高中物理 电容器电容教学设计 新人教版选修3-1

1 电容器的电容教学设计电容器的电容教学设计 课题 电容器与电容 我选用的教材是人民教育出版社出版 高中物理选修 3 1 第一章静电场第八节电容与 电容器 本节课要求学生在掌握静电知识的基础上认识一种新的电学元件 电容器 并抽 象出元件工作原理的物理过程 探究影响平行板电容器的电容大小的因素 这不仅是对前 面所学的静电知识的综合运用 同时是后面学习 LC 振荡电路的必备知识 为学习交变电 路和电子线路奠定基础 学情分析 学情分析 知识方面 1 在学习本节课之前 学生已经学习了电场力和电场能的知识 为学习本节内容奠定 了一定的基础 但学生对于电容器这样的非线性元件却是第一次学习遇到 由于电 学概念比较抽象 加之一般学生对电磁现象的感性认识又较少就使得学生在学习电 学时普遍感到比较困难就所以电容器概念的教学成为本节的难点之一 因此在教学 中 可以多增设实验 让学生易于理解和接受 同时培养学生的实验观察能力和科 学探究能力 2 在静电场的学习中学生已经很明确的知道验电器是用于检验电荷的存在及多少的 但本节课中的验电器却变身为静电计 这需要学生在理解电容的知识的基础上才能 理解其中的原理 给学生在探究影响平行板电容器电容大小的因素是设立了很大的 障碍 能力方面 高二的学生已经具备一定的观察能力 分析能力 和实验能力 但学生的的抽象 思维能力不强所以电容器的充放电过程成为本节课的又一难点 根据以上的教材与学情分析 我确立以下教学三维目标 2 教学重难点教学重难点 重点 在电容器概念的理解 及电容器的充放电过程 电容的概念及其定义 及影响平行 板电容器电容大小的因素 难点 主要是怎样让学生理解电容器的概念 抽象的充放电过程 及电容的定义的得出 教学目标教学目标 以现代教育理念为指导 根据 普通高中物理课程标准 的要求 并根据以上教学内 容分析和学生学习心理分析 确定如下三维目标 知识与技能目标知识与技能目标 1 知道什么是电容器及常见的电容器在生活中的应用 2 会用静电知识分析电容器的充放电过程 3 理解电容器电容的概念及定义式 及影响平行板电容器大小的影响因素 并会应 用定义式判断某个平行板电容器某个过程中电容的变化 4 通过 平行板电容器大小的影响因素 的实验操作提高实验技能 科学探究能力和 抽象思维能力 过程与方法过程与方法 1 通过自制电容器 深刻理解电容器的储存电荷和能量的作用 2 能在实验中概括与抽象的方法 抽象出电容器充放电过程的规律 3 学习探究物理问题的控制变量研究方法 4 在探究 平行板电容器大小的影响因素 的过程中进一步体会科学探究的学习 方式 3 情感目标情感目标 1 通过利用生活用品自制电容器 体会物理学与社会生活紧密相连 2 通过小组探究 平行板电容器大小的影响因素 养成主动和他人合作 的精神 体 验探究过称的艰辛与喜悦 关于演示实验的教学建议关于演示实验的教学建议 在讲解本节内容时 我们通过实验演示将抽象的知识直观化 形象化 对于设计 的实验 可以让学生自制电容器揭开电容器的神秘面纱 使学生明白电容器的结构非 常的简单 用充电的电容器短路放电产生电火花使学生感受到电容器储存电荷的本领 显示充放电过程 并用实验演示电容器的电量和电压的关系 用万用表直接测量电 容的大小 降低探究影响平行板电容器电容大小的因素的门槛改演示实验为学生实验 让学生同过探究获取知识 另外 可以借助媒体动画 视频将过程再现 这样 有 益于学生对知识的理解和接受 学法分析学法分析 1 课程开始的演示实验 让学生通过自制电容器 了解电容器的构造 掌握电容器的 应用就是通过充电和放电实现的 2 在学习电容的概念时 利用水容器盛水来类比电容器容纳电荷 让学生在对比中利 用正迁移 帮助对新知识的理解 3 在研究电容的三个决定因素时 彻底的颠覆了教材上的实验 将演示实验改为学生 探究实验 引导学生在三个方面进行探究 同时 新的实验更能体现控制变量法 4 教材中的演示实验 可以作为习题 判断静电计指针的偏转情况 同时体会等效替 代法 教法分析教法分析 1 启发式教学 启发式教学 高中阶段教师必须对一些物理问题创设一些情境 学生在教师的启发下解决问题 可 4 以充分体现学生的主体地位 2 类比法教学 类比法教学 本节利用水容器水量与水面高度关系来类比电容器带电量与电压的关系 可以帮助学 生对电容的理解 3 探究式实验教学 探究式实验教学 本节课加入了学生利用电容表自主探究平板电容器的电容与极板正对面积 极板距离 介电常数三者之间的关系的实验 使学生在探索中加深对知识的理解 找出自己渴望得到 的答案 教学实验器材教学实验器材 平行板电容器 静电计 各种电容器 学生电源一个 导线若干 铝箔纸 一次性塑 料水杯三个 吸管一包 纸巾一包 硬纸板两块 万用表一个 教学过程 教学过程 1 电容器教学 电容器教学 实验一 教师演示 用纸巾摩擦吸管 将另一根吸管用纸巾摩擦后 用大头针吸管插在中间部 分架在另一吸管上 将摩擦过的吸管靠近架着的吸管 发现它们互相排斥 用一根没有摩 擦过的吸管去靠近架着的吸管发现它们互相吸引 问 请学生用静电的知识解释一下你看到的现象 复习静电知识 引出储存电荷的 需要 答 用纸巾摩擦过的吸管带了同种电荷所以互相排斥 而用没有摩擦过的吸管靠近就会 在靠近的一端感应出异种电荷 所以互相吸引 教师再问 到底真的是这样的还是老老师做了什么手脚呢 那我们就来测测摩擦过的吸管 真的有电荷存在吗 我们在生活中用什么来测量家庭电路是否有电呢 5 答 测电笔 教师用电笔中最重要的部分 也及是这个氖泡 用氖泡来刮摩擦过的吸管请前面的同 学观察氖泡是否会亮 前排的学生会发现只有一点点亮 后面的学生肯定看不到 激起学生的好奇心 将材 料发给学生自己做 将全班分组 每两人一组 发给学生三根吸管 纸巾若干 一颗大头针 教师检查学 生的实验进展并及时引导出现操作错误或有问题的学生 在大部分学生完成实验时 教师提问 现在大部分同学都看到了实验现象了 那么你们 想不想让氖泡更亮一点呢 如果你将吸管放久了的话 再用氖泡去刮已经不会亮了 就像 泼出去的水 不会回来了 我们用杯子装水 那么同学们你们是否能用杯子将电荷装进去 呢 这就是我们今天要学习的内容 请同学认真阅读课本中第 30 页电容器部分的内容 用老师发给你们的材料能否将吸管上的电荷储存起来 储存的电荷能使氖泡更亮一些 其实在人类发现了电荷之后就一直想储存电荷来做研究 历史上物理学家们发明了莱顿 瓶 为进一步研究提供了一种新的手段 富兰克林就用莱顿瓶将雷电储存起来 证明了天 上的电荷地电的一致 发给学生三个纸杯 长 10mm 宽 30 厘米的铝箔纸若干 纸巾 5 张 氖气泡一个 培养学生的自学能力 运用知识的能力 当大部分学生都能将电荷储存 并能使氖泡发光 请学生总结什么是电容器 电容器 的工作原理是什么 电荷为什么会再电容器中而不会逃离 电容器可以用来做什么 氖泡 发光了 又能说明什么 引导学生总结电容器的结构 使学生明白电容器的结构其实非常的简单 揭示了电容 器的神秘面纱 打破学生普遍认为电学难这道防线 并引导学生分析电容器的工作原理及 电容器具有储存电荷与电场能的作用 6 教师提问 电容器能储存电荷也能放出电荷 那么电荷在存放电荷过程中有什么样的特 点呢 实验二 教师演示教材中的实验 不连成电路 直接用表笔连接电源 直接短接表笔 这样 可以简化学生读懂电路图的过程 避免出现电源还在电路中的错误认识 通过实验 再次 体会电容器的工作过程 并体会能量的转化过程 教师分析 当电容器两端连接到电源时 电流计指针偏转 这证明有电荷移动到电 容器上 当电容器的两端电荷达到一定程度时 电荷不在移动 这个过程叫做充电过程 当将电流计短接在电容器两端时 电流计指针反向偏转 电容两端的电荷全部放出 这个 过程称之为放电过程 2 电容教学 电容教学 发给学生不同规格的电容器 请学生认真观察电容器的外表的标注 这时学生会发 现不同的电容器外面标有不同的数字 设立这样的情境 再次激起学生的求知欲望 介 绍电容的概念 定义式 及单位 学生在观察电容器的外表标注时 会发现不同的电容器上都有标有数字和单位 问 学生 这些单位表示的是什么物理量呢 1 电容器的带电量与两极板电势差的关系 取学生手中一个电容比较大的电容器 如图所示连接电路 一边连接 一边说明电 路的连接方式 在充电结束后 提高电源的电压 可以观察到充电可以继续进行 说明电压越高 电容的带电量越大 同理 带电量越大 电容两极板的电势差越高 定量的关系采用教材 中直接给出的方式 得出电容电容的定义式 C Q U 2 对定义式的说明 7 利用类比的方式 这里需要强调 不同水容器装入等高的水而容水量不同 是横截 面积决定了水容器容纳水的能力 不同电容器在相同电压下容纳电荷不同 是电容决定了 电容器容纳电荷的本领 3 电容的单位 通过学生读取电容器的电容介绍电容的单位 法 微法 皮法 毫法 纳法 3 平行板电容器的电容教学 平行板电容器的电容教学 分析 通过提问工艺上是怎么做到电容器的电容大小不一样的呢 引起学生探究影响电容 器电容大小的因素的兴趣 再引导学生将问题简化为探究影响平行板电容器的电容大小的 因素 这里是我对教材改变最多的地方 把演示实验改为探究式试验 由于教材的实验对 于学生的研究存在两大障碍 1 电容并不是直接测出而是通过保持电容器两端的电荷量不变 通过判断静电 计上的电压再通过电容的定义式推倒得出 2 电压的测量时用静电计读出的 而静电计为什么可以测量电压 是学生在理 解电容知识的基础上才能理解的 这就又给学生理解这个实验设了一个障 碍 现在 已经有直接测量电容的仪器 并且是数字显示 我们就利用万用表进 行本实验 使用万用表 可以直接找出电容与各量的关系 避免了书中实验的间接 测量 这样实验的难度就大打折扣 但实验目的的达成并不打折 本实验的研究对象是由铝箔纸 硬纸板 一次性纸杯 聚乙烯膜制作的平行板电容 器 将铝箔纸平铺在两块硬纸板上 作为电容器的两级 用一次性纸杯做把手 用聚乙烯 膜做电解质 于是组成了非常理想的平行板电容器 这样做的目的也是利用生活中很常见 的材料制作简易的电容器 使学生再次体会电容器构造的简单 更贴近学生生活 使学生 觉得电学不再是高高在生 而是拓手可及 教师教师 同学们 现在我们了解了描述电容器容纳电荷的本领的物理量电容 那么现 在请同学们回顾一下刚才我给同学们看的电容器中上面标的电容的大小是一 样的吗 8 学生学生 有的不一样 教师教师 那么工艺上是怎么制作电容不一样的电容器呢 这就就需要知道怎么改变电容 器的电容大小了 换句话说 也就是影响电容器电容的大小因素有哪些 不管 是什么样形式的电容器 总有一物理规律来指导实践 那么我们就从最简单的 电容器 平行板电容器着手 探究影响平行板电容器电容的大小因素有哪些 并总结出规律 并利用实践实际检验规律 是否具有普适性 老师为了降低同学们理解这个实验的难度 用万用表直接测量电容器的大小 同学们可以直接通过观察读数的变化来确定电容大小的变化 由于后面的同学 们并不能看到老师做的实验 老师将操作过程投影到银屏上 和同学们一起分 享这个探究过程 这是老师用铝箔纸 硬纸板作为平行板的两级 一次性纸杯作为手柄 聚 乙烯膜做为电解质 制作的平行板电容器 老师手中的万用表式可以用于测量电容的 请同学任意拿一个电容器上来我 们测测看 将测出的数据和标注的对比在误差范围内可以认是相等的 咦 我并 没有连接到平行板电容器上啊 为什么也有示数呢 学生学生 任何两个彼此绝缘而又相邻很近的导体 都可以看作是电容器 而万用表连接出来 的两端就是一个电容器 教师教师 分析得很好 那现在我们将这两端连接到平行板电容器上 请一位同学将你看到的 示数读出来 学生 学生 教师 教师 请同学们讨论这样的一个平行板电容器 它的材料 结构有哪些地方时可以改变的 呢 学生 学生 正对面积大小 两级之间的距离 电解质 极板的材料 教师 教师 很好 现在是众口不一啊 每个人都有自己的想法 怎么办 学生 学生 一个个来 控制变量 教师 教师 很好 大家不急我们一个个来 还有其他的想法吗 跟据同学们刚才的猜想 我们将全班分为四个小组 每个小组分别讨论一种想法 并 设计出你的方案 两分钟后请各组上来展示你们的设计 教师教师 首先我们来看看当两级之间的距离不同时会不会给电容器的电容带来影响 请一组 同学上来给我们示范一下 你是怎么改变平行板两级的距离的大小的 下面的同学认真看 9 他的操作过程 并观察读数的变化 思考这样做对吗 读数的变化你能得出什么样的结论 教师 从这个实验中我们可以看出这位同学严格的按照了控制变量法 得出了这样结论教师 从这个实验中我们可以看出这位同学严格的按照了控制变量法 得出了这样结论 请另外一组的同学上来 还是要求下面的同学认真看他的操作过程 并观察读数的变化 思 考这样做对吗 教师 教师 从这组实验中我们得出的论是 好的下一组 教师 教师 从这一组的实验中我们得到这样的结论 同样大小 两级距离也不变的情况下 电解 质不一样的电容器 它的电容也不一样 教师教师 从这一组的实验中我们知道两级的材料并不影响电容器的电容大小 综合以上的分析你是否能给出一个公式来表示影响平行板电容器大小的因 素呢 假设在空气中的电容为C s 4 kd 测得在其他电解质中电容的大小为真空中的 倍这时 得出出电容公式 课后思考题课后思考题 1 现在你们知道你们刚才看到的电容器它们是怎么实现体积小而电容大吗 请同 学们自己阅读常见的电容器这部分内容 2 请阅读教材中探究影响平行板电容器电容的因素实验 思考以下几下问题 1 试验中怎么判断电容的大小 2 试验中电压是如何测量的 3 实验中有几个电容器 10 4 实验中的误差是怎么来的 板书设计 板书设计 电容器 作用 储存电荷与能量 原理 正负电荷互相吸引 工作方式 充电放电过程 电容 C Q U 表示电容储存电荷的能力 单位 F 法 影响平行板电容器电容的因素 正对面积 S 两级板之间的距离 d 电解质 得出空气中的电容为C s 4 kd 在其他介质中测出的电容是真空中的 倍 设计体会设计体会 教师讲清楚和学生学会并不相同 学生学会和学生会学也会存在极大的差异 新教 材并不是仅仅学习知识 而是以知识为载体 让学生掌握学习知识的方法 这就要求新课 堂真正要以学生为主体 让学生真正参与到学习中 师生共同来发现问题 学生在教师的 指导下解决问题 pF10F 10F1 126 11 以下是另一种设计以下是另一种设计 老师也做了一个电容器 把它连接到验电器上 用吸管给它充电 同学们看到张角越 来越大 这证明电容器的电量越来越多 现在我用电插将电容器的两端连接起来 验电器 的张角闭合了 这说明了什么呢 答 说明电全部被中和了 对 这个过程成为放电 那么如果电容器的两端带的电不一样多的话 用电插连接两 端 结果会与刚才的一样吗 答 不会 因为如果不一样就不能完全中和 验电器还会有一定的张角 那么着也就说明了验电器的两端所带的电荷是等量异号的 我发现有同学很小心尽量让铝箔纸保持平整 可是有些同学的却是皱巴巴的 是否越 平整的存的电越多呢 我们来测试一下 恰恰相反 皱巴巴的反而存的电更多 这到底是 为什么呢 等我们学完了这节课的内容大家就会明白了 现在我们请每个小组总结你自制电容器的收获 从这里你懂得了哪些知识 答 电容器具有储存电荷的能力 氖管亮了 证明电容器也储存了能量 电容器的两 端带等量异号的电荷 实际上任何两个彼此绝缘 又相隔很近的导体 都可以看做是电容器 中间的绝缘部 分我们成为电解质 当我们这样的理解电容器是再去去看我们周围的事物时 是否觉得生 12 活中到处都是电容器呢 就比如说静电计是否也是个电容器呢 不妨回家找找还有那些东 西是可以看做电容器 可以用来储存电荷的 如果你有什么新的想法欢迎随时与我交流 最简单的电容器就是这样的两块金属平行板中间加上一个聚乙烯膜 两个彼此绝缘的 又相隔很近的导体 它也能储存电荷 我们也用氖管给它充电 看看这个计算器能否显示 出数字 它显示出数据了 但是电压太低了 还不能使氖泡发光 同学们是否有什么其他的办 法能是这样的一个电容器也能使氖泡发光呢 下面的内容的学习就能让同学们很简单的解 决这个问题 在这里有可能让学生误以为电容器充放电时间很短 但下面的测量 C Q U 的实验可以 看到这样的过程 演示实验三 利用实验室配备的电子感应圈对平行金属板构成的电容器充电 10 秒 充满电荷之后将电子感应圈移开用静电计进行检验 用电插将两端连接起来 检验两个 极板的电荷是等量且相异的 我们知道了电容可以存储电荷 那么一个电容器能储存的电荷有没有极限呢 请同学 们想象水如果加满的时候就会溢出 电容充满电荷的时候是否也会放出来呢 电荷释放到 空气中会是什么样的呢 答 电火花 演示实验二 用实验室配备的电子感应圈慢慢的加压 加到一定程度是就发生火花放电 这个实验证明了 电容的存电的能力是有限的 原因是电压过大就会将绝 缘的部分个击穿 13 我们现在知道了电容器可以储存电荷和能量 可以充电 也可以放电 我们也知道了电 容器的存电量是有限的 不同电荷的存电能力是不一样的 我们再改自制的电容器充电 看看静电计的张角能张多大 是否可以无限大呢 同学 通过充电后就张开一定角度后就不会再张开了 是否这就说明电荷的带电量是一定的呢 答 不一定 因为可能是吸管带的电量不够多不能传给他了 问 电荷是往什么地方运动的呢 答 电势低的地方 引导学生分析 两极板积累异号电荷越多 其中带正电荷一极电势越高 带负电荷一 极电势越低 从而电势差越大 将电容器的另一端与静电计的外壳相连 问这时候的张角是否可以表示电容两端的电 压呢 当我们给电容器充电时张角越大 就是 U 越大 实验证明 Q U 是个常数 我们将这个 常数用 C 表示 它表示电容器的储存电荷的能力 称为电容 单位 法拉 F 同学学们知道一个 1F 的平行板电容要多大吗 这样的电容要比地球半径还大 所以常用 单位有微法 F 皮法 pF 学生实验二 再回到刚才的实验 现在我们给电容器加了电荷了 我们也知道 C Q U 那么有什么 办法能在不加电荷的情况下使静电计的张角发生改变呢 答 改变电容的大小 14 那么我们怎么改变电容的大小呢 这里我们将问题简化为研究影响平行板电容器的大 小的因素 同学们请看这是一个平行板电容器 我现在用 9v 的电池给它充电 当我将它 提起来时却能使氖管发光 这是为什么呢 请同学们根据老师的实验 观察电容器的结构 大胆的猜想影响平行板电容器的大小的因素会有哪些 学生可能的猜想 面积 距离 夹在中间的物质 问 当一个物理量有多个因素影响的时候我们用什么方法来研究呢 答 控制变量发方法 器材有 平行板电容器