必修教材：人教版必修第三册《电容器的电容》教学设计

.10.4《电容器的电容》必修教材：人教版必修第三册第十章第四节教学设计10.4电容器的电容【教学时间】40分钟【教学对象】高二学生【教材】人教版必修第三册第十章第四节【教材分析】1.《课程标准》对本节的要求观察常见电容器，了解电容器的电容，观察电容器的充、放电现象，能举例说明电容器的应用2.教材的地位和作用本节是人教版物理必修三第十章第四节的内容,是静电场知识的实际应用，也是后面学习交流电路(电感和电容对交流电流的影响)和电子线路(电磁振荡)的预备知识,在教材中起到承上启下的作用。【学情分析】1.学生已有知识水平前面学习了电场强度、电势等，通过类比电场强度和电势的定义方法，再结合实验探究，学生不难得到电容的定义式。2.学生能力水平高二学生已经具备了一定的知识基础和科学探究的能力，但科学探究能力和意识有待提高，需教师进一步引导。学生可能遇到的问题对电容器的结构和功能比较陌生，不清楚电容器如何存储和释放电荷，也不知道电容器储存电荷量和两极板间的电压关系。4.解决方案通过自制电容器切身体会电容器的组成，利用DIS实验直观了解电容器的充放电现象、并利用软件积分功能求出电荷量和两板电压关系。【教学目标】1.物理观念通过本节，树立能量观念和运动与相互作用观念；能从电学视角解释自然现象和解决实际问题2.科学思维实验定量探究电容器两极板间电势差跟所带电荷量关系的过程中，培养了学生以证据支撑观点的科学思维习惯。3.科学探究通过利用改进的实验电路和DIS实验定量探究、自制实验等，培养学生探究问题的能力和创新能力。4.科学态度与责任探究过程中体验解决问题的成功喜悦，激发学生探索自然规律的兴趣。【教学重难点】重点：理解电容器充放电过程难点：通过实验建构电容的概念【教学策略设计】本节课教学的指导思想：坚持“以教师为主导，学生为主体”的原则，通过实验演示的现象展示、思考分析、知识运用等，让学生亲历科学探究过程，充分体现物理学科对提高学生核心素养的独特作用。在教学方法和手段上，综合应用现象、设问和探究等多种方法，并辅以多媒体等手段；由生活现象到规律总结，再到生活应用的整个教学逻辑顺序，贯穿本节课堂教学。【教学用具】自制平行板电容器、电流传感器、数字化实验系统、自制平行板电容器及多媒体课件等【教学流程】新课新课引入通过观察自制电容器对小灯泡的放电现象深化对电容器结构的认识，同时培养动手能力自制平行板电容器并进行实验演示通过观察自制电容器对小灯泡的放电现象深化对电容器结构的认识，同时培养动手能力自制平行板电容器并进行实验演示通过DIS通过DIS实验演示使抽象过程形象化，让学生明确电容器充放电过程中电流、电压的变化规律及对应能量转化通过电流传感器、数字化实验系统进行实验，演示电容器的充放电实验以充放电实验方案为基础，学生合作自主设计定量实验探寻电容的定义式通过以充放电实验方案为基础，学生合作自主设计定量实验探寻电容的定义式通过数字化实验系统和EXCEL数据拟合得到图像产生视觉冲击，帮助学生建构电容的概念，进而突破本节课的教学难点利用电容表结合自制平行板电容器定量实验降低了教材中的实验难度，同时激发学生学习物理的兴趣以锡箔纸作极板、相片纸作电介质自制平行板电容器探究其电容影响因素利用电容表结合自制平行板电容器定量实验降低了教材中的实验难度，同时激发学生学习物理的兴趣以锡箔纸作极板、相片纸作电介质自制平行板电容器探究其电容影响因素通过设置相应题目进行回顾，深化学生对电容器充放电过程、利用I-t图像面积计算电荷量及电容定义式的理解学以致用：利用本节所学知识解决实际问题通过设置相应题目进行回顾，深化学生对电容器充放电过程、利用I-t图像面积计算电荷量及电容定义式的理解学以致用：利用本节所学知识解决实际问题回归生活，拓展提升回归生活，拓展提升【教学过程设计】教学环节和教学内容教师活动设计意图环节一：自制平行板电容器若直接把两块锡箔纸用塑料包裹，能否做成一个储电的容器呢？请同学们拿出课前利用两块过塑的锡箔纸，之间再夹一层绝缘彩色塑料膜自制的简易容器，它能否储存电荷呢？下面邀请两位同学利用手摇式静电感应起电机通过两电极给其充电，充电完成后，对小灯泡放电，注意观察现象。通过实验可以观察到小灯泡闪亮一下后慢慢熄灭，可见这么简单的容器能够储存电荷，物理学中把能够储存电荷的容器叫做电容器。大家可以利用自制电容器所用材料归纳出电容器的结构特点，同时把教材中关于平行板电容器的概念划出来。提问：电容器是怎样储存和释放电荷的呢？带着这个问题共同走进本节内容——《电容器的电容》通过自制电容器，培养学生动手能力的同时，加深对电容器构造的认识，让学生感受到电容器不只是书上的模型，更是生活中的实际应用。环节二：实验观察电容器的充放电电流传感器数字电压表电流传感器数字电压表设计实验，演示电容器的充放电过程。利用电流传感器及数字化实验系统，记录电容器充放电的电流变化，同时为了防止电容器快速充放电导致仪器读数变化迅速，实验采用大电阻、大电容，延长了电容器的充放电时间可达1min左右。实验过程中，引导学生注意观察各测量仪器示数变化，进而了解充放电过程中电压、电流的变化情况。采用电流传感器和数字化实验系统记录电流变化，其高精度和直观性得到了充分的显现，将传统实验中的“点”采集变成“线”采集根据电容器充电过程中出现电压与电流的返步调变化引起认知冲突，并由实验现象提出问题：让学生小组合作，结合实验交流、讨论完成表格中的内容:通过实验可知充电过程中，随着极板所带电荷量越来越多，电容器两极板之间的电场强度越来越大，因而对应电压越来越大。当两极板之间的电势差增大到电源电压时，电路中电流为零，充电结束，此时电容器能量储存最多。放电过程中，极板所带电荷量越来越少，放电结束时，电流为零，说明两极板所带电荷量一样，我们以一个极板电荷量的绝对值表示电容器所带的电荷量。由实验现象学生能够明确充电和放电过程中电流、电压的变化规律，以及两极板所带电荷量与电压的正相关关系，有效帮助学生理解电容器充放电的过程，顺利解决本节第一个教学重点环节三：探寻电容的定义式通过上述实验，利用软件得到了电容器充放电对应的I-t图像，由此提出问题：类比前面所学习的V-t图像，利用微元的思想，我们不难得到I-t图线与横轴围成的面积就是对应的电荷量，并学会利用“四舍五入”的方法进行估算。而刚才演示实验中，我们可以直接利用软件的“积分功能”求出图像围成的面积，大家可以利用此系统自己动手处理实验数据得到电荷量。在电学中再现微元法的使用，增强学生利用图像处理问题的能力，实现前后知识的整合，提高科学论证与数理结合的能力，同时也为下面学生自主设计实验，探寻电容的定义式做铺垫。能否在上面实验基础上，设计实验定量探究电容器所带电荷量与电容器两极板之间的电势差的关系？大家可以分组合作设计实验方案、连接电路，分别用两个不同的电容器进行定量探究，并把实验数据记录在EXCEL表格中，以电荷量为纵坐标、电压为横坐标插入散点图对数据进行拟合。从实验得出一般规律，培养了学生以证据支撑观点的科学思维习惯。通过DIS实验和EXCEL数据拟合得到的图像产生视觉冲击，帮助学生建构了电容的概念，从而突破了本节课的教学难点环节四：探寻平行板电容器电容的影响因素通过以上的学习，我们已经知道电容与电荷量、电势差都无关，那么它与哪些因素有关呢有关呢？我们可以利用锡箔纸作极板、相片纸作电介质自制平行板电容器运用控制变量法进行定量实验探究。以最简单的平行板电容器为例，根据其结构，大家能否猜想其电容的可能影响因素有哪些？通过实验，可以得到平行板电容器的电容与两极板正对面积、板间距、电介质这三个因素都有关，结合实验数据可得与正对面积成正相关关系、与板间距成负相关关系。再结合大量实验和理论分析，可得平行板电容器电容的决定式。本实验采用数字多用表的电容挡结合自制平行板电容器进行定量探究，比教材中利用静电计定性反映电容的变化，更加直观，降低了实验的难度，同时增强了学生通过自制道具成功实验的获得感，激发了对物理的学习兴趣环节五：学以致用解决问题本节课利用电流传感器和DIS实验系统师生合作分别探究了电容器的充放电过程和电容的概念，通过设置相应题目进行回顾，并再次深化学生对电容器充放电过程中电流变化规律、利用I-t图像面积计算电荷量及电容定义式的理解环节六：课外拓展电容器在日常生活中有着广泛的应用，常用电容器有固定电容器和可变电容器。而超级电容器作为新型动力电源在现代科技中扮演着重要的角色。利用示教板进行展示、讲解：展示由我国自主研发、设计的世界首艘纯超级电容动力渡轮，让学生感受我国科学技术发展潜力巨大的同时，激发科技创新精神和爱国情怀。【课后任务】1.搜集日常生活和科技生产中电容器的应用案例，查阅资料，撰写调查报告，下节课交流汇报2.利用本节课所学知识小组合作，设计出以电容为动力源的模型，进行科技小创作。下节课对作品进行展示，并