10.4 电容器的电容 （表格式）

教学设计
课题 必修3 第十章 电容器的电容
课型 新授课 章/单元复习课□ 专题复习课□ 实验探究课□ 习题/试卷讲评课□ 课题研究课□ 学科实践活动课□ 其他□
一、教学内容分析
课程标准要求 内容要求：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。 实验要求：观察电容器的充、放电现象。 课标内容分解 2.1学什么 “观察常见的电容器”中“观察”是指能从各类电子元件中辨别出电容器，并能观察知道电容常见电容器的构造；“了解电容器的电容”中的“了解”一词含义有三，其一是指能通过实验认识到电容器有电容，其二是能认识到表示电容器容纳电荷本领需要引入新的物理量——电容；其三是通过实验探究，能定性认识到平行板电容器的电容与哪些因素决定；“观察电容器的充放电现象”是指观察演示实验，知道电容器在充、放电的过程中极板上的电荷量和极板间电压的变化关系；“能举例说明电容器的应用”中的能“举例”是指学生在学习电容器的电容内容后能说出一些电容器在生活中的应用。 2.2学到什么程度 学生能准确地在废旧的电路板上指出电容器，至少能说出电容器在生活中的一个应用实例，观察电容器在充放电过程中的电流表指针偏转程度，画出i—t图像。能通过类比容器容纳水的本领定义电容器的电容，能通过实验探究定性得出平行板电容器的电容决定式。 2.3怎么学 先观察常见的电容器，再提供给学生一部分废旧的电路板，学生能指出哪些是电容器，哪些是电阻。设计演示实验，学生观察电容器的充电、放电现象，观察后在纸上大致画出电流随时间的变化图像，接着探讨电容器容纳电荷本领大小，及探究平行板电容器的电容决定因素，最后列举电容器在生活中的典型应用实例。
二、学情分析
基础知识： 学生在生活中听说过手机的电容屏、超级电容车等“名词”，但是他们对电容器并不熟悉，尤其是电容器的构造以及充放电过程。此外，描述电容器储存电荷本领的物理量——电容，既没有初中学习的基础，又缺乏生活中的感性认识。学生在初中及高一的学习中已学过比值定义法，控制变量法，高二的学生已经从力和能量的角度认识过静电场，且有一定的探究能力，能够在教师的指导下进行实验设计。 进阶难点： 1.电容概念的建构 知识层面：电容是描述电容器性质的重要物理量，为后续学习电磁振荡奠定基础。 能力层面：电容概念的建立再一次要用到比值定义法。 2.电容器充、放电过程的理解 电容器的充电、放电过程抽象、持续时间短；学生需要通过可测的物理量推断抽象且不易测量的物理量。
三、学习目标
物理观念：通过对具体电容器实物的观察，认识各种类型电容器的用途和电容器的结构，知道电容器是由金属极板和中间绝缘的电介质组成； 科学思维：通过实验探究了解电容器充放电的特征，深化理解电容器的功能； 科学探究：理解电容的概念及定义方法，掌握电容的定义公式、单位，并学会用定义式进行简单地计算； 科学态度与责任：通过实验半定量探究影响平行板电容大小的因素，掌握平行板电容器的电容公式。 目标实现路径： 在课堂导入环节，创设适当的教学情境来引导、激发学生的好奇心与求知欲，在教学中采用观察法、讲授法、类比法、探究实验法使学生从各个角度充分认识电容器。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，能够对问题进行定性分析、定量分析等；同时通过实验探究过程，还可以使学生在科学知识、科学方法、科学精神与态度，科学应用方面均有所收获。
四、重点难点分析
重点分析： 本节的主体思路：识别电容器→观察电容器充、放电→电容器的电容→决定电容的因素→了解电容器应用。在各个环节中，最能够体现物理学科核心概念和规律的当属电容的概念，而平行板电容器的电容属于电容概念的具体应用，因此本节的重点是电容概念的建立以及探究平行板电容器的电容。 难点分析： 用比值定义法定义一个物理量看似简单，但概念的建立比较抽象，要学生真正理解并不容易。因此，电容概念的建立过程及对电容的理解是本节的难点。关于对电容定义式的理解，学生容易认为电容与电量成正比，与电压成反比，这里要引导学生明确数学函数关系式与物理关系式的区别，并强调电容由电容器自身的因素决定。
五、教学辅助支持
电容器示教板 自制平行板电容器探究仪
六、教学活动设计
问题导入：人们在使用相机或手机拍照时，若光线不足，相机或手机一般会自动开启闪光灯以补充光线。那闪光的能量是从哪里来的呢？ 它来自电容器， 照相机内安装的大容量电容器提供了闪光所需的能量。 环节一：识别电容器 活动1：激发学生的好奇心与求知欲，展示实物——收音机、电脑等线路板。 引出课题：电容器到底是什么样的元件？ 活动2：在电路板上找一找，哪些元件是电容器？ 活动3：什么样的结构能够储存电荷呢？ 引导学生通过拆解的方式，探寻它和生活中使用电容器的共同特点，得出电容器的一般结构。 设计意图：通过具体的拆解，培养学生动手能力，观察电容器实物特点并寻找共性，“透过现象看本质”，培养学生归纳、分析、总结的能力。 环节二：电容器的充放电 活动4：电容器是怎样将电荷“装进”或“倒出”的呢？ 问题1：在如图所示的电路中，将开关接到1端，观察电路中是否有电流通过，以及电流通过的时间长短。思考在这个过程中电容器的极板上带何种电荷？ 问题2：将开关接到2端，观察电路中是否有电流通过。思考在此过程完成后电容器的极板上是否还有电荷？ 演示实验：根据实验电路图连接电路，采用大电阻、大电容，延长电容器充放电时间，进行小组实验，观察电流表和数字电压表的变化情况，并将电流表指针的偏转角度记录下来。利用电流表指针的偏向分析电流的流向，进而推断电荷量的变化情况，利用电压表的读数分析电场强度的变化，进而推断能量的转化情况。 设计意图：通过这一探究过程，能够让学生对电容器的认识更加具体、更加丰富，促进其理解电容器充放电的本质及其过程中能量变化情况，同时提升学生的团队协作能力与科学推理能力。 活动5：利用传感器观察电容器的充放电现象。 将电流表与数字电压表改为电流传感器与电压传感器，实时观测电容器充放电过程中电流和电压的变化情况。 问题：I-t图像中，图线与t轴围成的面积代表什么物理量？ 设计意图：加深学生对电容器充、放电过程中电压与电流相关变化规律与特点的直观感受。通过将i-t图像（如图所示）与v-t图像类比，引导学生利用微元法分析得到面积代表电容器储存的电荷量，促进学生迁移与创新能力、科学论证与数理结合能力的提升。 环节三：电容器的电容 活动6：电容器能够储存电荷，那么什么物理量来描述它储存电荷的本领（能力）呢？ 问题1：当电源干电池改用2 节、3节、4节、5节时，利用实验测得的数据可得极板的电量Q与所加电压U的关系图线如图所示，由此可得出什么结论？ 问题2：保持电源电压不变，换不同的电容器进行实验，能得到什么结论？ 设计意图：通过展示不同电容器的Q—U图像，引导学生意识到不同电容器对应图像的斜率不同，再与已经学过的x-t图像类比，得到可以用Q/U表征电容器储存电荷的本领。在学生已有知识经验的基础之上，能够较为容易地建构电容这一抽象概念。通过这一设计，帮助学生了解比值定义法的过程，回顾静电场中其他用比值定义的物理量，了解利用比值定义物理量是人们认识和了解自然界常用的科学研究方法，体会物理研究方法的一致性。同时，也让学生意识到，电容是与电荷量、两极板电势差无关的物理量。 环节四：决定电容的因素 提出问题：电容是与电荷量、两极板电势差无关的物理量，那么它与哪些因素有关呢？ 活动7：演示用教材中用静电计探究平行板电容器电容决定因素的实验，让学生了解经典的实验做法，得出平行板电容器的决定因素之间的定性关系。 活动8：实验定量探究平行板电容器电容的决定因素。 通过小组合作设计探究方案。为了便于研究，平行板电容器电容大小用数字电容表直接测量。 设计意图：与圆形平行板电容器相比，正方形平行板电容器更容易计算正对面积。通过极板上的刻度，可以比较容易地实现板间距离d，正对面积S的改变与计数。利用电容表测量电容，对环境要求较低，能够快速获得改变结构后电容器的电容，提升实验效率。通过实验操作培养学生的动手能力；通过小组合作，培养学生的交流、团队协作能力；通过猜想、实验设计、实验操作、数据记录与分析、得出结论等过程，提升学生的科学探究能力。 环节五：电容器的应用 电容器被广泛应用在所有的电子设备上，比如iPad、iPhone、摄像头、MP4、LED等等，只要有电子设备，就能看到它的身影，一款最新的智能手机就要配备500个左右的独石陶瓷电容器。 最近美国等国家对我国20多项技术实施卡脖子清单中就包括今天提到的触觉传感器、高端电阻电容。2020年10月闭幕的十九届五中全会研究了关于制定“十四五”规划和2035年远景目标的建议。其中加强自主创新、对卡脖子关键技术攻关是重中之重。党的二十大报告指出：下大力气破解关健核心技术“卡脖子”问题。同学们到2035年将是国家的栋梁，现在要学好物理。 本节学习的小小电容，就体现了物理学的作用：“探索自然，驱动技术，拯救生命”,正如联合会教科文组织指出的：“物理学是一项国际事业，它对人类未来的进步起着关键的作用。对物理教育的支持和研究，对所有国家都是重要的。” 活动9：查阅资料，了解电容器在生产生活中的运用，结合所学知识，提出增大电容器电容的方式与方法。在条件允许的情况下，可以动手实践，做出一个简易的电容器。 设计意图：在查阅资料的过程中，了解电容器使用的注意事项。借此培养学生获取信息、统筹所学知识解决实际问题以及动手实践的能力，养成正确的科学态度与责任。
七、板书设计
电容器的电容 电容器充电：使极板带上电荷的过程 电容器放电：使极板失去电荷的过程 电容：电容器所带电荷量Q与电容器两极板间的电势差U的比值，叫做电容的电容。 定义式： 单位：法拉 符号：F 1F＝C/V 1F＝106μF＝1012pF
八、教学反思与改进
本节课由5个教学环节，9个教学活动构成，依次解决了什么是电容器→如何进行充放电→如何描述电容器储存电荷的本领→平行板电容器的电容与哪些因素有关→电容器在生活中有哪些运用等问题。通过精心设计的实验，引导学生深度参与课堂，在学生已有知识的基础上，促进了其对电容——这一抽象概念的主动建构、意义建构.此外，本节课尊重学生思维发展的特点，通过进阶性的实验，让学生经历较为完整的科学探究过程。通过相关活动设计，促进学生主动学习、深度学习，较好地达成了本节课目标，落实了对学生核心素养尤其是科学探究能力的提升。