10.4 电容器的电容 教学设计（表格式）

教学设计
课题 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□
教学内容分析
电容器是一种重要的电学元件，有着广泛的应用。电容是描述电容器本身性质的重要物理量，学生通过经历此概念的建立过程，体会模型的构建过程，形成物理观念和研究物理问题的科学思维和方法。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。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。
学情分析
本节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。同时，建构电容概念需要设计实验探究电容器两极板间的电势差与所带电荷量的关系，而电荷量的测量是困难的。电容器的充放电过程现象持续时间较短，学生在日常生活中对电容器的充放电作用，没有观察与体验。虽然电容器在各种电子仪器中都有广泛的应用，但是学生对电容器的结构既没有初中学习的基础又缺乏生活中的感性认识。
学习目标
物理观念： 1.通过模型构建说出什么是电容器及常见的电容器，以及电容器的作用和原理。从物理学的视角认识自然，建构关于自然界的物理图景。 2.经历科学探究过程，描述电容器充电和放电时的电流情况。 3.通过探究电容器带点量与电压之间的关系，能够自主说出电容器电容的概念。 4.通过观察模型和阅读课本找出决定平行板电容器的电容大小的物理量 科学探究与思维： 1.能够利用平行板电容器的决定式解决相关问题。体会科学研究方法，增强创新意识和实践能力，注重体现物理学科的本质，培养学生的物理核心素养。 2.在学习电容器带电量与电压之间的关系时，学生能够复习和采用比值定义法确定电容的定义和单位。 科学态度与责任： 1.通过创建情景，让学生借助已有的知识与方法，类比迁移到解决不熟悉问题，培养学生形成物理基本学科素养。 2.通过查阅超级电容器、电容触摸屏等应用的资料，感受到科学技术是第一生产力，科技改变生活的价值体验。
学习重点难点
教学重点：通过实验建构电容的概念。 教学难点： 1.电容器充、放电过程的特点。 2.平行板电容器的电容决定因素的探究过程。 3.对电容物理意义的理解，电容器电容的计算与应用。
教学辅助支持
照相机的闪光灯，各种电容器，平行板电容器，电流表，干电池，静电计
教学活动设计
过程学习内容与教师活动学生任务/活动设计设计意图及对应目标达成环节一 教师活动1 自制闪光灯电路师:闪光灯工作时，是用什么供电的呢 师:事实上，手机、照相机的闪光灯工作时不是靠电源供电，而是由一种重要的电学元件—电容器来供电 学生活动1 学生大多数回答是电源或电池。 学生观察各种各样的电容器，能否找出它们的共同之处，上面标有哪些信息 让学生观察电容器，能否回想起在哪些电器中曾经见过，说明电容器在电子设备中很重要，物理与生活息息相关。小结： 激发学生的学习兴趣环节二 新课教学 教师活动2 (一)电容器 1.电容器的概念的建立 展示1.纸质电容器的内部构造提出电容器的概念 2.平行板电容器 师：任何两个彼此绝缘又相距很近的导体，都可以看成一个电容器。电容器能储存电荷和能量，两个导体称为电容的两极。 教师出示电容器示教板，学生仔细观察并找出电容器的共同点。 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（空气也是一种电介质），就组成一个最简单的电容器，叫作平行板电容器。这两个金属板叫作电容器的极板。 学生活动2 通过观察莱顿瓶及拆解电容器了解其结构(两块导体彼此靠近且绝缘)，得出电容器的概念。 引出莱顿瓶的功能：瓶子可以容纳电荷。 让学生知道电容器的结构本质：只要是任何两个彼此绝缘又相互靠近的导体都可以构成电容器。进一步明确电容器的功能定义：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（空气也是一种电介质），就构成了一个最简单的电容器，叫做平行板电容器。 任何两个彼此绝缘又相互靠近的导体都可以构成电容器。 电路图符号： 学生活动3： 让两个学生站在木质凳子上并相隔一定距离 通过小组讨论这两个学生是否构成电容器？ 讨论：你能否自己创造一个简易的电容器？ 让学生亲历电容器的模型构建过程环节三（二）电容器的充、放电 教师活动3 (1)充电实验演示：如图所示，单刀双掷开关先接通1，再接通2，让学生观察实验现象。 师：当电压超过某个限度时电介质被击穿，电容器会损坏，这个极限电压称为击穿电压。电容器外壳上标的是工作电压或额定电压。 (2)用传感器观察电容器的放电过程。 师：电流传感器可以像电流表一样测量电流。不同的是，它的反应非常快，可以捕捉到瞬间的电流变化。此外，由于它与计算机相连，还能显示出电流随时间变化的I-t图像。 一位同学得到的I-t图像如图所示，电源电压是8V，请大家阅读教材中的相关内容，然后认真观察实验并思考问题。 学生活动3 相关问题： ①你观察到了什么现象 请解释这一现象。 ②电容器的上极板带什么电荷，下极板带什么电荷 ③电容器容纳的电荷为何不会很快消失 ④开关接通1后，电源会不会永不停止地给电容器充电 ⑤何时充电完毕 为什么两极板间的电压等于电源电压后电容器就停止充电 ⑥是否可以不断增加充电电压，使电容器两端的电压不断增加 问题 ①在图中画一个竖立的狭长矩形(在图的最左边)，它的面积的物理意义是什么 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。 ③如果要测绘充电时的I-t图像，应该怎样连接电路 怎样进行测量 得到的I-t图像可能是什么形状的 思路引导：电容器是存储电荷量的装置，从放电的过程，我们如何得知其所带的电荷量呢 提示：利用公式 让学生明确电容器是如何充放电的，并且用科学思维的方式来解决实际问题内容5.（三）描述电容器容纳电荷本领的物理量-电容 教师活动4 探究：电容器两极板间电势差跟所带电荷量的关系 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。不同的电容器，这个比一般是不同的，可见电荷量Q与电势差U之比表征了电容器储存电荷的特性。 (1)定义：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，叫作电容器的电容。 (2)定义式： (3)单位：在国际单位制中，电容的单位是法拉，简称法，符号是F。如果一个电容器两极板之间的电势差是1V，所带的电荷量是1C，这个电容器的电容就是1F。即1F=1C/V。 (4)实际中常用的单位还有微法(μF)和皮法(pF)，它们之间的换算关系为：1F=106μF=1012pF。 注意：C与Q、U无关，比值定义法只是为我们提供了一种测量电容的方法。学生活动4 观察得出以下结论 C1C2Q=0Q/UQQ/UQ/2不变Q/2不变Q/20Q/4不变Q/4不变
引导学生类别分析，加深理解 这种情形相当于直筒容器容纳水的情形，以下两个不同的容器，要使水面升高1cm所需的水量不同，乙容器比甲容器所需要的水量多，说明了乙容器容纳水的本领比甲容器大。（类比法） 电容器水容器容纳储存电荷容纳储存水电荷量Q水量V电势差U水位差h电容C横截面S
再次体验比值法定义物理量教师活动5 平行板电容器的电容 平行板电容器是最简单、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 请大家结合教材提出问题、进行猜想、设计实验、自主探究影响平行板电容器电容的可能因素。 介绍静电计：静电计是在验电器的基础上制成的，可以用来测量电势差。使用时把它的金属球跟一个导体连接，金属外壳与另一个导体连接(或者金属外壳与另一个导体同时接地)，从指针偏转角度的大小便可以推知两个导体间电势差的大小。 为探究影响电容大小的因素，教师指导学生设计、完善实验方案，同时注意以下问题的解决 问题1：为获得电容值较大的电容器，首先应解决什么问题？ 提示：几乎所有的电容器都是平行板电容器的变形。 问题2:平行板电容器的电容可能与哪些因素有关 理论分析表明，当平行板电容器的两极板间是真空时，电容C与极板的正对面积S、极板间的距离d的关系为,式中k为静电力常量 当两极板之间充满同一种介质时，电容变大为真空时的倍，即（决定式）。 是一个常数，与电介质的性质有关，称为电介质的相对介电常数。空气的相对介电常数与1十分接近，所以在一般性研究中，空气对电容的影响可以忽略。 学生活动5 平行板电容器的电容可能与哪些因素有关 生：可能与两极板的正对面积S、两极板间的距离d、两极板间插入的电介质等因素有关。。 问题3：研究多因素问题时，应采用什么方法进行实验 生：控制变量法。 问题4：如何给平行板电容器充电 生：将电容器与电源相连。 问题5：没有提供直接测量电容的仪器怎么办 生：用静电计测量电压，由公式间接测量。 问题6：如何保证电容器所带的电荷量不变 生：用电池组给电容器充电后断开电源。 问题7：怎样测量电容器两极板间的电势差 生：用静电计测量已经充电的平行板电容器两极板之间的电势差U。 实验步骤：将平行板电容器的一极板固定于铁架台上，且与一外壳接地的静电计的金属球连接，手持有绝缘柄的另一极板，并将该板与静电计的外壳同时接地(或将该板与静电计的外壳连接起来)。 (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,探究C与S的关系。 精确实验表明：C与S成正比。 (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，探究C与d的关系。 精确实验表明：C与d成反比。 (3)保持Q、S、d都不变，在两板间插入电介质，探究C与电介质的关系。 极板间充满某种介质时，C会变为极板间为真空时的若干倍。。 【拓展提高1】 用两节相同的电池分别给两个原来不带电的电容器充电，已知C1Q2 C．Q1=Q2 D．无法确定 【拓展提高2】 平行板电容器充电平衡后仍与电源相连，两极板间的电压是U，电荷量为Q，两极板间场强为E，电容为C，现将两极板间距离减小，则（ ） A．Q变 B．C变大 C．E不变 D．U变小通过科学探究得出平行板电容器的电容的影响因素，提高学生的科学态度和责任感教学活动6 （五）常用电容器 (1)利用实物投影展示各种电容器。特别介绍一下电解电容器及其符号和可变电容器及其符号。 (2）用多媒体课件或者实物展示多种电子设备的主机板。 (3)学生阅读教材，认识常见电容器，了解它们的构造和特点。 环节四教学评价 1、下列说法中正确的是（ ） A、电容器所带的电荷越多，电容就越大 B、电容器两极板间电压越高，电容就越大 C、电容器所带电荷增加一倍，则两极间的电压也一定增加一倍 D、电容表征电容器容纳电荷的本领的物理量 E、平行板电容器保持带电量不变而增大板距时，两板间电压要减小 F、平行板电容器一板带电＋Q，另一板带电－Q，则此电容器不带电 2、研究与平行板电容器电容有关因素的实验装置如图所示,下列说法正确的是(　　) A.实验前,只用带电玻璃棒与电容器a板接触,能使电容器带电 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大 D.实验中,只增加极板带电量,静电计指针的张角变大,表明电容增大 3、(多选)如图所示,电路中A、B为两块竖直放置的金属板,C是一只静电计,开关S合上后,静电计指针张开一个角度,下述做法可使静电计指针张角增大的是 (　　) A.使A、B两板靠近一些 B.使A、B两板正对面积减小一些 C.断开S后,使B板向右平移一些 D.断开S后,使A、B正对面积减小一些 巩固和提升学生的能力及引用物理观念解决实际问题的能力课堂小结
板书设计
1.电容器 (1)电容器的概念 (2)电容器的充、放电 2.电容 (1)定义：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，叫作电容器的电容。 (2)定义式： (3)单位：在国际单位制中，电容的单位是法拉，简称法，符号是F。如果一个电容器两极板之间的电势差是1V，所带的电荷量是1C，这个电容器的电容就是1F。即1F=1C/V。 (4)实际中常用的单位还有微法(μF)和皮法(pF)，它们之间的换算关系为：1F=106μF=1012p (5)平行板电容器
作业与拓展学习设计
(一)基础类作业 1.有一个电容器的电容为C，当电容器所存储的电荷量q加倍时，其电容如何变化？如果电容器两端的电势差U增至三倍，其电容又如何变化？简述理由. 2．一平行板电容器正极板的电荷量为Q1=3.0×10-5C，两板间的电势差U1=10V，求： （1）这个电容器的电容； （2）当极板的电荷量增加到Q2=3.6×10-5C时，两板间的电势差为多少？ 3.一电容器的电容是，两极板间的电压是30V。求电容器所带的电荷量。 4．如图1所示，有一固定电容器的电容为，额定电压为，求： （1）该电容器在额定电压下充电完成后所带的电荷量； （2）若实际电压降到时，电容器的电容和所带电荷量将如何变化？ 图1 （二）拓展提升类作业 5．当平行板电容器的两极板间是真空时，电容C与极板的正对面积S、极板间距离d的关系为，对给定的平行板电容器充电，当该电容器极板所带电荷量Q变化时，两极板间的电势差U也随之变化，请在下图2所示的坐标系中画出电容器带电量Q与极板间电势差U的关系图像。 图2 6．如图3所示，已知平行板电容器两极板间距d＝4mm，充电后两极板电势差为120V。A板带正电，若它的电容为3μF，且P到A板距离为1mm。不计重力，求： （1）极板所带电荷量； （2）两板间的电场强度； （3）P点的电势； 图3 （三）实际应用类作业 7．手能够使手机触摸屏工作是因为手指接触到电容屏时，人体与电容屏间形成一个等效电容。普通手套一般由绝缘材料制成，戴着普通手套无法使触屏手机屏幕工作。佩戴触屏手套则可以使得触屏手机屏幕正常工作，观察如图4所示的触屏手套，触屏手套拇指和食指部位的材料有何特点，才能使手机屏幕工作？ 图4
教学反思与改进
在初学时，在介绍平行板电容器实验装置时，不必讲清静电计张角的大小为什么能够表示电容器两极板之间的电压大小，只需告知（等学生可以熟练应用电容知识解决问题时，补讲），关于恒定电场，学生知道这些就足够了。本节课在教学情景的设计上打乱了书中的教学结构，运用了多种教学手段，以增加学生对概念的理解，特别是对充放电的理解，运用实验和图片讲解的教学手段，效果比较明显。本节课的教学容量较大，如果把这一章节的内容都放在一节课上，可能会加大学生的学习难度。因此，应将本节内容分两课时进行。第一课时讲电容器的概念、构造，以及常用电容器，在学生有一定电容器知识的基础上在学习剩余内容，从实际教学效果来看，这样处理，学生对知识的学习理解较好。