电容器的电容创新实验及教学设计

《电容器的电容》南昌市第二中学邹新政一、教材分析与学情分析《电容器的电容》是人教版高中物理教材必修3第十章第四节，是本章《静电场中的能量》静电场知识的应用部分，主要内容是认识一种能够储存电能的电学器件，高中物理《物理课程标准》要求是观察常见电容器的构造，了解电容器的电容。举例说明电容器在技术中的应用。2.学情分析在此之前，学生在第九章静电场及其应用中已经学习了电荷、电场等物理量，也知道了电荷间存在相互作用，理解了电荷在电场中存在能量，清楚了电的本质便是电荷，为学生后续学习储存电荷的“容器”——电容器进行了铺垫；而在后面的章节中学生还将继续学习电源电流等电子线路知识，总体而言本节在教材中起到了承上启下的作用。二、实验器材引入实验由三个递进的演示实验构成，使用到的器材有自制莱顿瓶、自制锡箔纸电容器、工业电容器。探究电容器充放电的规律实验利用创客设备，自制DIS设备，包括自制DIS电流表和自制DIS电压表。探究电容器电容的定义式使用的器材依旧是自制DIS电流表和自制DIS电压表。探究平行板电容器电容的影响因素利用数字电容表自制探究平行板电容器电容的影响因素的教具电容器的应用使用超级电容器（法拉电容）自制电焊机，焊接金属。三、实验创新点自制锡箔纸电容器结构简单直观，效果好，便于学生认识电容器的基本结构自制DIS电流表，电压表数据不仅数据精准，且便于学生设计探究电路。自制探究平行板电容器电容的影响因素的教具，可以“定量”探究。超级电容电焊机的现场展示，让学生有很好的学科体验，认识到物理学在生产生活中的应用。四、实验设计思路大致分为4个部分，首先通过引入实验得出电容器的概念和基本结构，然后通过探究实验得出电容器充放电的基本规律，第三部分，用控制变量法设计多种方案，分别探究电容器电容的定义式和平行板电容器电容的影响因素，最后则举例展示几种电容器在社会生产生活中的应用。五、实验教学目标1.物理观念：（1）通过观察和拆解电容器，认识电容器的结构。（2）通过观察电容器的充，放电的实验过程!了解电容器的作用。（3）建立电容的概念；用类比的方法得出电容的定义和公式。2.科学思维：（1）利用图像分析问题，增强数学抽象的思维能力及（2）用比值定义法和等分法来研究物理问题。（3）学会控制变量的实验方法。3.科学探究：（1）让学生通过质疑、猜想、实验，将获得的信息归纳成结论。（2）分组实验，培养学生分析、解决问题的能力和沟通交流、合作的能力。4.科学态度与责任：在实验探究、演绎、思考的过程中，培养“大胆质疑，小心求证”的科学态度经历认识电容器的学习过程，形成对科学和技术的正确态度。通过对电焊机，电容屏以及我国超级电容器研制成功相关资料的学习感受物理在生产生活的作用，激发民族自豪感、社会责任感。六、实验教学内容及主要过程（一）新课引入知识点：电容器概念和基本结构创设情境：以弗兰克林在雷雨天放风筝，将雷电储存在“莱顿瓶”中这一物理学史作为引入。环节一莱顿瓶使用静电起电机自制一个“乌云”模型。同时比照历史上“莱顿瓶”的结构图，现场与学生一道制作一个“莱顿瓶”并存储“乌云”中的“雷电”，随后现场放电，学生可以看到电火花产生，说明“莱顿瓶”可以储存电。环节二A4锡箔纸电容器老师再展示一个教具，由两张A4大小的锡箔纸构成，用塑料薄膜过塑，平行叠放在一起，再次用“乌云”充电，可以发现电火花也很明显。环节三对比和思考接下来，老师拆解一个工业用的电容器，发现电容器是由两个金属片间隔一层绝缘纸，卷起来的，引导学生，破解“莱顿瓶”的结构，内部盐水作为一级金属板，瓶子外面的锡箔纸作为另一个金属片，最后总结，其实电容器的结构具有相通性，由此引入电容的概念和基本结构。（二）研究电容器的充放电基本规律

引入实验中，学生已经知晓了电容器可以充电和放电，接下来具体研究其充放电规律。环节一让学生设计探究电路师生活动，发挥学生主观能动性，请同学们设计电路，逐次增加电路的功能，比如，电路设计1.0要求实现单独的基础的充电和放电功能，电路设计2.0将充放电整合到一个电路中，电路设计3.0增加电流表，电压表。以师生活动，不断功能迭代的教学方式，让学生在黑板上画出探究电容器充放电基本规律的电路设计。环节二用自制DIS设备进行探究实验上一环节，学生在黑板上绘制了设计好的电路图，老师拿出自制的DIS教具，这个教具背部设计了磁铁，可以直接吸附在黑板上，在学生设计的电路上搭建器具，同时，因为自制DIS教具采用蓝牙数据连接，这样实物电路和理论电路完全一直，进一步在phyphox软件上呈现电容器充放电u-t和i-t图像，环节三分析电容器充放电u-t和i-t图像得出电容器充放电基本规律，即电容充电与放电过程中，电流方向相反，大小变化相反，充电时，电压升高，放电时，电压降低。（三）探究电容器的定义式此环节由2个对比实验构成。第一个实验如图，不同电压，对同一电容器进行充放电，分别使用1.6V和3.2V两种电源进行电容器充放电实验，使用自制无线DIS设备，在phyphox软件上呈现电容器充放电U-t和I-t图像，引导学生得出Q/U是一个定值，物理上将这个定值命名为电容器的电容。第二个实验如图，同一电压对不同电容器进行充放电，电压3.2V，电容器C1=1000μF，C2=3300μF，由于存在两个电容器，因此，制作了两个DIS无线电流表，分别记录实验数据，实验如图最后两个实验共同得出电容器的定义式：C=Q（四）探究平行板电容器的决定式区别于课本的实验，传统实验使用静电计和平行板电容器相连，只能定性判断电容器决定式。本节课采用