广东省中山市卓雅外国语学校-高中物理创新实验说课-电容器的电容

第7页电容器的电容使用教材：人民教育出版社课程研究所.普通高中课程标准实验教科书〔物理〕.高二选修3-1第一章第八节.人民教育出版社实验器材：电容器〔3300uF〕、开关、干电池、平面镜、多块同样规格玻璃板和PVC发泡板、数字多用表、支架展台、实物投影仪实验改良要点：寻找表征电容器储存电荷特性的物理量教材中的方案：教学实施中存在的问题：教材并未给出此实验的具体方案，如果没有实验探究，仅凭讲解，学生很难理解QU改良方案：电容器所带电荷量不易直接测得，受到库仑扭秤实验的启发，可以将 将带电量为Q的电容器与不带电的相同的电容器并联，屡次操作，可使 电容器的带电量改变为Q2，Q4如果使用指针式电压表直接测两极间的电压，电容那么会通过电压表放 电，电荷量发生改变，而且放电过程中电压表读数快速减小，无法准确读 数。通过不断尝试，发现用数字式多用电表〔电压挡〕测电容器两极间电 压U时，由于数字电压表内阻大，电容器几乎不放电，读数精确、稳 定、易读。因此，本实验采用数字式多用电表〔电压挡〕测量电容器 两端的电压。实验装置实物图：图1寻找表征电容器储存电荷特性的物理量实验装置图探究影响平行板电容器的电容大小的因素教材中的方案教学实施中存在的问题：精度不高。实验中利用静电计指针的偏角大小判断电势差大小比拟粗 略，实验误差较大；实验很难操作。静电计所带电荷量不多但电压高，容易因为空气潮 湿或者绝缘性能不佳而漏电，影响实验的效果，甚至导致实验的成功率较 低；不便于定量研究。很难定量改变极板间距离和正对面积。教材中的实验方案设计巧妙、仪器简单、操作方便。但是由于漏电的影响，导致平常教学中实验很难成功，所以大局部教师选择用动画、视频或者纯理论来替代实验的教学。改良方案：用数字多用表的电容挡直接测量电容器的电容；将手持式装置改为固定式装置；通过在两极板间添加多块相同厚度的玻璃板、错开正对面积实现极板 间距离、正对面积的定量改变；通过在两极板间改变电介质材料实现介电常数的改变。实验装置实物图：图1正对时的实验装置图图2错开后的装置图图3极板接线装置图4玻璃板抽拉装置实验原理：寻找表征电容器储存电荷特性的物理量通过电荷平分使一个电容器的带电量定量改变为Q等比倍数，测出相对应的电容器两极间的电势差U，列表得出同一个电容器比值Q探究影响平行板电容器的电容大小的因素利用控制变量法，研究一个平行板电容器的电容大小与极板间距离d、正对面积S之间的定量关系和电容大小与两极间电介质的定性关系。实验教学目标：通过实验探究得出一个电容器所带的电荷量Q与电容器两极间的电势差U成正比，比值QU通过实验探究影响平行板电容器的电容大小的因素；通过运用“控制变量法〞探究影响平行板电容器的电容大小的因素，进一步体会科学探究的过程与方法；在教学过程中渗透决定事物本质的是自身的因素，而与外部因素无关的思想。实验教学内容：寻找表征电容器储存电荷特性的物理量将带电量为Q的电容器与另一个不带电的相同电容器并联，屡次操作，可使该电容器的带电量定量改变为Q2，Q4。用数字式电压表测出该电容器两端对应的电压U，观察得出QU是一个常量的事实。探究影响平行板电容器的电容大小的因素用控制变量法，在正对面积不变时，在平行板间放入3、2、1块有机玻璃板，对应的间距变为3d、2d、d；间距保持为d时，正对面积通过错开的方式由S变为s2、s4、。分别测出对应的电容，记录在实验表格中，观察得出平行板电容器与相关因素的定量关系。改变两极板间电介质，测出对应的电容，得出电容C与两极间电介质有关。实验教学过程：寻找表征电容器储存电荷特性的物理量将带电量为Q的电容器与另一个不带电的相同电容器并联，依次操作，可使该电容器的带电量改变为Q2，Q4，用数字式电压表测出该电容器两端对应的电压U；将实验数据记录在实验一的表格中；实验说明，一个电容器所带的电荷量Q与电容器两极间的电势差U成正比，比值QU是一个常数，这个比值表征了电容器储存电荷的特性。探究影响平行板电容器的电容大小的因素正对面积保持为S不变时，在平行板间放入3、2、1块有机玻璃板，对应的间距变为3d、2d、d；分别测出对应的电容，将实验数据记录在实验二的表格中；将玻璃板全部抽出，极板间有一层极薄的绝缘膜，间距保持不变，正对面积通过错开的方式由S变为s2、s4。分别测出对应的电容，将实验数据记录在实验三的表格中；正对面积为S时，电介质替换为厚度为d的PVC发泡板。测出对应的电容，将实验数据记录在实验四的表格中；实验说明，平行板电容器的电容与正对面积成正比，与极板间距成反比，与电介质材料有关。实验参数电路板中电容器电容为3300uF，电池为一节干电池，平面镜、玻璃板、PVC发泡板尺寸：长500mm，宽500mm，厚度d=5mm.实验教学评价：优点：寻找表征电容器储存电荷特性的物理量用电量等分的方法巧妙化解了电荷量难以定量测量的问题，非常快捷 地得到电容的带电量与电势差成正比的关系，大大降低了学生对电容定义 理解的难度；虽然降低了教学难度，却没有降低教学要求，同时复原了物理本质问 题。探究影响平行板电容器的电容大小的因素在“探究影响平行板电容器的电容大小的因素实验〞中并未直接测出 平行板间距和正对面积，在平行板间放入假设干块相同厚度的玻璃改变对应 的极板距离，通过改变错开面积的方式得到不同的正对面积。简化了实验 过程，实验可操作性强；实验仪器取材方便，平面镜、玻璃、数字多用表都是常见的材料和仪 器，仪器组装方便，整套仪器价格也不高，适宜推广。误差分析：电容的定义电量等分时两个电容不一样〔选用更大的电容误差更小〕；数字式多用表电势差挡的误差。探究影响平行板电容器的电容大小的因素平面镜反面金属极板镀有一层很薄的绝缘材料，玻璃板之间有空气间 隙，导致极板间距并不是准确的3d、2d、和d〔选用介质常数大的电介质 材料误差更小〕；平行板电容器的边缘效应〔