高中物理人教版 (2019)必修 第三册4 电容器的电容教学设计

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一、学习目标展示

1.知道电容器和平行板电容器的概念，通过实验感知电容器的充、放电现象。

2.理解电容的定义、公式、单位，并会应用定义式进行简单的计算。

3.了解影响平行板电容器大小的因素及平行板电容器电容公式。

4.认识常用的电容器。

二、情景引入

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？

了解本节课学习目标

学生观察图片思考

有目的的学习

为引入电电荷的概念做铺垫

讲授新课

【自学感知】    

一、电容器

1．电容器：任何两个彼此绝缘又相距很近的导体。

2．平行板电容器：在两个相距很近的平行金属板中间夹上一层电介质。

3．电容器充、放电过程中能的转化

电容器充电过程中，两极板的电荷量增加，板间的电场强度增大，电源的能量不断储存在电容器中；放电过程中，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。

二、电容

1．定义

电容器所带电荷量Q与两极板间电势差U的比值叫电容。

2．定义式C＝Q/U；C与Q、U无关，仅由电容器本身决定。

3．物理意义

是描述电容器容纳电荷本领大小的物理量，数值上等于使电容器两极板间的电势差增加1V所增加的带电量．

4．单位

在国际单位制中的单位是法拉。

符号： F,1 F＝1C/V。更小的单位还有微法和皮法。

换算关系：1 μF＝10-6F;     1 pF＝10-12 F。

5．击穿电压和额定电压

(1)击穿电压：电容器电介质不被击穿的极限电压。

(2)额定电压：电容器外壳上标的工作电压。

6、平行板电容器的电容

（1）．电容的决定因素

减小平行板电容器两极板的正对面积、增大两极板之间的距离都能减小平行板电容器的电容；而插入电介质，却能增大平行板电容器的电容。反之亦然。

（2）．电容的决定式C＝εrS/4πkd。极板间是真空时:C=S/4πkd

①k为静电力常量。

②εr是一个常数，与电介质的性质有关，称为电介质的相对介电常数。

三、常用电容器

1．固定电容器

(1)定义：电容固定不变的电容器

(2)分类：聚苯乙烯电容器和电解电容器。

2．可变电容器：由两组铝片组成，固定的一组铝片叫作定片，可以转动的一组铝片叫作动片。转动动片，使两组铝片的正对面积发生变化，电容就随着改变。

【探究解惑 】  

探究一：实验　观察电容器的充、放电现象

把直流电源、电阻、电容器、电流表、电压表以及单刀双掷开关组装成实验电路。

(1)把开关S接1,此时电源给电容器充电。在充电过程中,电压表和电流表的示数如何变化?说明了什么问题?

电压表示数迅速增大,随后逐渐稳定在某一数值,电流表示数逐渐减小至0,说明电容器两极板具有一定的电势差。充电完毕时电容器两极板带有一定的等量异种电荷,即使断开电源,两极板上的电荷仍然被保存在电容器中。

动画演示

(2)把开关S接2,电容器对电阻R放电。在放电过程中,电压表和电流表示数如何变化?说明了什么问题?

电压表示数和电流表示数都逐渐减小,说明放电电流由电容器的正极板经过电阻R流向电容器的负极板,正负电荷中和。此时两极板所带的电荷量减小,电势差减小,放电电流也减小,最后两极板电势差以及放电电流都等于0。

【例1】　如图所示，闭合开关，电源对电容器充电。充电结束后，断开开关，用绝缘手柄增大电容器两极板之间的距离，则下列说法正确的是(　　)

A．充电过程中，有从A到B的电流通过电阻

B．充电过程中，有从B到A的电流通过电阻

C．断开开关后，电容器上极板带负电

D．断开开关后，电容器放电，极板上不再带电

B　电源对电容器充电时，电路中有逆时针方向的电流，即有从B到A的电流通过电阻，使上、下极板分别带等量的正、负电荷。断开开关，电容器与电源断开，回路处在开路状态，所以电容器带电荷量不变，故电容器上极板仍带正电，因此B项正确。

探究二、试比较公式C=Q/U与C＝εrS/4πkd的区别

例2、 (多选)下列关于电容的说法正确的是 (　　)

A.电容是反映电容器容纳电荷本领的物理量

B.电容器A的电容比B的大,说明A的带电荷量比B多

C.电容在数值上等于使两极板间的电势差为1 V时电容器需要带的电荷量

D.由公式C= 知,若电容器两极板间电压为10 V,极板带电荷量为2×10-5 C,则电容器电容大小为5×105 F

解析:电容反映电容器容纳电荷本领的大小,A对;电容器A的电容比B的大,只能说明电容器A容纳电荷的本领比B强,与带电荷量多少无关,B错;根据电容的定义式可知C对;电压为10 V,电荷量为2×10-5 C时,电容C= =2×10-6 F,D错

探究三、平行板电容器的电容有哪些因素决定？

利用平行板电容器进行如下实验:

(1)如图所示,保持Q和d不变,增大(或减小)两极板的正对面积S,观察电势差U(静电计指针偏角)的变化,依据C=Q/U ,分析电容C的变化。

(2)如图所示,保持Q和S不变,增大(或减小)两极板间的距离d,观察电势差U(静电计指针偏角)的变化,依据C=Q/U ,分析电容C的变化。

(3)如图所示,保持Q、S、d不变,插入电介质,观察电势差U(静电计指针偏角)的变化,依据C=    ,分析电容C的变化。

结论:

(1)实验结论:S增大,电势差U减小,电容C增大。

(2)实验结论:d增大,电势差U增大,电容C减小。

(3)实验结论:插入电介质,电势差U减小,电容C增大。

例3．(多选)有一个空气平行板电容器，极板间相距d，正对面积为S，充以电荷量Q后，两极板间电压为U，为使电容器的电容加倍，可采用的办法是(　　)

A．将电压变为U/2

B．将带电荷量变为2Q

C．将极板间的距离变为d/2

D．两板间充满介电常数为2的电介质

CD　电容器的电容与电容器极板上的电荷量、电压无关，所以选项A、B不正确；根据公式C＝εrS/4πkd，可以知道选项C、D正确

探究四、电容器的动态分析：

(1)两类情况:

①平行板电容器两极板始终与电源两极相连(此时电压U保持不变);

②电容器充电后与电源断开(此时电荷量Q保持不变)。

(2)分析思路:

分析方法:抓住不变量,分析变化量。

规律方法： 电容器动态分析的理论依据

 （1）电容器电容的定义式C=Q/U

 （2）平行板电容器内部是匀强电场E=U/d

 （3）平行板电容器电容的决定式C= εrS/4πkd

例4．如图所示，A、B为两块竖直放置的平行金属板，G是静电计，开关S闭合后，静电计指针张开一定角度。下述做法可使静电计指针张角增大的是  (　　)

A．使A板向左平移以增大板间距离

B．在A、B两板之间插入一块陶瓷板

C．断开S后，使B板向左平移以减小板间距离

D．断开S后，使B板向上平移以减小极板正对面积

D　开关S闭合，电容器两端的电势差不变，则指针的张角不变，故A、B错误；断开S，电容器所带的电荷量不变，当B板向左平移减小板间距，根据平行板电容器的表达式可知电容增大，根据U＝Q/U知，电势差减小，则指针张角减小，故C错误；断开S，电容器所带的电量不变，使B板向上平移减小正对面积，电容减小，根据U＝Q/U知，电势差增大，则指针张角增大，故D正确。

学生阅读课文，认真研究，然后填空，对填不出的空重新看书理解并与同桌讨论。

学生理解后记忆

学生思考讨论

并回答

学生独立完成解题过程

在教师的引导下学生分析。

学生思考讨论并在教师的引导下回答

学生练习

把读书自学的机会还给学生。

锻炼学生的逻辑思维能力

帮助学生透彻理解公式的实质。

让学生理解实际情形下所学知识是如何应用的。

锻炼学生的分析能力，

教师引导下的讨论，注重学生的讨论过程，淡化探究的结果，给学生成功的喜悦。

强化所学知识

课堂小结

梳理自己本节所学知识。

根据学生表述，查漏补缺，

板书

一、电容器

1．电容器：任何两个彼此绝缘又相距很近的导体。

2．平行板电容器：在两个相距很近的平行金属板中间夹上一层电介质。

3．电容器充、放电过程中能的转化

二、电容

1．定义：电容器所带电荷量Q与两极板间电势差U的比值叫电容。

2．定义式：C＝Q/U；

3．物理意义：是描述电容器容纳电荷本领大小的物理量，

4．单位：法拉

5．击穿电压和额定电压：极限电压   工作电压

6、平行板电容器的电容：电容的决定式C＝εrS/4πkd。极板间是真空时:C=S/4πkd

三、常用电容器：1．固定电容器      2．可变电容器：

教学反思