物理必修 第三册4 电容器的电容教学设计

这是一份物理必修 第三册4 电容器的电容教学设计，共6页。教案主要包含了新课引入，新课教学，常用电容器等内容，欢迎下载使用。

〖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。
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1 C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 ，l pF = 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F
③C描述的是物体本身的特性。
三、常用电容器
〖教学反思〗
电容器其实可以看成一个匀强电场，应该要和前面的学习内容联系起来。联系的切入点就是充放电的过程中能量的转化，但是在这里切入的话，电容的定义还没有出来，所以不太好，甚至时间也不够用。到底在哪里切入，还有待研究。电容的物理意义的理解在上课前就意识到是个难点，所以采用了类比法，几次使用类比法的效果都是比较理想的。
组别
与B并联前电压表示数
与B并联后电压表示数
1
2
3