电容器的电容（教学设计）高二物理（人教版2019）

第4节电容器的电容教学设计备课人学科物理课题电容器的电容教学内容分析作为一种重要的电学元件，电容器在实际生活中有着广泛的应用。本节就要通过对电容器的分析引入电容的概念，为后续的带电粒子在电场中的加速、偏转，以及电路部分含容电路的讲解打下基础。前面章节的教材已经介绍了电荷量、电场强度、电势差、电势能等物理量及其相互关系。本节的内容就是在此基础上进行的一次综合应用。学情分析通过以往的学习，学生已经初步掌握了关于静电场的基本物理量及其相互的关联。但电容器相对于以往在初中学习过的各种电学元件而言对学生是非常陌生的，电容器的充、放电过程也比较抽象，电容的概念更是不容易理解。因此，在本节课的教学中，实验演示是必不可少的，而将电容器与水容器加以对比，也能帮助学生比较顺利地理解、掌握知识点。教学目标1、观察常见电容器的构造，建构电容器模型。通过实验，观察电容器在充、放电过程中电流与电压的变化，分析电荷量变化及能量转化情况。2、经历实验探究电容器两极板间电势差与所带电荷量关系和用物理量之比定义电容的过程，理解电容概念。知道电容的单位。3、了解电容器的类型、特性及作用。4、了解影响平行板电容器电容大小的因素。教学重难点教学重点：通过实验建构电容的概念。教学难点：通过实验建构电容的概念。理解电容器的充、放电过程。教学过程教学环节教师活动学生活动设计意图新课导入【提问】水可以用容器储存起来，电荷是不是也可以用一个“容器”储存起来呢？【展示】图中的元件就是这样的“容器”——电容器。电容器是电气设备中的一种很重要的元件，在电子技术和电工技术中有很重要的应用。【提问】什么是电容器？它的内部构造是怎样的？它是怎样“装进”和“倒出”电荷的呢？思考。观察图片。思考电容器的工作原理。提出问题，引发学生思考，为后续的对比分析做铺垫。环节一电容器【讲述】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），就构成了一个最简单的电容器，叫做平行板电容器。【提问】相邻的两个同学是否能构成电容器？→任何两个彼此绝缘又相互靠近的导体都能构成电容器。【讲述】电容器的电路图符号：电容器的作用：储存电荷。【提问】如何往电容器内“装”电荷呢？【播放视频】电容器的充、放电演示。【讲述】使电容器的两个极板分别带上等量的异种电荷，这个过程叫充电。【提问】充电完成后，与充电前相比，电容器有哪些变化？两极板带等量异种电荷；两极板间有与电源相等的电压；两极板间有匀强电场；两极板间储存有电场能。【讲述】已经充电的电容器两极板上的电荷的中和过程，叫放电。【提问】充电完成后，与充电前相比，电容器有哪些变化？两极板带电量为0；两极板间电压U＝0；两极板间场强E＝0；两极板间无电场能。【讲述】也可以用传感器观察电容器的充放电过程。实验设计：It图像：→可以用微元法计算单位时间内的放电量：ΔQ＝IΔt【提问】在It图像中，图像与坐标轴所围面积的含义是什么？【播放视频】用传感器观察电容器的放电过程。【讲述】关于电容器，需要注意的几点：充放电时间极短，充放电完成时，灵敏电流计的指针不偏转，说明此时电路中没有电流。把一个极板带电量的绝对值叫做电容器的带电量，用Q表示。若保持与电源连接，则板间电压U不变。若断开电源，则极板所带电量Q不变。【讲述】照相机的闪光灯原理。照相机的闪光灯，在不到的短暂时间内发出强烈闪光，瞬间电流很大，各种电池都不能承受。在实际中，常常用电容器帮助闪光实现它的功能。拍照前用较长的时间（一般几秒）给电容器充电，拍照时触发闪光灯，使电容器通过灯管瞬间放电，发出耀眼的白光。然后电源又给电容器充电，为下次闪光做准备。【提问】既然电容器能储存电荷，那么如何反映电容器容纳电荷的本领大小呢？类比法：类比圆柱型水杯容器的储水。【提问】①水位每升高h，试比较A、B、C的储水量；②哪个储水本领大？③如何反映其储水本领？【提问】类比容器储水时，用储水的体积与水面上升的高度之比，即容器的底面积，来表示其储水能力，怎样表示电容器储存电荷的能力？了解平行板电容器的结构。思考。结合电容器的定义观察并认识电容器的电路图符号，了解电容器的作用。思考电容器的工作原理。观看视频，理解电容器的充、放电原理。在观看视频的基础上，逐步分析电容器的充电过程。在前面分析的基础上思考并作答。在观看视频的基础上，结合电容器充电的特点，逐步分析电容器的充电过程。在前面分析的基础上思考并作答。观察实验装置、电路图，思考实验原理、实验过程。观察数据图像，思考数据的处理方式，分析图像的含义。理解此图像中微元法的使用方法。思考并回答：在It图像中，面积表示电荷量。观看视频，在上述分析的基础上理解实验过程。理解各点的注意事项。透过闪光灯的实例，了解电容器在实际生活中的广泛应用。思考。思考容器储水与电容器储存电荷的相似之处。结合生活经验思考并作答：用容器的底面积反应容器的储水能力。→根据类比进行猜想：用电容器储存电荷的电荷量与电容器两极板之间增大的电压的比值来表示电容器储存电荷的能力。介绍元器件，让学生在了解其结构的基础上逐步了解电容器的工作原理。趣味问题，帮助学生进一步了解电容器的结构。介绍电容器的电路图符号、作用，为介绍电容器的充、放电过程做准备。提出问题，为后续分析做准备。形象演示电容器的充、放电过程。在视频的基础上，对照电路图分析电容器的充电过程。分析充电前后电容器的变化，帮助学生了解充电过程中各物理量的数值变化、能量转化情况。在视频和对充电的分析的基础上，对照电路图分析电容器的放电过程。分析放电前后电容器的变化，帮助学生了解放电过程中各物理量的数值变化、能量转化情况。介绍另一种实验方案，可以得出更为精确的电容器充、放电过程中各物理量的变化规律。引导学生分析图像，熟悉实验数据的处理方式。用视频直观展示实验过程。对电容器做进一步的介绍，为后续对电容器进行动态分析做好铺垫。通过实例介绍电容器在实际生活中的广泛应用。在介绍电容器构造和基本特性的基础上，进一步提出问题，引导学生做深入思考。同时，采用类比的方法帮助学生认识影响电容器储存电荷能力的因素，为引入新物理量电容做铺垫。采用类比法，引导学生思考怎样描述“储存能力”？用什么样的物理量表示？一方面，为引入电容做准备，另一方面，也能练习学生分析实际问题的能力。环节二电容【讲述】人们通过实验研究发现：对于同一电容器，电容器所带的电荷量Q与电容器两极板间的电势差U成正比，即比值Q/U是一个常量；对于不同的电容器，这个比值一般不同。这个比值就表征了电容器储存电荷的特性。→电容器的电容（符号：C）：电容器所带电量Q与电容器两极板间电势差U的比值。→定义式：【提问】电容C与电荷量Q成正比与电压U成反比吗？【提问】怎样理解C＝ΔQ/ΔU？【讲述】电容的单位：法拉（F）→1F＝1C/V，1F＝106μF＝1012pF电容的物理意义：描述电容器容纳电荷的本领。电容越大，表明在相同电势差情况下，电容器所带的电荷越多。【讲述】加在电容器两极板上的电压不能超过某一个限度，超过这个限度，电介质将被击穿，电容器损坏。这个极限电压称为击穿电压。→电容器外壳上标的电压是工作电压，或称额定电压，额定电压比击穿电压低。【提问】如果要制作一个容量较大的电容器，该怎么做？→电容器的电容跟哪些因素有关？在前面分析的基础上，理解电容的概念。结合比值定义法的相关知识思考并回答：不成反比。C与Q、U无关，只等于它们的比值。结合以往的知识进行分析、思考：→电容C在数值上等于使电容器两极板间的电势差增加1V所需要增加的电荷量。在电容定义、定义式的基础上理解电容的单位、换算关系、物理意义。参照初中所学额定电压的概念，理解击穿电压。参考课本P41拓展学习部分进行思考。引入新的物理量电容。既作为前一阶段分析、讨论的总结，也为后续的继续讨论做准备。对新引入的物理量进行基本的分析，同时复习用比值定义法定义物理量的基本特性。对电容的定义做进一步分析，引导学生更深入地理解电容的定义。明确电容的单位、物理意义，为进一步的定量分析做铺垫，也呼应了前面对电容器充、放电现象的定性分析。在定义了电容之后，明确电容器的基本参数，为学生分析和解决实际问题做准备。提出实际问题，为下一步探究影响平行板电容器电容大小的因素做铺垫。环节三探究影响平行板电容器电容的因素【讲述】探究实验：探究影响平行板电容器电容大小的因素。说明：静电计是在验电器的基础上制成的，用来测量导体间的电势差，从指针的偏转角度就可以知道两个导体间的电势差的大小。【讲述】实验过程及现象：保持电量Q不变时，影响平行板电容器的电容C的因素。→电容的定义式：其中，【播放视频】探究影响平行板电容器电容大小的因素【讲述】几种常用电介质的相对介电常数。→空气的相对介电常数与1十分接近，研究中，空气对电容的影响一般可以忽略。了解实验装置，明确实验的基本方法——控制变量法。根据实验现象总结结论：反比于板间距离d正比于正对面积S正比于介电常数𝛆r观看视频，进一步理解前面分析的结论。了解不同电介质的相对介电常数。介绍实验器材，为学生清晰认识实验过程、理解实验结论做准备。引导学生根据实验总结结论，锻炼学生分析实验现象，归纳总结的能力。通过实验，让学生更直观地理解上述结论。介绍相对介电常数，为后续介绍不同种类的电容器做准备。环节四常用电容器【提问】了解了关于电容器的相关知识后，你知道电容器在生活中有哪些常见类型？【讲述】第一大类：固定电容器聚苯乙烯电容器：以聚苯乙烯薄膜为电介质，两层铝箔为极板。电解电容器：用铝箔做一个极板，以铝箔上很薄的一层氧化膜为电介质，用浸过电解液的纸做另一个极板。有“+”、“”极之分，不能接反，不能接交流电。【讲述】第二大类：可变电容器两极由两组铝片组成，固定的一组铝片叫做定片；可以转动的一组铝片叫做动片。转动动片，使两组铝片的正对面积发生变化，电容相应变化。可变电容器按其使用的介质材料可分为空气介质可变电容器和固体介质可变电容器。【讲述】第三大类：超级电容器超级电容器是指介于传统电容器和充电电池之间的一种新型储能装置，它既具有电容器快速充放电的特性，同时又具有电池的储能特性。思考。从电解质的种类方面认识不同的固定电容器。从变容的原理上理解可变电容器的工作原理。从实际用途上认识超级电容器。通过对常用电容器的介绍，对前面介绍的知识作进一步的巩固，也帮助学生更好地理解所学内容与生活实际之间的关联。环节五平行板电容器的动态分析【提问】由C=QU【讲述】如果电容器始终与电源连接，则U保持不变。【讲述】电容器始终与电源断开，Q保持不变。【随堂练习】结合两个公式进行思考。由C=QU同理分析电容在恒容条件下的动态变化。练习巩固本节知识点。提出新的问题，引导学生更深入地分析电容的相关知识。引导学生分析在恒压和恒容条件下的电容动态变化，引导学生学会灵活运用C=QU课堂总结一、电容器：1、两个相距很近的平行金属板，中间夹一层绝缘物质——电介质。2、任何两个彼此绝缘又相互靠近的导体都能构成电容器。3、电容器的充放电：充电放电实验电路极板电荷量等量异种电荷0极板间电压与电源相等0极板间电场匀强电场0能量电场能无电场能4、在It图像中，面积表示电荷量。二、电容：1、定义式：C2、单位：法拉（F），1F＝1C/V，1F＝106μF＝1012pF3、击穿电压三、影响平行板电容器电容大小的因素：1、决定式：C2、相对介电常数四、常用电容器：1、固定电容器2、可