10.4 电容器的电容 教案

第十章 静电场中的能量
第4节 电容器的电容
教学内容分析
《电容器的电容》是《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》必修课程必修3模块中“静电场”主题下的内容，课程标准要求为：观察常见的电容器，了解电容器的电容，观察电容器的充、放电现象。能举例说明电容器的应用。查阅资料，了解电容器在照相机闪光灯电路中的作用。《普通高中物理课程标准(2017年版)解读》对课程的标准的解读为：本条目要求学生通过观察和解剖常见的电容器，了解电容器的构造。通过电容器的充放电实验，了解电容器的作用，了解电容器电容的物理含义。知道用比值定义法来定义电容器的电容，体会比值定义法在定义物理量中的重要作用。通过平行班电容器的电容与哪些因素有关的实验，了解电容器电容与电容器结构及绝缘介质有关。
教材首先用类比水容器方法引出电容器的构造和功能，然后通过实验观察与探究认识充、放电过程和建立电容概念，接下来介绍常见电容器及应用举例。电容是描述电容器性质的重要物理量，为后续学习传感器和电磁振荡等内容奠定基础。电容器概念的形成过程再次体现用物理量之比定义物理量的科学研究方法。
学情分析
学生在初中没有学习过电容器基础，缺乏生活中的感性认识。降低学生认识的难度，可先介绍电容器在生活中应用的情境，例如照相机闪光拍摄时闪光灯能量的释放利用电容器等实例，让学生形成感性认识。电流由电荷定向移动形成，实际上是电子定向移动形成电流。在学生学习的电荷基础上，了解电容器充、放电过程，描述充、放电过程电子移动方向和能量转化情况。
教学目标
学生观察常见电容器的构造，建构电容器模型。通过实验，观察电容器在充、放电过程中电流与电压的变化，分析电荷量变化及能量转化情况。
学生经历实验探究电容器两极板间电势差与所带电荷量的关系和用物理量之比定义电容的过程，理解电容的概念。知道电容的单位。
学生了解电容器的类型、特性及作用。
学生了解影响平行板电容器电容大小的因素。
教学重难点
教学重点：通过实验建立电容器的电容概念
教学难点：建立电容概念和对电容概念的科学理解、对电容器充、放电过程的理解
教学方法：讲授法、演示实验、启发式教学
教学过程
新课引入
问题引入：教师投影手机闪光拍照高清图片。(见PPT演示文稿)
手机拍照功能得到广泛使用。周围环境暗淡时，可以使用手机的闪光功能.手机闪光拍照，短时间内释放大量能量.如何设计手机电路才能实现在短时间内释放大量能量？原理是什么？
新课教学
1.电容器
投影三种电容器实物图，学生认识电容器，形成感性认识。
师：电容器是一种重要的电学器件，有着重要应用。电容器的构造是什么样的？一起观看两种电容器的构造图。(PPT投影铝电解电容器和片式电容器构造示意图)
图1 铝电解电容器结构示意图 图2 片式电容器结构示意图
问题：铝电解电容器由哪些部分构成？片式电容器由哪些部分构成？二者组成有何共同特点？
归纳总结：
电容器：由两个导体中间夹一层绝缘物质构成。
平行板电容器：两个金属板，绝缘物质为空气。
师：将电容器与电源连接，可以对电容器进行充电，充电后电容器两极板带电荷。请同学们观察电容器充电过程，充电过程有何规律。
电容器充电电路图
演示实验1 (PhET仿真实验)
问题1：充电后两极板分别带什么电荷？充电过程电子如何移动？
问题2：充电过程电路有电流吗？电流方向如何？充电完成后，电路有电流吗？
问题3：充电过程，两极板电压如何变化？极板带电量如何变化？
问题4：充电过程，电池和电容器中的能量如何转化？
归纳总结：电容器充电规律
1）充电过程有电流，充电完成后电路无电流；
2）与电源正极相连极板带正电(失去电子)，电子通过电源流到另一极板(得到电子)
3）两板带等量异号电荷；两板空间存在匀强电场；两板电压不变；
4）电源的化学能转化为电场能
电容器放电电路图
演示实验2 （PhET仿真实验）
问题1：灯泡亮度如何变化？两板电压如何变化？板间电场如何变化？
问题2：放电过程，电子如何移动？
问题3：放电过程，能量如何转化？
归纳总结：电容器放电规律
1）放电过程有短暂的放电电流；
2）放电过程电子从导线从带负电极板向带正电极板移动，两板净电荷逐渐减小，两板电压减小，电场强度减小；
3）放电过程电场能转化为其他形式能量；
4）放电结束，两板均不带电，电压为零，板间无电场。
2.电容
问题：将两个不同的电容器接入同一个电源进行充电，充电后两个电容器的电压相等吗？电容器的电荷量相等吗？电容器电压越大，所带电荷量越多。电容器所带电荷量与电容器电压有何定量关系？
学生活动：学生分组讨论，确定解决问题的基本思路。对电容器充电，改变充电电压，测量充电完成后的极板电压和电荷量。获取多组数据，用图像法处理数据，分析数据，总结物理规律.
演示实验3 (PhET实验)
数据记录表格：
Q/pC 0.10 0.15 0.22 0.31 0.38 0.44
U/V 0.350 0.500 0.750 1.050 1.300 1.500
问题1：观察表中数据，电荷量与电压的变化有何规律？
问题2：电荷量Q与电压U成正比吗？如何验证该猜想是否正确？你打算如何处理实验数据？
生：计算电荷量Q与U的比值，若该比值近似不变，说明Q与U成正比。绘制Q-U图像，若数据点近似在一条过原点的直线上，表明电容器的电荷量Q与电压U成正比。
问题3：根据绘制的Q-U图像，电容器的电荷量Q与电压U有何定量关系？
问题4：不同电容器，Q-U图像斜率不同。当电压U相同，电容器所带电荷量Q越大，电容器容纳电荷的本领是强还是弱？
问题5：你认为如何定义物理量描述电容器容纳电荷本领大小？
归纳总结：
电容：电容器所带的电荷量Q与电容器两极板之间的电势差U之比。
C= 单位：法 符号F 1F=1C/V
物理意义：描述电容器容纳电荷本领的大小，只由电容器构造决定，与电容器所带的电荷量和电压无关。
平行板电容器的电容
阅读教材41页内容，思考如下问题：
(1)影响平行板电容器的电容的因素有哪些
(2)电容与多个因素有关，如何研究电容与某一个因素的关系？
(3)静电计发挥什么作用？如何测量电容器的电压？
(4)如何分析平行板电容器的电容变化情况？
(5)分析教材图10.4-6三幅图片。减小平行板电容器正对面积S，静电计指针张角如何变化？电压如何变化？电容如何变化？电容C随正对面积S如何变化？增大距离d，电容C如何变化？插入电介质，电压如何变化？电容如何变化？
归纳总结：
平行板电容器电容 C= 板间为真空
3.常用电容器
学生阅读教材，了解聚苯乙烯电容器、电解电容器和可变电容器。
作业：
1.“练习与应用”写在教材上
2.观察家用电器（例如冰箱、热水器等）电路图，其中是否有电容器。
3.查阅资料，了解电容器的应用和发挥的功能.
板书设计
§ 10.4 电容器的电容
电容器
构造
电容器充电
电容器放电
电容
1.C= 只由电容器构造决定
2.平行板电容器 C=
三、常用电容器
教学反思
电容的物理意义的理解是本节的教学难点，教学中采用类比方法帮助学生理解电容器和电容的物理意义。对于电容变化引起的电压、带电量和电场强度的变化使用的公式较多，学生的理解仍需要一段时间。本节教材研究影响平行板电容器电容大小因素的三幅插图教学中要利用好，帮助学生用电容定义式分析电容随正对面积、平行板间距和插入电介质的影响关系。2
1