《电容器的电容》教学设计

《电容器的电容》教学设计

一、电容器的构造(初识电容器)

引入：1746年，对电的讨论风行科学界，如何储存住简单跑掉的电荷成了难题。一天，富兰克林收到了一个快递，有人向他寄了只瓶子。后来，富兰克林用风筝将天上的闪电引到这个瓶中储存起来。这个瓶子的名称叫莱顿瓶。教师：莱顿瓶真的能存闪电吗?

展现：简易来顿瓶。让我们往日重现一下：感应起电机模拟闪电的发生，用导线连接莱顿瓶。教师：闪电已经存储在里面了，同学们有士气来感受一下吗?(安全)

学生感受电击感。

教师：历史上法国人做过类似的试验。当时有七百名修道士手拉手，两头的修道士分别握住充好电的莱顿瓶的两条引线，一瞬间，七百名修道士，因受电击同时跳起来，场面特别壮丽，这是电的巨大威力。感谢英勇的修道士们，请回去。教师：莱顿瓶为什么能存住电?它有什么特别的构造呢?

学生观看：金属箔片，水和金属导线，中间有塑料(绝缘物质，电介质)

教师：其实，莱顿瓶就是一个电容器。电容器，“装电的容器”，电子设备中处处可见它的身影。它有许多外形。两张锡箔、中间夹着纸片，但这样携带不便利，我还可以将它卷起来。这是一个拆开的纸质电容器，请大家观看一下。思索：纸片为什么那么长，贴得为什么那么近?

总结电容器构造：任意两个彼此绝缘又相隔很近的导体，都可以看成是一个电容器。符号(极板、绝缘介质)

二、电容器的充放电

教师：我们了解了电容器的构造，那么电容器是如何工作的呢?

刚刚的试验中，先用起电机给电容器充电，再通过同学构成的电路进展放电。这就是电容器的两种工作状态，我们来看电路图。

教师引导下与学生一起分析完成。

1、电容器的充放电过程

充电过程

开关拨到左侧时，电容器与电源相连，进展充电。充电完成后，开关拨到右侧，电容器放电。

电流方向、极板电性、电荷量、电压、场强的存在、能量来源

a我们首先来争论，充电时，电路中有电流吗?电流方向是怎样的?

(电流从电源的正极流到负极，但因电容器两极板间是绝缘介质，电流过不去，所以电荷在极板上会积存起来。

b下极板带什么电?正电。电流这样过来，实际上电子这样过去，下极板失去电子，带上正电。那么上极板呢?负电。

c两板所带电量的大小有什么关系?电荷守恒，等量异种。+q,-q，

d那我们说电容器所带电量是加起来吗?电容器所带电量时指一块极板所带电量的肯定值!

e好，现在两极板上带了等量异种电荷，两板间消失了什么?电势差、电场、有电场说明有能量，能量从哪儿来?电源。充电的过程电容器不但带了电，还获得了能量!

f充电过程会始终持续下去吗?随着电流的流淌，电量越积越多，板间电势差呢?越来越大，到什么时候充电就完毕了呢?(假如下极板和电源正极电势不同，有没有电流?所以什么时候电流减到零?下极板与电源正极到达一样电势。同样的，上极板与电源负极到达一样电势，也就是说，板间电势差与电源电压一样时，电流消逝了，充电完毕了。这时电量积存到了最大。

点评：这时，两板所带异种电荷相互吸引着，电荷不简单跑走，中间有绝缘介质，不至于中和，难怪电容器能存住电荷!

放电过程

放电时呢?也先从电流方向说起，电量怎么变化?被中和，越来越小了。板间电压呢?减小，电场和电场能呢?被释放出去了。最终状态是什么?电量全部中和了，电压减到了零，电流消逝了。

三、电容器的电容

探究1:定性熟悉电容器存储电量的影响因素

装置展现：这就是电容器的工作电路，现在钟没有电池了，这个电路能为它供电吗?充电，放电。

钟走起来了!胜利放电!但是只有5s，说明刚刚电容器存的电多不多?怎样能多存点电，让钟走得久些?

学生答复：

(1)增大充电电压(2)换个更大的电容器(3)增加充电时间等。。。

总结：同一个电容器，充电电压越大，钟走得越久，说明电量带得越多。

不同电容器，充电电压一样，钟走得快慢也不同，所带电量也不同。

探究2：电量与电压的定量关系

教师：同一个电容器，充电电压越大，存储的电荷量越大，电压和电量之间存在怎样的定量关系?

设疑：要讨论定量关系，就要把两个物理量分别测出来。电压是好测的，数字多用表的电压挡直接测量，但是电量好不好测?。

回忆：库仑扭秤试验中，如何获得不同电量?将两个完全一样的金属小球相碰，它们的电量将会平分。同理：两个一样(固然会有误差)的电容器相连，电量也会平分。灵感来了吗?介绍试验：先对一个电容器充电，用数字表测量电压，电量记作q。然后把它和一个一样，但未充电的电容器相连，电量被平分，变成q/2，测量此时的电压。连续等分，电量变为q/4、q/8，测量相应电压，查找电量与电压的关系。

现在，要请同学们自己动手，查找答案，体会等分法的妙趣!

留意：(1)电解电容器，有正负极性，长脚为正极，充电时，长脚接电源的正极。

(2)去平分电量的电容器每次使用前要先对其放电，怎么做?电量等分时，两个电容器的长脚和短脚应当如何接?长脚对长脚(电势高)

(3)多用电表拨到直流挡测量，电压的单位是v，或mv，数字表放电很慢，但测量

也尽量快些。我们在读数时，心中有所猜测

(4)测量完毕时，拨到off挡

学生进展试验，将数据纪录下来，并查找电量和电压间的关系。试验完毕时，请几组学生共享数据与结论。

结论：同一个电容器，电量和电压成正比，比值是一个常数。同学们采纳了不同的电容器，都得出了同样的结论。对全部电容器都成立。

点评：旧学问带来新启发，虽然不能详细测出电量的大小，但我们得到了电量的一系列比例，采纳半定量方法进展了讨论，这就是科学方法的妙处!

那么不同电容器，这个比值会一样吗?同学依据从前的现象推想。那我们能不能把这个比值详细地测出来呢?我们需要更加精准的仪器。

探究3:利用传感器描绘充放电过程中电路中的电流和电容器两端电压的图线

将电流传感器与电容器串联起来，测量通过电容器的电流，电压传感器与电容器并联，测量电容器两端的电压。

介绍软件中的横坐标：时间、纵坐标：电流、电压学生观看图线，描述特点

(1)充电：电路中的电流一开头最大，渐渐减小到零，经过1s多时间，充电完成，电容器上电量到达最大。电容器两端的电压从零开头渐渐增大到最大。从时间轴上看出，电流减到零时，电压也到达最大。

(2)放电：电流一开头最大，渐渐减小到零，电流减到零时，电量全部放光。这段时间中，电压从最大开头渐渐减小到零。

(3)电量：如何在图像中，了解电容器存储的电荷量呢?

电流强度的定义是电量比时间，也就是说，电量是电流在时间上的累积。I-t图中的面积表示就是电量。

利用积分计算按钮，读出充电完成时电量，读出对应电压，求解比值。再换一个，连续求比值，写在黑板上。

结论：(1)不同的电容器，所带电量与极板间电压的比值不同。

(2)这个比值有什么意义?

充电电压一样时，比值越大，存储的电量越多，我们就说它存储电荷的力量越强比值描述了电容器(capacitor)容纳电荷本事的强弱，我们将其命名为电容(capacitance)

电容器的电容

1、定义：电容器所带电荷量与电容器两极板间电势差的比值。

定义式：比值定义法(场强、电势)电容与电量和电压有关系吗?是电容器的本身属性。

物理意义：表示电容器容纳电荷本事的大小

单位：国际单位是法拉(1f是很大的单位，1v电压充电，电量到达1c。事实上，我们刚刚计算出来的比值电容是很小的，我们用其他的单位来描述，用uf描述电容，与电容器的标注值进展比对)

既然电容器的电容与其所带电量和极板间电压都没有关系，是电容器的本身属性，那么哪些因素会影响电容的大小呢?

探究4:平行板电容器的电容的影响因素

我们来讨论一个最简洁、最根底的的模型平行板电容器装置：有机玻璃板上一面贴有铝箔，两块同样的有机玻璃板构造：两个相互平行且彼此绝缘的金属板构成

猜测：影响电容的因素(正对面积、极板间距、电介质材料等)

(2)多变量问题的讨论方法

(3)试验检验(两板在错开的过程中，电容渐渐减小;两板靠近时，电容增大，远离时，

电容渐渐减小;参加绝缘介质时，电容增大)

留意：极板间距有两种(间隔一块有机玻璃板，或间隔两块有机玻璃板);正对面积可事先在铝箔纸上标注刻度;转变电介质：插入一块木板

(4)公式解释四、拓