的放电完成的电路图
那么，电容器所带的电荷量跟两极板间的电势差是否存在某种定量关系？
实验：
探究电容器两极板间电势差跟所带电荷量的关系
实验器材：
电容器A、电容器B、开关、导线、电源（几节干电池）、数字电压表等。
实验步骤
（1）按照如图所示电路图连接电路。
（2）把开关S1接1，用几节干电池串联后给A充电，可以看到A充电后两极板具有一定的电压。
（3）把开关S1接2，使另一个相同的但不带电的电容器B跟A并联。
观察电压表的示数。
现象：
电压表示数变为原来的一半。
（4）断开开关S1，闭合开关S2，让B的两极板完全放电，随后再断开开关S2，把B和A并联，观察电压表的示数。
现象：
电压表示数再次减少一半。
（5）重复步骤4，观察电压表示数。
实验结论
电容器的电荷量变为原来的一半时，其两极板间的电势差也变为原来的一半。
精确的实验表明，一个电容器所带的电荷量Q与两极板之间的电势差U之比是不变的。
1．电容定义：
电容器所带的电荷量跟它的两极板间的电势差的比值，叫做这个电容器的电容，用C表示。
2.定义式：
Q指每一个极板带电量绝对值，U表示电容器两板的电势差—电压
电容器电容定义式也可以写成：
数值上等于使两极板间的电势差增加1V时，所需要的电荷量。
3、单位：
法拉（F）；微法（uF）；皮法（pF）
关系：
1F=106uF=1012pF
4、物理意义：
电容是反映电容器储存电荷的本领的物理量。
5.电容器的电容由本身结构决定。
与所带的电荷Q和所加的电压U无关。
说明：
即使电容器不带电，其电容仍然存在，并且是个确定值。
6.电容器的电容在数值上等于使两极板间的电势差为1V时电容器需要带的电荷量，电荷量越多，表示电容器的电容越大。
这类似于用不同的容器装水。
如图，要使容器中的水深都为1cm，横截面积大的容器需要的水多。
7.击穿电压
加在电容器两极板上的电压不能超过某一限度，超过这个限度，电介质将被击穿，电容器损坏。
这个极限电压叫作击穿电压。
8.额定电压
电容器外壳上标的是工作电压，或称额定电压，这个数值比击穿电压低。
拓展学习平行板电容器的电容
平行板电容器是最简单的，也是最基本的电容器。
几乎所有电容器都是平行板电容器的变形。
平行板电容器的电容是由哪些因素决定的呢？
1.实验器材
静电计、平行板电容器、电介质（例如有机玻璃板）
2.实验步骤
（1）保持极板上的电荷量Q不变，两极板间的距离d也不变，改变两极板的正对面积S，观察静电计指针的变化得到两极板之间电势差的变化。
根据电容的定义式
，得到正对面积S对电容C的影响。
如图减小两极板的正对面积S，静电计指示的电势差增大，C减小。
（2）保持极板上的电荷量Q不变，两极板的正对面积S也不变，改变两极板间的距离d，通过静电计指针的变化可得到两极板之间的距离d对电容C的影响。
如图增大两极板间的距离d，静电计指示的电势差增大，由
知C减小。
（4）保持Q、S、d都不变，在两极板间插入电介质，例如有机玻璃板。
通过静电计指针的变化可得到两极板之间电介质的存在对电容C的影响。
如图在两极板间插入电介质，静电计指示的电势差减小，由
知C增大。
出示：
影响平行板电容器的因素视频
3.理论和实验表明
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，即：
εr是一个常数，与电介质的性质有关，叫作电介质的相对介电常数。
三、常用电容器
1.常用的电容器，从构造上看，可以分为固定电容器和可变电容器两类。
2. 固定电容器通常以电解质的种类命名，以聚苯乙烯薄膜为电介质，把两层铝箔隔开，卷起来，这种电容器叫聚苯乙烯电容器。
电解质为云母的叫做云母电容器。
出示图片：
聚苯乙烯电容器
还有一种固定电容器叫电解电容器，是用铝箔作为一个极板，用铝箔上很薄的一层氧化膜为电介质，用浸过电解液的纸作为另一个极板制成的，这种电容器有正负之分。
由于氧化膜很薄，所以电容较大。
出示图片：
电解电容器
3.可变电容器：
由两组铝片组成，它的电容是可以改变的。
固定的一组铝片叫作定片，可以转动的一组铝片叫作动片。
转动动片，使两组铝片的正对面积发生变化，电容就随着改变。
出示图片：
可变电容器
4.超级电容器
超级电容器是20世纪70年代根据电化学原理研发的一种新型电容器，超级电容器的充电时间短，储存电能多，放电功率大，使用寿命长。
这些优点展现了它作为新型动力电源的广阔发展前景。
课堂练习
1.电容是表征______________的物理量．如果某电容器的电量每增加10-6C，两极板之间电势差增加1V，则该电容器电容为____，影响电容器电容大小的因素为____、____和____。
答案：
电容器容纳电荷本领；10-6F；两极板间距离，两极板正对面积；电介质
2．如图为电容C与电压U，的电源连成的电路．当电键K与1接通,电容器A极板带____电，B板带____电，这一过程称为电容器___________，电路稳定后，两极板间电势差为____。
当K与2接通，流过导体acb的电流方向为____________，称为电容器______。
答案：
负；正；充电过程；U；b→c→a；放电
3.下列关于常用电容器，说法正确的是（）
A．电解电容器的极性固定，作用时极性不能错
B．可变电容器是通过改变铝片正对面积来改变电容
C．电容器的额定电压就是击穿电压
D．额定电压是长期工作所承受电压，比击穿电压小
答案：
ABC
4．据国外某媒体报道，科学家发明了一种新型超级电容器，能让手机几分钟内充满电。
某同学假日登山途中用该种电容器给手机电池充电，下列说法正确的是（ ）
A．该电容器给手机电池充电时，电容器的电容变大
B．该电容器给手机电池充电时，电容器所带的电荷量可能不变
C．该电容器给手机电池充电时，电容器存储的电能变少
D．充电结束后，电容器不带电，电容器的电容为零
答案：
C
拓展提高
1.如图所示，描述对给定的电容器充电时，电量Q、电压U，电容C之间的相互关系图象，其中错误的是（）
答案：
A
2．有一个已充电的电容器，两极板之间的电压是6V，所带电荷量是4.5×10-4C．将电容器的电压降为4V，电容器所带电荷量是（ ）
A．1.5×10-4C
B．3.0×10-4C
C．3.5×10-4C
D．4.0×10-4C
答案：
B
3.一充电后的平行板电容器保持两极板的正对面积、间距和电荷量不变，在两极板间插入一电介质，其电容C和两极板间的电势差U的变化情况是（ ）
A．C和U均增大
B．C和U均减小
C．C减小，U增大
D．C增大，U减小
答案：
D
观察平行板电容器
学生观看动画了解实验器材、实验电路、实验步骤并动手操作，观察实验现象
学生观看动画
学生阅读拓展学习了解实验
学生观察一个电容器放电的I-t图像并回答问题
学生动手操作并观察电压表的示数
阅读课文了解电容器电容的基础知识并记忆
阅读课文了解
击穿电压和额定电压
学生阅读实验步骤观察静电计指针的变化
说出实验现象
学生观看影响平行板电容器的因素视频并总结实验结论
学生阅读课文
学生练习
了解平行板电容器的构造
锻炼学生的实验动手操作能力和总结能力
了解放电现象
了解用传感器观察电容器的放电过程
让学生进一步理解用传感器观察电容器的放电过程，锻炼学生处理实际问题的能力
帮助学生理解电容器的电容的影响因素
锻炼学生的自主学习能力
知道击穿电压大于额定电压
锻炼学生的观察总结能力
锻炼学生的总结能力和语言表达能力
了解常用电容器
巩固本节的知识
课堂小结
1.任何两个彼此绝缘且又相隔很近的导体就构成了一个电容器
2.电容器的充、放电现象
（1）充电：
使原本不带电的两板带上等量异种电荷的过程叫电容器的充电
（2）放电：
用导线将充电后的电容器两极接通，两极失去电荷的过程，叫电容器的放电。
3
（1）电容器所带的电荷量跟它的两极板间的电势差的比值，叫做这个电容器的电容，用C表示。
（2）定义式：
3.平行板电容器的电容
梳理自己本节所学知识进行交流
根据学生表述，查漏补缺，并有针对性地进行讲解补充。
板书
一、电容器
1.任何两个彼此绝缘且又相隔很近的导体就构成了一个电容器
2.电容器的充、放电现象
（1）充电：
使原本不带电的两板带上等量异种电荷的过程叫电容器的充电
（2）放电：
用导线将充电后的电容器两极接通，两极失去电荷的过程，叫电容器的放电。
二、电容
1.电容器所带的电荷量跟它的两极板间的电势差的比值，叫做这个电容器的电容，用C表示。
2.定义式：
3.平行板电容器的电容
三、常用电容器
升级会员 