高中物理人教版 (新课标)选修38 电容器与电容教案设计

《电容器的电容》教学设计

【教学目标】

1、知识与技能

⑴知道电容器是储存电荷和电场能的装置；

⑵了解常见电容器的外形、结构和符号；

⑶了解电容器的充、放电过程，了解击穿电压、额定电压的概念；

⑷理解电容的意义，知道其单位，并会用电容定义式进行计算；

⑸了解影响平行板电容器电容的相关因素及其电容的决定式。

2、过程与方法

⑴经历影响平行板电容器电容因素的探究过程，体会其中蕴涵的思想方法：控制变量法，提出问题，定性分析、实验探究与定量分析相结合等；

⑵通过实验与观察，了解电容器的构造和特点，通过类比法理解电容器的电容概念。

3、情感态度与价值观

⑴通过介绍电容器的缘起、发展与应用，渗透STS教育思想；

⑵渗透事物的本质是有自身的因素即内因决定，不由外因决定的观点。

【教学重点】电容的概念

【教学难点】电容的引入与理解

            研究影响平行板电容器电容大小因素的实验探究

【教学方法】问题讨论，理论探究与实验探究相结合，类比方法，动画模拟

【教学用具】电容器示教板，静电计，平行板电容器，电介质板，起电机，电池组，导线，单刀双掷开关，多媒体与课件

【教学流程】

【教学过程】

创设情景，实例引入：

图片展示——电视、电脑等线路板

        出示电容器示教板（上装各种电容器）

提出课题：电容器到底是什么样的元件？它的作用、构造、原理是什么？

本节课就要研究这些问题。

电容器产生的历史渊源：（介绍略）

（一） 电容器

     实例探究：出示一纸质电容器并将其拆开，请学生观察。

     结论：有两片锡箔（导体），中间是一层薄纸（绝缘）。

1、概念：能储存电荷的元件

2、构造：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。

问题讨论：

两平行导体板夹上一层绝缘物质（空气也算）能否构成电容器？

2、充电、放电

演示：连接如图的电路

现象观察：当接a时，G偏转

          当接b时，G反偏

分析：充电—— 充电电流；  电流的方向：流向正极  能量的转化：电能         电场能

      放电—— 放电电流；  电流的方向：流出正极  能量的转化：电场能       其他形式能量

（二） 电容

提出问题1：既然电容器是用来储存电荷的，而不同电容器容纳电荷的本领是不同的，我们应该用一个物理量表示电容器容纳电荷的能力，这应是一个怎样的物理量呢？

定性分析：对一个电容器来说，其储电能力应该是一定的，我们找到的这个物理量对这个电容器来说也应该是不变的。

问题2：对一个结构一定的电容器，给它带上一定的电荷量Q，两极间也就有了一定的电势差U，Q与U能用来表示电容器的储存能力吗？

学生：（不能，原因分析）

进一步研究：

①实验表明，Q增加为原来的几倍，U也增加为原来的几倍，而两者的比值Q/U，对同一电容器是一定的（这符合我们的要求）。

②比值大，意味着在相同的电压情况下，能带的电荷量越大，这正能说明其储电能力强。

对电容概念的总结：

1、定义：电容器所带的电荷量Q与电容器两极板间的电势差U的比值

2、定义式：，或者 （比值定义）

3、物理意义：C是表示电容器容纳电荷本领的物理量。

4、单位：在国际单位制中单位是法拉（F），1F=1C/V

       1μF=10-6F， 1рF=10-12F

常见电容器，一般是几十pF到几千μF之间

类比理解：

5、对电容的理解：

  1、用比值法定义物理量的特点

  2、与水容器对比理解

             水容器H   S    V       

             电容器U   C    Q       

【例题1】一个电容器，充电后所带电荷量为Q=4×10-6C的电荷量时，它的板间电势差U=2V，由此可知，该电容器的电容是___________F。

如果再充进4×10-6C的电荷量，其电容为___________F。

如果用导线将电容器两极相连，放电后，其电容为___________F。

  学生活动：（略）

  小结：C取决于电容器自身结构而与是否带电无关。类比：水桶的储水能力在设计好后就确定了，与是否使用无关。

 过渡：通过上面的学习我们知道电容是电容器储存电荷本领的物理量，与U和Q  都没有关系，只与电容器的本身的构造有关。那么和什么因素有关？有什么知道呢？我们下面研究平行板电容器的电容与什么因素有关

（三）研究影响平行板电容器电容大小的因素

1、提出课题：平行板电容器是最简单，也是最基本的电容器，几乎所有的电容器都是平行板电容器的变形，所以我们从研究平行板电容器入手，探究决定其电容大小的因素。

问题：决定平行板电容器电容的那些因素从哪儿去找？

2、定性分析

①电容是表征电容器容纳电荷本领的物理量，因此它只与电容器自身的内部结构有关，与其它量（Q、U）应该无关，环境因素也可不予考虑

②研究电容器内部的结构因素：

③方法分析：控制变量法

④实验装置分析：

3、实验探究

⑴改变平行板两极板的距离d

现象：d↓ 偏角↓           U↓            C↑

      d↑ 偏角↑           U↑            C↓

⑵改变平行板两极板的正对面积S

现象：S↓ 偏角↑           U↑           C↓

S↑ 偏角↓           U↓           C↑

⑶两极板间插入绝缘介质（保持Q、S、d不变）

现象：插入电介质  偏角↓　　　 U↓　　　　　C↑

4、进一步的研究（引申）

以上实验还只是定性分析，从理论角度进行定量研究，表明：

⑴当平行板电容器两极板之间是真空时，

⑵当板间充满同一种介质时，电容变大为真空时的倍，即

5、相对介电常数是一个与电介质性质有关的常数（无单位）。 读表1.8—1，空气的近似为1（一般性研究中，空气对C的影响可以忽略）（水指纯净水）

【例题2】平行板电容器的电容是比较少的，桌上的平行板电容器的电容，半径约0.1m，试求其电容C的大小。

学生活动：（2.8pF）

问题：若要得到2μF的电容，每个极板的面积要做多大？（试与窗户作个比较）

学生活动：（22.6m2，约10倍）

（四）常见的电容器介绍

1、从构造上看，可分为固定电容器和可变电容器

2、固定电容器根据材料不同，常见的有：

聚苯乙烯电容器；陶瓷电容器

电解电容器 （电容比较大，有极性），符号：

3、可变电容器

符号：

   演示：动片，定片

   问题：试分析变容原理？

（五）小结：

电容器由两片导体为极板，中间隔以电介质构成。

电容C是描述电容器容纳电荷本领的物理量。

（六）巩固练习与应用拓展

1、课堂练习：

如图所示，给电容器充电，静电计指针偏转一个角度。

以下情况中静电计的指针偏角增大还是减小？

⑴把两板间的距离减小；

⑵把两板间的正对面积减小；

⑶在两板间插入相对介电常数较大的电介质。

学生活动：（减小；增大；减小）

2、拓展应用：电容式传感器介绍

传感器是把非电物理量(如位移、速度、压力、温度、流量等)转换成易于测量、传输、处理的电学量(如电压、电流、电阻、电容等)的一种组件。非电物理量→传感器→电学。

电容式传感器是常见的一种，试分析图中的电容式传感器是测________的电容式传感器，原理是_________________.

（答案要点：测量压力F。当待测压力F作用于可动膜片电极上的时候，膜片发生形变，使极板间距离d发生变化，引起电容C发生变化.知道C的变化，就可以知道F的变化情况.）

（七）作业：

1、作业本相应的内容。

2、收集常见电容式传感器的资料，分析说明其工作原理。