2022-2023学年人教版必修三 10.4 电容器的电容 教案

10.4电容器的电容〖教材分析〗电容器是前面学习电场知识的综合体现，也是本章知识与实际生产生活的技术应用的集中体现。电容的定义式是理解电容器特性的基础和前提，在本节课的知识内容中占核心地位，平行板电容器可以看成一个匀强电场，改变电压（电势差）和电量后电场会改变等。本课的重点在于电容器的定义式的定性定量探究过程，体会类比的方法，理解电容的属性。〖教学目标与核心素养〗物理观念：理解电容的概念，理解电容是物体本身的特性，知道电容大小的定义式并能用来进行简单判断。科学思维：通过对电容器充电放电过程的理解，知道电容器的电容是物体本身的特性，不会因为电压、电量的改变而变化科学探究：通过实验探究电容器的充电放电过程，让学生理解其概念的内涵。知道电容器就是一个匀强电场。科学态度与责任：常见的电容器紧密联系生活，拉近科学与学生的距离，使学生感到科学就在身边，调动学生学习的积极性，培养学生的学习兴趣。〖教学重点与难点〗重点：掌握电容器的概念、定义式。难点：电容器的电容的计算与应用。〖教学准备〗多媒体课件，电容电路演示板，，一碗水，两个水杯等。〖教学过程〗一、新课引入（展示一碗水，做倒水和装水的实验）水可以用容器储存起来，电荷也可以用一个"容器"储存起来。图中的元件就是这样的"容器"——电容器。那么，它内部的构造是怎样的?它是怎样"装进"和"倒出"电荷的呢?二、新课教学（一）电容器对导入的问题进行归纳：电容器是一种重要的电学元件。（展示各种电容器的图片和电脑主板的图片）电容器从外形上来看有很多种，有方的，扁的，圆柱型的。我们台式电脑的主板，也可以看到里面有大量的各式各样的电容器。定义：在两个相距很近的平行金属板中间夹上一层绝缘物质——电介质（空气也是一种电介质），就组成一个最简单的电容器，叫作平行板电容器。我们主要研究的就是平行板电容器。展示图片。这两个金属板叫作电容器的极板。根据它的定义，极板一定是金属板，必须是导体才行。介质是绝缘的。实际上，任何两个彼此绝缘又相距很近的导体，都可以看成一个电容器。问题1：知道了电容器，那这个容器是如何存储好释放电荷的呢？实验：观察电容器的充、放电现象（阅读）展示电路图，在电路中找找看那个是电容器？电路中通常用一对平行的短线段表示电容器，用大写字母C表示。和电源有些像，要注意区分，电源的是一长一短，长的是电源的正极。电容器接电源正极的叫正极板，解负极的叫负极板，开始时电容器上没有电荷。1.电容器充电（播放电容器充电过程的动图）观察动图发现：接通电路于是和电源正极连接的带上了正电荷，与电源负极连接的带上了负电荷，上下极板所带的电量大小都是Q，这就是电容器充电的过程中。即使两极板分别带等量异种电荷的过程叫电容器的充电。电容器充电的过程中，两极板的电荷量增加，极板间的电场强度增大，电源的能量不断储存在电容器中。若断开电源，极板所带电量Q不变。电容器的电荷量Q：每个极板所带电量的绝对值。2.电容器放电（播放电容器放电过程的动图）观察动图发现：放电的过程中，原先在两个极板的正负电荷就会逐渐中和，电流方向正好和之前的相反。电容器把储存的能量通过电流做功转化为电路中其他形式的能量。即两极板的电荷逐渐中和的过程叫做电容器的放电。【注意】当电容器带电量发生改变时，电路中有电流;稳定后电路中无电流，因为两极板绝缘，电流通不过。我们也可以借助科技来观察电容器充放电的过程。拓展学习：了解用传感器观察电容器的放电过程。微元法：∆Q=I∆t。问题2：电容器用来储存电荷的，怎样描述其储存电荷的本领呢？（二）电容在电容器充电的实验中，我们看到，电容器两极板之间的电势差增大时，电流表的示数不为0，这表明电容器所带的电荷量也在增加。问题1：那么，电容器所带的电荷量跟两极板间的电势差是否存在某种定量关系?演示：探究电容器两极板间电势差跟所带电荷量的关系连接好实验电路如图所示。实验步骤①给A充电，观察电压表。②与B并联，给A放电，观察电压表。③闭合S2，给B放电。之后重复②③。组别与B并联前电压表示数与B并联后电压表示数123....对实验数据列表处理。以上实验表明，电容器的电荷量变为原来的一半时，其两极板间的电势差也变为原来的一半。精确的实验表明，同一个电容器所带的电荷量Q与两极板之间的电势差U之比是不变的。不同的电容器，这个比一般是不同的，可见电荷量Q与电势差U之比表征了电容器储存电荷的特性。定义：电容器所带的电荷量Q与电容器两极板之间的电势差U之比，叫作电容器的电容。用C表示，则有①Q指每一个极板带电量绝对值,U表示电容器两板的电势差—电压。上式表示，电容器的电容在数值上等于使两极板间的电势差为1V时电容器需要带的电荷量，电荷量越多，表示电容器的电容越大。这类似于用不同的容器装水，要使容器中的水深都为1cm，横截面积大的容器需要的水多。②单位：法拉F。在国际单位制中，电容的单位是从关系式上看是库伦每伏。为了纪念物理学家法拉第，这个单位被命名为法拉，简称法，符号是F。如果一个电容器带1C的电荷量时，两极板之间的电势差是1V，这个电容器的电容就是1F。法拉是一个很大的单位，实际中常用的单位还有微法（μF）和皮法（pF），它们与法拉的关系是1μF=10-6F，lpF=10-12F注意：式子叫做电容的定义式，C描述的是物体本身的特性。电量Q或者电压U的改变，并不会改变电容C的大小，也就说它是不成比例关系的。即使电容器不带电，电容仍然存在，且是一个确定的量。例如，如图所示，电容器没有接入电路中，它的电容C=1.0F。当然接入电路时，也要注意，加在电容上的电压不能超过某一限度。加在电容器两极板上的电压不能超过某一限度，超过这个限度，电介质将被击穿，电容器损坏。这个极限电压叫作击穿电压。不过为了让电容器安全稳定的工作，电容器外壳上标的是工作电压，或称额定电压，这个数值比击穿电压低。即额定电压U<击穿电压Um课堂练习例1：有人用如图描述某电容器充电时，其电荷量Q、电压U、电容C之间的相互关系，请判断它们的正误，并说明理由。解题提示：C描述的是物体本身的特性。电量Q或者电压U的改变，并不会改变电容C的大小。例2：有一个已充电的电容器，两极板之间的电压为3V，所带电荷量为4.5×10-4C，此电容器的电容是多少?将电容器的电压降为2V，电容器的电容是多少?所带电荷量是多少?解题提示：C描述的是物体本身的特性。电量Q或者电压U的改变，并不会改变电容C的大小。Q1=CU1=1.5×10-4×2C=3.0×10-4C问题2：C描述的是物体本身的特性。那电容C受那些因素影响呢？拓展学习：平行板电容器的电容知道了它和极板的正对面积，两板间的距离，以及插入的介质有关。（三）常见电容器①固定电容器：电容固定不变。常用的电容器，从构造上看，可以分为固定电容器和可变电容器两类。固定电容器的电容是固定不变的。常用的有聚苯乙烯电容器和电解电容器。展示图片介绍聚苯乙烯电容器和电解电容器。②可变电容器：通过改变两极间的正对面积或距离来改变电容。展示图片介绍可变电容器。前沿科技：超级电容的应用。〖板书设计〗10.4电容器的电容电容器定义：①构造：导体极板和绝缘介质。②充电：使两极板分别带等量异种电荷。若断开电源，极板所带电量Q不变。③放电：两极板的电荷中和二、电容定义：①Q指每一个极板带电量绝对值,U表示电容器两板的电势差—电压。②单位：法拉F③C描述的是物体本身的特性。三、常用电