《第十章 静电场中的能量》学习活动设计七：电荷的储存器-平行板电容器（word版教案）

《第十章 静电场中的能量》学习活动设计七：电荷的储存器-平行板电容器
　　课堂教学
　　【任务情景】
　　平行板电容器的学习建立在电容器电容的基础上，在老师的指导下，学生围绕“影响平行板电容器的因素有哪些？”这一主题开展探究实验，相对于电容的定义式而言，平行板电容器的决定式存在一定的难度，但是通过学习的过程，体验到物理学科的严谨性与科学性。在课后老师引导学生进一步查阅资料，了解电容器在实际生活生产中的应用，感受物理学科的强大，使学生对于电容器有更深的了解和认识。
　　【学习任务一】
　　通过实验了解影响平行板电容器的电容与哪些因素有关，了解平行板电容器的电容公式，认识常见的电容器，知道改变平行板电容器的电容大小的方法。
　　
　　
　　问题1：电容器大小可能和哪些因素有关？
　　预测学生回答；正对面积、电荷量、板间距离。
　　问题2：如何设计实验测量电容器两端电压大小？
　　学生分组讨论，老师引导并介绍如何利用静电计的测量电势差。
　　教师演示：
　　实验1：保持极板上的电荷量Q不变，两极板间的距离d也不变,改变两个极板的正对面积S，观察静电计指针偏角得知两极板间电势差的变化，判断电容C与正对面积S的关系。
　　实验2：保持Q、S不变，改变距离d，采用实验1的方法，判断C与d的关系。
　　实验3：保持Q、S、d都不变,在两极板间插入电介质，判断电介质的存在对电容C的影响。
　　教师和学生总结：
　　1.平行板电容器的电容C跟相对介电常数成正比，跟正对面积S成正比，跟极板间的距离d成反比。
　　2.电容器的决定式：（平行板电容器）
　　说明：k是静电力常量；d是板间距离S是正对面积，是相对介电常数（描述两导体间绝缘介质特性）。
　　
　　
　　【学习任务二】
　　自主探究阅读教材“常用电容器”的内容，完成以下问题；
　　问题1：常用电容器，从构造上看，可以分为哪两类？
　　预测学生回答；固定电容器和可变电容器
　　问题2：常用的固定电容器有哪些？
　　预测学生回答；聚苯乙烯电容器和电解电容器等
　　问题3：电解电容器与其他常用电容器相比有什么显著特征？
　　预测学生回答；电解电容器不能接反，不能接交流电
　　问题4：电容器常见的损坏原因是什么？
　　预测学生回答：电介质被击穿
　　教师引导总结
　　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。
　　【学习评价自测】
　　1.传感器是智能社会的基础元件。如图为电容式位移传感器的示意图，观测电容C的变化即可知道物体位移x的变化，表征该传感器的灵敏度。电容器极板和电介质板长度均为L，测量范围为。下列说法正确的是（　　）
　　
　　
　　A.电容器的电容变大，物体向-x方向运动
　　B.电容器的电容变大，物体向+x方向运动
　　C.电介质的介电常数越大，传感器灵敏度越高
　　D.电容器的板间电压越大，传感器灵敏度越高
　　答案：AC
　　解析：AB.根据电容公式可知，电容器的电容变大，两板间电介质部分增多，物体向-x方向运动，故A正确，B错误；
　　C.电介质的介电常数越大，当物体沿左右方向运动，移动相同距离时，电容器的变化量变大，即传感器的灵敏度变大，故C正确；
　　D.电容器的电容和板间电压无关，电容器的板间电压变大，电容器的变化量不变，即传感器的灵敏度不变，故D错误。
　　故选AC。
　　2.研究与平行板电容器电容有关的因素的实验装置如图所示。下列说法正确的是（　　）
　　
　　
　　A.实验中，只将电容器b板向右移，静电计指针的张角变小
　　B.实验中，只将电容器b板向上平移，静电计指针的张角变小
　　C.实验中，只在极板间插入有机玻璃板，静电计指针的张角变小
　　D.实验中，只增加极板所带电荷量，静电计指针的张角变大，表明电容增大
　　答案：AC
　　解析：A.题设条件下，电容器电量不变，实验中，只将电容器b板向右移，板间距变小，根据及可知，电容变大，板间电压变小，静电计指针的张角变小，故A正确；
　　B.实验中，只将电容器b板向上平移，正对面积变小，根据及可知，电容变小，板间电压变大，静电计指针的张角变大，故B错误；
　　C. 实验中，只在极板间插入有机玻璃板，介电常数变大，根据及可知，电容变大，板间电压变小，故静电计指针的张角变小，故C正确；
　　D.实验中，只增加极板所带电荷量，，则板间电压变大，静电计指针的张角变大，但电容不变，故D错误。
　　3.半导体指纹传感器，多用于手机、电脑、汽车等设备的安全识别，如图所示。传感器半导体基板上有大量金属颗粒，基板上的每一点都是小极板，其外表面绝缘。当手指的指纹一面与绝缘表面接触时，由于指纹凹凸不平，凸点处与凹点处分别与半导体基板上的小极板形成正对面积相同的电容器，使每个电容器的电压保持不变，对每个电容器的放电电流进行测量，即可采集指纹。指纹采集过程中，下列说法正确的是（　　）
　　
　　
　　A.指纹的凹点处与小极板距离远，电容大
　　B.指纹的凸点处与小极板距离近，电容小
　　C.手指挤压绝缘表面，电容器两极间的距离减小，电容器带电量增大
　　D.手指挤压绝缘表面，电容器两极间的距离减小，电容器带电量减小
　　答案：C
　　解析：由知指纹的凸点处与小极板距离近，电容大；指纹的凹点处与小极板距离远，电容小。故AB错误；
　　由可知手指挤压绝缘表面，电容器两极间的距离减小，电容变大，电容器带电量增大。故C正确，D错误。