第二届东芝杯教案 华中师范大学物理学院李程远教案.doc

电容器的电容教案华中师范大学物理科学与技术学院 李程远教材分析选自人教版全日制普通高级中学教科书（必修加选修）物理第二册第十三章电场第八节电容器的电容。电容器的电容出现在电学第一章的最后一节，一方面，这是学生掌握电学最基本知识之后的第一次分析电学元件，本节授课中，需要学生知道电势差的概念，能在分析电势差的基础上弄清楚电容器储电的基本原理，另一方面，此课的知识在第十七章交变电流和第十八章电磁场和电磁波中占有极其重要的地位，可以说，没有本节的专门学习，交变电流的学习将不完整，而电磁振荡的相关学习则完全无法展开。由此可见，电容器的电容一节的学习有着重要的承前启后的作用，只有学生掌握了本节课的核心知识，才有可能将整个高中阶段电磁学的学习推向一个新的高度。设计思路电容器在日常电器中随处存在，但又不为人们所熟悉，这主要是因为其主要结构往往被密封。因此，要让学生理解和掌握它的结构，就需要将内部结构直观地展示给学生。将拆开的电容器中具有典型结构的部分展示给学生，同时引导学生发现各种电容器的共同内部结构，并设想这样的结构是否正是实现电容器储电的原因，从而加以实验证明。同时，这种观察、设问、实验验证的过程正是从生活中探究真理的科学方法。而进一步对电容器的充放电探究则蕴含着“知其然知其所以然”的精神，因此，严谨细致地分析整个过程，不仅对学生学习新的知识将有提高，还将进一步巩固学生的已学知识。在引入电容这一新的概念的教学上，学生很容易先入为主的认为储电量大的电容器储电本领也就大，此时就需要好的类比方式带领学生走出误区。利用列表的方式，将水容器的底面积和电容器的电容作类比，逐个进行比较，才能条分缕析地为学生解释清楚电容器电容的比值定义。同时，要趁热打铁继续引导学生回忆曾掌握的比值定义的物理量，加强学生对物理学比值定义法的理解。平行板电容器的演示实验牵涉到多个变量之间的关系，包含着重要的实验方法控制变量法。因此，严格控制每一个变量，寻找剩余变量间相关关系是实验重点，同时也是教师需要细致讲解的部分。教学目标一、 知识目标1、 知道电容器的基本结构和几种常见电容器；2、 知道电场能的概念，能分析电容器充放电时能量的变化；3、 理解电容的定义式和电容的单位，并能进行有关的计算；4、 知道平行板电容器电容的相关因素，了解其关系式；二、 能力目标培养学生在日常生活中观察分析事物、探究原理的能力；三、 情感目标 培养学生从生活中观察科学的主动探索精神，从实验中验证科学的实事求是的态度；教学重点1、 电容器与电容的概念建立；2、 平行板电容器的电容；教学难点1、 电容器作为储电容器的抽象性理解；2、 平行板电容器的电容的相关因素的实验探究；教学方法类比教学法、实验探究法。教学用具已拆卸电容器及原件、自制电容器示教板、带插头的电容器（可直接用220V充电）、放电针、多媒体设备、静电计、手摇感应起电机、平行板电容器、铁架台、电介质板。教学过程一、电容器概念的引入和电容器的基本结构探究7分钟生活中有各式各样的水容器（展示图片），他们形状大小各异，但都可以储存水。今天我们来学习一种新的容器，叫做电容器，顾名思义，就是储存电荷的容器。这种叫做电容器的东西在日常家用电器中是很常见的（给学生展示实物电容器：各种规格结构大小的均有）【引导思考】：电容器的结构这些都是生活中的电容器，他们看起来都很不一样，它们会不会有共同的基本结构呢？活动：展示部分规格较大的已拆卸电容器给学生观察；同时用多媒体投放出其它电容器的内部结构图，抽象出基本结构的符号；演示：将拆好的电容器图片用PPT展示，将电容器的基本结构抽象出来；电容器的基本结构是：两导体极板和其中的绝缘介质；设问：这是不是就可以说明正是这种结构使得电容器可以储存电呢？（自我否定，引出实验环节）要肯定任何一个猜想，我们要用实验来证明。演示：利用插座式电容器放电现象验证电容器的二极板结构是否真能储存电荷；演示：将纸介电容器和相关组件自制成简易示教板，探究电容器的二极板结构是否真能储存电；说明：实验前必须确保电容器没有事先带电。【总结实验】【得出结论】：无论从观察现象还是实验结果，都证明了我们关于电容器储电结构的猜想，那么，这种结构是怎么储存电荷的呢？二、电容器储电的原理和充放电能量转化8分钟要解决这个问题就要知道电容器的充放电原理，我们将刚才的实验回路抽象出来具体分析。【演绎分析】演示：结合自制的简易示教板，利用PPT演示实验的充放电过程1、S接a时，电流表指针发生短暂偏转，同时电容器极板分别出现正负电荷符号，并同时在极板间的电介质空间显示出抽象的电场线，最终建立平衡；（结合实验分析）此时的过程正是刚才我们看到的那样，原本不带电的电容器在和电源作用后成功的储存了电荷。电容器从不带电到最终储存电荷的过程叫做电容器的充电；2、S接b时，电流表指针逆向偏转，同时电容器两极板的正负电荷符号迅速消失，极板间电介质的电场线也随之消失，最终恢复成原来不带电的情况。（结合实验分析）一个充好电的电容器，在用通路将两极板连接起来时，电容器两极板的电荷将形成短暂电流以相互中和，最终不再带电，这个过程我们成为电容器的放电；【分析充放电成因】切换到相应图片1现在假设电容有左右两极板板，左边极板与正极相连，右边极板与负极相连，此时，两极板间就要形成电势差，而且和电源两极电势差相等，所以上极板带正电，下极板带负电，这样两极间才能形成电势差。此时，电子就要移动，所以左边极板的电子沿导线，经电源正极-负极移动到右边极板，使得两极板带上异种电荷。随着电子的移动，两极板所带电荷越来越多，电压也就越来越大，直到和电源电势差相等，就充满电了。 2充好电的电容器用导线或其它通路连接起来，由于两极板带电极性不同，右边极板的电子会迅速沿着导线运动到左边极板与之中和，这就形成了放电时的定向电流，直至两极板间电荷完全互相中和，此时放电就完毕了，电容器也成为了不带电的两极板结构。由于放电后两极板不再带电，说明原带电的两极板电荷异性等量，我们把一个极板所带电荷量的绝对值叫电容器的所带电荷量Q。 充 电放 电引出新问题：既然有电流做功，就有能量转化，电容器将电流做功转化的能量储存在什么地方呢？水总是储存在水容器的空间中，电容器也没有把能量储存在极板上，而是储存在两极板间电介质空间的电场里。这种电场具有的能量，称为电场能。（进一步分析充放电时能量的转化）充电：电源能量电场能；放电：电场能其它形式能；（它们都是通过电流做功实现能量转换的）（作出阶段小结）这样，我们才算明白了电容器储存电的基本原理；四、 电容概念的引入6分钟承上引出新话题：知道了它储电原理是不是够了呢？（否定）我们还要知道怎样定义它们储存电的本领，接下来我们要继续学习电容器的电容描述电容器储电本领的物理量。【模拟】水容器的大小形状一旦确定，它的储水本领就完全确定水容器的储水本领是由自身结构确定的。同样，电容器的储电本领本质上来说也是又它的结构确定的。（解释电容器大小形状各不相同的原因，正是为了制造不同容量的电容器）如何严格定义一个电容器的储电本领？【表格类比】水容器随着储水量发生变化，他的储水深度也相应发生变化电容器随着带电量的增加，两极板间电势差也相应发生变化；储存同样多水的两个水容器，储水本领未必相同；储存同样电量的两个电容器，储电本领未必相同；储存同样深水的两个水容器，储水本领也未必相同；两极板电势差相同的两电容器，储电本领也未必相同；底面积大的水容器往往可以储存更多的水，底面积是通过储水量和深度的比值定义的；是不是可以类似底面积一样，通过二者比值定义一个新的物理量？定义：电容器所带的电荷量Q与电容器两极板间的电势差U的比值，叫做电容器的电容。(强调：比值定义法是物理学中非常常见的)公式： 单位：法拉(F)；微法(F)；皮法(pF) 1F=1C/V1F=106F=1012Pf五、 平行板电容器的电容12分钟介绍静电计：静电计是在验电器的基础上制成的，用来测量电势差使用时把它的金属球跟一个导体相连(或者同时接地)，从指标的偏转角度就可以测出两个导体问的电势差。【实验探究】：探究影响平行板电容器电容的因素；把一已充电的平行板电容器和一静电计相连1、保持极板上的电荷量Q不变，改变两极板的正对面积S，S越大，静电计指示的电势差越小。 2、保持极板上的电荷量Q不变，改变两极板间的距离d,d越小,静电计指示的电势差越小。 3、保持Q、S、d都不变，在两极板中间插入电介质，静电计指示的电势差减小。理论和实验表明： 平行板电容器的电容C跟介电常量成正比，跟正对面积S成正比，跟极板间的距离d成反比，即【讨论】实验中重要的控制变量法(1) 充电后保持极板与电源相连接的含义是控制U不变。由(2)充电后切断与电源的连接的含义是控制电容器的电荷量Q不变。又由不变控制变量法是实验中常用的方法，通过控制变量法，可以使我们方便的找到某个物理量和其它物理量的相关的关系。六、 常用电容器的认知3分钟【讨论和互动】阅读课本中常用电容器，了解其结构和特点，以及对应的专用符号；再次展示引课时给学生看过的电容器的图片，引导学生辨认这些电容器各属于哪一类，设计符号和图片的联机游戏。介绍电容器组件的相关概念击穿电压：加在电容器两极板上的最大限度电压，电容工作时的电压应低于击穿电压；额定电压：电容器长期工作时所能承受的电压，比击穿电压低；（电容器上标的是额定电压）七、课堂总结4分钟本课中蕴含的科学方法的总结：本节课，我们从探究电容器的结构出发，发现不论哪种电容器，都有某个相同的结构。因此，我们猜想这种结构是否包含着电容器储存电的原因，接着，我们进一步用实验验证了我们的想法，而且还更进一步从理论上分析了我们猜想的正确性。这种从生活中观察、猜想、实验验证，进而理论分析的方法正是科学的一种重要探究方法，同学们要好好体会！而通过与水容器的类比，我们更进一步学会了怎么定义电容器的电容，这告诉我们，当我们遇到某种不熟悉的事物时，我们可以利用我们常见的熟悉事物进行类比，从他们之间的相似点找到新的突破！而平行板电容器的实验方法告诉我们，当我们研究某一个事物包含多个不同因素的影响时，我们往往需要使用控制其它变量而只研究某两个变量之间的关系，这样的控制变量法将使得我们的实验探究变得简便而有条理，同学们一定要掌握这种方法。八、作业巩固课后完成1根据电容器的电容的定义式C=Q/U可知( D ) A电容器带电的