《电容器的电容》教学设计方案

电容器的电容宜春一中 物理组【教材】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器的电容。【设计思路】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。本节知识与生活联系比较紧，几乎所有电气设备都要用电容器，学生学习兴趣比较浓厚，而且本节知识在许多题目中出现频率很高，甚至是高考的热点问题，这也体现了对本节知识的教学也尤为关键。首先讲解了电容器的功用，通过敲开一个电容器来介绍电容器的构造，学生印象深刻。对于电容器的工作过程，先让学生通过分组设计实验使学生认识电容器有储存电荷的本领，但无法看到电路中电流和电压的变化过程。老师通过数字化传感器让学生观察电容器的充电和放电时，电路中电流和电压随时间的变化图像，使学生对这样的一个短暂的过程有一个直观的认识。关于电容器的电容概念，是高中物理教学的重点和难点之一，又比较抽象，因此，通过数字化传感器得到电量，作出电量和电压的关系图象，得到一条过原点倾斜的直线，使学生从定量的角度对比值法定义的物理量-电容有了新的认识。【教学目标】一、知识与技能1、知道什么是电容器及其构造。2、知道电容器的工作原理及充、放电过程电路中电流和电压的变化过程。3、理解电容器的电容概念及其定义C=Q/U，并能用来进行有关的计算。二、过程与方法1、学生通过分组实验，观察电容器的充、放电过程。再进一步利用实验探究电容器充、放电过程中，电路中电流和电压的变化过程。2、通过数字化传感器得到电量，作出电量和电压的关系图象，理解物理科学研究的常用方法：比值定义法。三、情感、态度与价值观（1）通过列举电容器的广泛应用，增加学生的感性认识，培养学生探究新事物的兴趣。（2）通过教师的适时引导和学生的自主探究，促进师生之间、生生之间的合作互动，使学生在体验探究的过程中，感悟科学思想，培养科学精神，实现知识和能力的协调发展【教学重点】电容的概念。【教学难点】1、电容器的充电和放电2、电容的概念的理解【教学方法】启发式、探究式、类比法。【教学用具】电流传感器（-1A1A）、电压传感器(-12V12V)、电容器、变阻箱、单刀双掷开关、学生电源、数据采集器、计算机、 朗威数字化实验系统、导线学生器材：电源，小灯泡、灵敏电流计、电压表，电容器、导线、开关【教学流程图】实例引入电容器演示：敲开电容器电容器的构造教师利用数字化实验观察工作过程电流和电压的变化电容的定义学生分组实验，探究电容器的充电和放电对电容器工作过程的认识利用数字化传感器得到Q-U的图象加深对电容定义式的理解【教学过程】（创设情境，实例引入）图片展示-电视、电脑的线路板（powerpoint）。电容器在我们当今生活中随处可见，如电脑、电视机、收音机等几乎所有用电器中都有电容器。提出问题：电容器到底是什么样的元件？它的用途、构造、工作原理是怎样的？本节课就研究这些问题。一、电容器电容器是一种存储电荷的电学元件。它的构造是什么样的呢？（演示）老师把一个电容器敲碎去掉外壳，轻轻把它展开。我们看到电容器有两片锡箔，叫做电容器的极板；两极板中间用绝缘纸隔开，每个极板用一根导线引出一个电极。最后加外壳封好，这就是电容器的构造。实际上任何两个彼此绝缘又相互靠近的两个导体，都可以看做一个电容器。二、电容器的工作过程电容器的工作分为充电和放电过程。把电容器的一个极板与电池组的正极相连，另一个极板与负极相连，两个极板上就分别带上了等量的异种电荷。这个过程叫做充电。把充电后的电容器的两个极板接通，两极板上的电荷互相中和，电容器就不带电了，这个过程叫放电。那么在充电和放电的过程中电路中有电流吗？（学生分组活动）学生分组设计实验，挑选器材来完成实验。器材有电源、小灯泡、灵敏电流计、电压表、电容器、导线、开关等。请学生说出实验过程及实验现象。（生）有电流，把小灯泡和电容器串联，在对电容器充电和放电的过程中，小灯泡亮一下，说明有电流。（生）有电流，把灵敏电流计和电容器串联，在对电容器充电和放电的过程中，电流计的指针偏转，说明有电流。（生）有电流，把电压表和电容器串联，在对电容器充电和放电的过程中，指针动一下，说明有电流。问：通过你设计的实验能看出电路中的电流和电压是如何变化的吗？生：不能。电容器的充电和放电是很短暂的过程。我们今天用数字化传感器进行数据采集，与传统仪表的测量显著的区别就在于，传感器可以高频率、高密度的连续采集并传送实验数据，可以展现实验过程中物理量的变化。展示实验电路图（powerpoint）及实物连接。开关打到A，是对电容器充电。开关打到B，是对电容器放电。从电路图上分析电容器充电和放电时的电流方向相反。实物连接已经连好，观察接“右”是对电容器充电；观察接“左”是电容器放电。准备工作做好，我们开始任务。实验过程1。观察电容器的充电和放电时电流、电压随时间的变化图像（电压4V）打开实验软件，对传感器进行“调零”，频率100HZ。对电容器进行充电和放电，记录下电流随时间、电压随时间的变化图象。先分析电流随时间的变化规律：（学生总结）充电时和放电时的电流方向相反。充电开始时和放电开始时，电流最大，随后逐渐减小。充电和放电时，开始时图线的斜率开始最大，说明电流变化最快；然后斜率越来越小，说明电流变化变慢。再分析电压随时间的变化规律：（学生总结）充电时，电容器两极间电压逐渐增大，稳定时为电源电压。放电时两极间电压逐渐减小，直到为零。充电和放电开始时，图线的斜率最大，说明电压变化的快。随后斜率越来越小，说明电压变化变慢。（切换到powerpoint）刚才我们通过数字化传感器观察到了电路中的电流和电压随时间的变化图象。提问：电容器在充、放电的过程中的能量是如何转化的呢?待学生讨论后总结如下：小结：充电带电量Q增加,板间电压U增加,板间场强E增加, 电能转化为电场能 放电带电量Q 减少,板间电压U减少,板间场强E减少,电场能转化为电能（设计说明：这样让学生更加清楚认识电容器是一种贮存电荷的容器，也是一个储能的元件。）不同的电容器储存电荷本领的强弱一般是不同的，我们定义了物理量电容来描述电容器储存电荷的本领。二、电容介绍电容器的电容的定义，并给出电容的定义式，让学生知道这是一种按比值定义物理量的方法。定义：电容器所带的电荷量跟它的两极板间的电压的比值，叫做这个电容器的电容。定义式：单位换算：请向前面学到过哪些按比值定义的物理量（如，均是按比值定义的）请学生回答，并给予指正和评价。（设计说明：要让学生知道这是一种定义物理量的方法，让学生知道这样对比、归纳地学习物理知识。）那我们该如何正确理解比值定义的物理量之间的关系呢？（问）能不能说，U越大，C就越小？Q越大，C就越大？（生）不能。那该如何正确描述这三个物理量的关系呢？我们除了利用物理公式来表达物理量之间的关系，有没有更加直观的方法？（学）还可以用图象。如果我们作出电容器的带电量Q与两极间电压U的关系图象，那应该是什么样的？（学）倾斜的直线实验过程2。作出电容器两端电压U与所带电量Q的关系图象利用学生电源改变电容器两端的电压，那电量呢？我们利用电压传感器和电流传感器只能记录电流和电压，或者电流和电压随时间的变化关系，同学们想一下，我们如何得到电量。（学）利用电流随时间的变化图象可以的到电量，图线和时间轴所围的面积代表电量。（师）以前我们利用速度-时间图线所围的面积求解位移，那这个地方我们同样的可以利用电流-时间图线所围的面积求解电量。利用软件建立表格（记录下0、0点），填加电流时间图线：学生电源电压为2V时对电容器充电，记录It图线.(师)所围的面积代表电量,如何求解?大家想想我们如果借用数学上的知识能不能得到曲线所围的面积?(生)对曲线积分利用“其他处理”对选定区域积分,得到电量,填入表格.学生完成实验：依次改变学生电源电压4V、6V、8V、10V，利用积分的到不同电压下的电量。次数U（V）I（A）Q（C）1002203404605806100然后以电压-X轴，电量-Y轴，绘图得到过原点的倾斜的直线.系统软件可以直接写出所画图线的方程y=0.0107x,图线的斜率代表电容。对一个电容器来讲，它的带电量和两极间电压成正比，说明电容是个定值。（设计说明：这样让学生自己探究，进一步掌握利用控制变量法的实验方法，同时培养了学生认真观察，团结协作的科学精神。）【课堂小结】本节课我们认识了电容器，及其工作时电路里电流和电压随时间的变化关系。以前我们对比值定义只能有定性的理解，今天通过对电量的测量，作出电容器的带电量和电两极间电压的关系图象使我们对电容的定义有了定量的认识，对电容定义式有了进一步的理解。 【教学反思】本节课学生又见到了用比值法定义物理量，以及用科