10.4 电容器的电容 教学设计（表格式）

课题：电容器的电容
一.教学目标
了解电容器的类型、特性及作用 理解电容的概念，知道电容的单位 3.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利用物理量之比定义电容的过程。 4.通过实验探究得到电容的决定式。
二.教学重点及难点
1.通过实验构建电容概念既是重点又是难点 重点确定依据：第一，从知识层面看，电容是描述电容器性质的重要物理量，将为后续学习传感器和电磁振荡等内容奠定基础。第二，从方法、能力层面看，电容概念的形成过程又一次体现了用物理量之比定义物理量的科学研究方法。教学中，利用实验引发学生思考，可以培养学生的实验观察能力和科学探究能力。 难点确定依据：第一，所涉及的概念多且抽象，学生感性认识少，初中没有此知识的学习基础。第二，构建电容概念需要探究电容器两极板间的电势差与所带电荷量的关系，而电荷的测量是困难的。 2.理解电容器的充、放电过程是一个难点 确定依据：第一，电容器的充放电过程抽象，持续时间短，学生在日常生活中对电容器的充、放电过程没有观察和体验。第二，学生需要通过可测的物理量（电流）推断抽象且不易观测的物理量（电荷量） 3.探究电容的决定式是一个难点 确定依据：本探究过程涉及科学研究方法，是综合知识的应用。
实验器材
自制教具、各种类型的电容器、数字万用表
教学过程
情境创设
教师活动：展示特斯拉电动汽车及能量源“电池”，展示超级电容器公交车，及能量源超级电容器图片。展示一句特斯拉电动车创始人马克斯的一句话“传统电动汽车的电池时代已经过时，未来装载超级电容器的新型汽车将取而代之” 学生活动： “电池”和“电容器”顾名思义有什么不同之处？ 设计意图：从生活实际出发，激发学生学习的兴趣，从“电池”与“电容器”的比较中得到电容器的作用：用来储存电荷的“容器”从而引入本节课的内容。
一.电容器
教师活动：展示各种类型的电容器，尤其展示 “电解电容器”的外部特征及内部构造。 设计意图：明确：两个电容器极板和它们之间的电介质构成电容器。明确电容器的电路符号，注意电解电容器的两个引脚“一长一短” 教师活动：展示两块平行铝板，构成一个最简单的平行板电容器 设计意图：逐步建立电容器模型 备注：实际上电解电容器是用铝箔做一个极板，用铝箔上很薄的一层氧化膜做电介质，用浸过电解液的纸做另一个极板，为了让学生构建电容器模型，在了解“电解电容器”构造时，刻意认为是两个铝箔做极板，它们之间的纸做为电介质。等到讲解电容器种类的时候再纠正过来。 教师活动：展示电池图片、电容器图片、装有水的杯子、空杯子 学生活动：思考如何将电荷“装入”和“倒出”电容器？ 设计意图：通过类比的方法，再次体会电容器的作用，并引入“电容器的充、放电”
二．电容器的充、放电
教师活动：首先展示“电容器充、放电”电路图（如图1）（并板书电路图）进行实验操作。 图1 实验仪器：一个2200μF/50V的电容器，一个灵敏电流计，几千欧的定值电阻，2节干电池，数字电压表 教师活动：展示“充、放电”实物电路 猜测：开关s分别拨到1、2时会有电流产生吗？电流方向相同吗？电流会一直从在吗？ 学生活动：1、观察开关s拨到1时电压表读数如何变化？2、第二次观察电流表的指针偏向及偏角变化情况，并推断电流流向与电流大小变化情况？3、第三次观察电压表读数最大时，电流表的读数有何特点。此时断开电源，电压表还有读数吗？ 学生活动：1、观察开关接通2时的放电过程，电流表的指针偏向及偏角变化情况，并推断电流流向与电流大小如何变化？2、第二次观察电压表读数如何变化。观察充电电流流向与放电电流方向的特点？ 学生活动：通过上述现象判断：充电过程中，与电源正极相连的极板带什么电？两极板所带电荷量有什么关系？电荷量如何变化？能量如何转化？ （理解随着极板所带的电荷量越来越多，电容器两极板之间的电场强度越来越大，两极板间的电压越来越大。当两极板之间的电势差增大到电源电压时，充电结束，能量储存最多） 学生活动：放电过程中，电流最后减小到0，说明两极板所带电荷量有什么关系？（这里给出电容器所带电荷量是指一个极板所带电荷量的绝对值）放电过程中电荷量如何变化？能量如何转化？ 设计意图：通过实验使抽象的过程形象化，促进学生深入思考，发展学生的逻辑推理和科学论证能力。 教师活动：通过刚才的实验我们体会了电容器中“装入”和“倒出”电荷的过程，接下来我们将视角转入“容器”本身
三．电容
情境创设：展示相同形状，不同容量的杯子，紧接着展示不同大小的电容器。 学生活动：思考三个杯子的不同之处，同时思考三个电容器的不同之处？ （教师引导得出：三个杯子容纳水的本领不同，同理三个电容器容纳电荷的本领不同） 设计意图：通过上述类比方法的应用使学生理解迫切需要有一个用来描述电容器容纳电荷本领的物理量 教师活动：刚才的充电过程中，我们发现电容器极板上的电荷量在增加，两极板间的电压也在增加 那么电荷量与电压之间是否成正比呢？ 实验探究：探究电容器储存的电荷量与电势差之间的关系 学生活动：两板间电压可以用数字万用表电压档来测量，没有电量计用来测电量的情况下，如何实现电量的定量变化呢？ 教师引导（在探究电荷间相互作用力的实验中：如何实现电量的定量变化的？得出两个完全相同的电容器，一个储存有电荷，一个没有储存电荷，将两个电容器同极对接再分开，可以实现电量的平分） 教师活动：展示实验电路图（图二）并展示实物电路，进行操作演示 图2 实验仪器：C1、C2为两个1000μF/16v 的电容器，数字万用表20v档，干电池两节 实验操作：三个开关开始时均处于打开状态，闭合开关s1，给C1充电，断开s1，闭合s2，电量平分，断开s2，闭合s3，使C2放电完毕。依次操作可使电容器C1上的电量：为Q、Q/2、Q/4、Q/8 分别测量与电荷量所对应的电压 电荷量QQ/2Q/4Q/8电压
学生活动：观察数据记录过程，并通过观察数据得出相关结论 （相同电容器的电荷量与电压的比值不变） 教师活动：那么不同的电容器，电荷量与电压的比值会相同吗？对于两个不同的电容器利用同一个电源充电，电容器两极板间的电压是否相同？电荷量是否相同呢？如何确定两个不同电容器利用同一个电源充电和的电荷量是否相同？ 教师引导（将两个电容器反向对接，如果电荷量相同，则两极板间没有电压，如果不相同，则两极板间有电压） 教师活动：展示实验电路图及实物电路（如图3、4） 图3 图4 实验仪器：两节干电池，C1为1000μF/16v电容器，C3为220μF/16V电容器，数字万有表20v档 实验操作：在图三中，闭合开关S2，闭合开关S1，给两个不同规格的电容器充电，断开开关S2，断开开关S1。将C3反接，如图4所示，闭合开关S2，看电压表是否有示数。 学生活动：通过实验观察，得出相关结论 （两个不同的电容器利用同一电源充电，两电容器的电荷量不同，即不同电容器电荷量与电压的比值不同） 教师活动：板书电容的定义及定义式（定义式的含义），单位，理解1F的含义，并拿刚才的两个不同规格的电容器做解释。 设计意图：从实验得出规律，加深了对规律和比值定义的体验，有利于培养学生以证据支撑观点的科学思维习惯 学生活动：电荷量与电压的比值相同，意味着电压与电荷量的比值也相同，物理学家为什么拿电荷量与电压的比值来定义电容的呢？ 设计意图：利于形象比喻的方法加深对公式的理解和记忆
四．平行板电容器
学生活动：电容与电荷量无关，与电压无关，电容到底有哪些因素决定呢？ 教师活动：研究最简单的电容器：平行板电容器，利用两块铝板展示 （学生猜测的因素：板间距，正对面积，极板厚度，极板材料，电介质） 学生活动：用怎样的实验方法研究平行板电容器的决定因素呢？ （控制变量法） 教师活动：展示实验器材（自制教具） 实验器材：两块300mm×300mm×2mm的铝板，其中一块用记号笔画为3等分（等量改变正对面积）镶嵌铝板的底座一个，刻有4个狭缝，间距分别为3mm、6mm、9mm。数字万用表电容档。 实验操作：使两铝板放在间距为3mm的狭缝中，正对，2/3正对，1/3正对，分别测电容 正对面积S2S/3S/3电容
实验操作：使两铝板正对，间距分别为3mm、6mm、9mm分别测电容 板间距3mm6mm9mm电容
学生活动：通过实验数据得出相关结论 教师活动：板书平行板电容器的决定式，并解释相对解释相对介电常数 学生活动：阅读教材相对介电常数部分内容。 设计意图：通过上述实验能够定性的知道电容器的电容与正对面积及板间距的关系，丰富学生的感性认识和科学证据意识。
五．常用电容器
学生自主阅读学习本部分内容。 明确：电容器的分类，电容器的额定电压和击穿电压。可变电容器改变的是正对面积。 并在课后上网查阅相关资料，了解电容器的应用，条件允许可以写调查报告和知识交流活动。
六、小结
1、本节课学习了哪些内容？ 2、本节课应用了哪些物理方法？ 3、你认为新能源汽车中超级电容器将会取代电池的原因是什么？
板书设计
（一）电容器 1.两个彼此绝缘而又靠的很近的导体构成电容器 2.作用：储存电荷的电子元件 3.构造：两个金属极板及电介质 4.电路符号 （二）电容器的充、放电 略 （三）电容 1.定义 2.定义式 3.单位 4.物理意义 （四）平行板电容器 1.决定式 2.相对介电常数 （五）常见电容器
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