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2019-2020年高中物理 電容器的電容教案 人教版第二冊 一、教學(xué)目標 1．了解電容器概念及基本作用。 2．了解電容器的結(jié)構(gòu)，了解常用電容器種類。 3．知道平行板電容器的電容跟哪些因素有關(guān)，有什么關(guān)系？ 二、教學(xué)重點、難點分析 1．重點：電容的概念，影響電容大小的因素 2．難點：電容的概念，電容器的電量與電壓的關(guān)系，電容的充、放電 3．疑點：兩極間電勢差增加1伏所需電量的多少是衡量電容器電容大小的標志。 4．解決辦法 用充了電的電容器短路放電產(chǎn)生白熾的火花使學(xué)生感受到電容器有“容納（儲存）電荷”的功能。為使學(xué)生理解充、放電的抽象過程。用自制的充放電的電路中的示教電流表顯示充、放電過程，為使學(xué)生理解電容器電量與電壓的抽象關(guān)系，不同電壓、不同電容的電容器充電再放電時的聲音與亮光形象的展示這一抽象關(guān)系。運用演示實驗講授這一課，可取得較好的教學(xué)效果；若只停留在理論上和抽象的論證，學(xué)生是難以理解和接受的。 三、教學(xué)方法：類比法、講授法，實驗演示法，計算機輔助教學(xué) 四、教 具： 1．“25V 4700μF”電容1只，“25V 1000μF”電容1只，電路示教板，J0401型演示用電表，電池1.5V 3只，不同類型的電容器若干只。 2．計算機，大屏幕，投影儀，自制CAI課件 五、教學(xué)步驟 （一）明確目標 本課教學(xué)使學(xué)生對電容器結(jié)構(gòu)有所了解，了解電容器的作用是儲存電荷，通過類比的方法理解電容的含義。 （二）整體感知 “電容器、電容”這一節(jié)內(nèi)容，是后面學(xué)習(xí)LC振蕩電路的必備知識，是進一步學(xué)習(xí)交流電路和電子線路的基礎(chǔ)，關(guān)于電容器的知識，大多數(shù)學(xué)生都很陌生，而電容器的充電、放電和電容概念，既重要又非常抽象，是高中物理教學(xué)難點之一。運用演示實驗講授這一課，使“電容”這一抽象概念變得直觀、具體，學(xué)生易于理解和接受，學(xué)生的觀察能力和抽象思維能力也得到了培養(yǎng)和提高。 （三）復(fù)習(xí)、演示，引入新課 兩塊相互靠近，平行放置的金屬板，如果分別帶上等量異種電荷，它們之間有沒有電場？（同時板畫） 兩金屬板間有沒有電勢差？ 教師歸納小結(jié) 由此可見，相互靠近的兩金屬板構(gòu)成的裝置具有儲存電荷的作用，或者說它可以容納電荷，而兩板所帶正、負電荷越多，板間電場就越強，兩板間的電勢差就越大（稍作解釋）。 那么有什么方法可以使兩金屬板帶上正、負電荷呢？ 將兩金屬極分別按到電源的正、負兩板上（同時畫出電路） 將“25V，4700μF”電容器（出示實物）充以16V電壓，然后短路放電產(chǎn)生白熾的火花，并發(fā)出較大的聲響。（激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)本節(jié)興趣）然后教師明確告訴學(xué)生“電容器可以容納電荷”。 如何解釋這一現(xiàn)象呢？（學(xué)生疑惑）現(xiàn)在我們來學(xué)習(xí)有關(guān)電容器的知識。（板書課題） （四）新課教學(xué) 1．電容器 （出示收音機電路板，讓學(xué)生認識電容器。） 電容器是電氣設(shè)備中的一種重要元件，在電子技術(shù)、電工技術(shù)中有很重要的應(yīng)用。收音機、電視機、充電器、電風(fēng)扇、日光燈等電器中有廣泛的應(yīng)用。（引起學(xué)生對電容器學(xué)習(xí)的重視） （1）電容器的構(gòu)成 在兩個相互靠近的導(dǎo)體中間夾上一層絕緣物質(zhì)（也叫電介質(zhì)）就是一個電容器。這兩個導(dǎo)體叫做電容器的兩個極。 教師出示平行板電容器、紙介電容器（展開），介紹它們的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并指出平行板電容器是最簡單的電容器，再介紹一般電容器的符號 （2）電容器的充電、放電 使電容器帶電叫做充電，把電容器的一個極板接電池組的正極，另一個極板接電池組的負極，兩個極板分別帶上了等量的異種電荷，電容器的一個極板上所帶電量的絕對值叫做電容器所帶的電量，充了電的電容器的兩極板之間有電場。兩板之間有電勢差（電壓） 使充電后的電容器失去電荷叫做放電，用一根導(dǎo)線把電容器的兩極接通，兩極上的電荷互相中和，電容器就不帶電了，放了電后兩極之間不再存在電場，也沒有電勢差。 用發(fā)電機使萊頓瓶充電，然后用放電叉使萊頓瓶放電，可產(chǎn)生強烈的電火花，并告訴學(xué)生萊頓瓶就是電容器，它是最早在荷蘭的萊頓城制成的。 用4.5V電池組給200μF的電解電容器充電（如下圖），電路中G為J0401型演示電表的G檔，并聯(lián)電阻R1=300Ω，對電表起阻尼作用，避免電表表針的固有振動造成假象，串聯(lián)電阻R2=5kΩ做限流保護作用，當單刀雙擲開關(guān)K與a點接通的瞬間，G指針偏轉(zhuǎn)，讓學(xué)生注意觀察充電過程中電流表指針的偏轉(zhuǎn)情況，說明充電過程中有瞬時的充電電流通過，顯示出充電電流的方向，并看到充電電流逐漸減少至零，充電完畢電容器兩極間電勢差等于電流兩極間的電壓。然后將K接b，又可看到放電電流方向和充電電流相反并且電流也逐漸減少到零。（以上裝置可安裝在自制示教電路板上） 演示完畢后，教師要講解充、放電過程電荷移動，電場、電勢差的變化。（如下圖） 2．電容 電容器充電后的帶電量跟兩極板間電勢差有什么關(guān)系？（學(xué)生疑惑，思考片刻）我們用實驗來分析。 分別用8V、12V、16V電源給“25V 4700μF”電容器充電，再放電，觀察放電的火花與聲響（增加學(xué)生感性認識）。 結(jié)果 “25V 4700μF”充8V，放電產(chǎn)生桔紅色火星，幾乎無聲音。 充12V，放電產(chǎn)生白色熾光，有聲音。 充16V，放電產(chǎn)生更強的白熾火花，很大聲音。 由此可知，電容器充電后的帶電量Q，是跟它的兩極間的電勢差（電壓）有關(guān)的。兩極間電勢差隨所帶電量的增加而增加。 用不同電容器重做上述實驗，又如何？ 用16V電源分別給“25V 4700μF”和“25V 1000μF”的電容器充電，再放電。 結(jié)果 “25V 4700μF”放電產(chǎn)生白熾的火花放電 “25V 1000μF”放電產(chǎn)生桔紅色的火星放電 由此可知，不同的電容器，電勢差增加1V所需要增加的電量是不同的。 師生總結(jié)實驗結(jié)果 同一電容器，兩極間電勢差隨所帶電量的增加而增加，對不同的電容器，電勢差增加1V所需要增加的電量是不同的。 為了表示這種特征，我們把使電容器的兩極間的電勢差增加1V所需的電量，叫做電容器的電容。 兩極板間的電勢差增加1伏所需的電量多，電容器的電容大。所需電量少，電容器的電容小。因此，電容是表征電容器容納電荷的本領(lǐng)大小的物理量。 這種情形相當于直筒容器容納水的情形，以下兩個不同的容器，要使水面升高1cm所需的水量不同，乙容器比甲容器所需要的水量多，說明了乙容器容納水的本領(lǐng)比甲容器大。（類比法） 電容的符號是C，國際單位制里電容的單位是法拉，簡稱法，符號是F 教師說明法的含義，再介紹較小的單位微法、皮法。 1μF=10-6F　　　 1pF=10-6μF=10-12F 電容是表征電容器容納電荷特性的物理量，它的大小是由電容器的本身結(jié)構(gòu)決定的（如裝水容器的裝水本領(lǐng)由容器本身結(jié)構(gòu)決定一樣）電容器的電容跟兩極板的正對面積、兩極板的距離以及兩極板間的電介質(zhì)都有關(guān)系，增大兩極板正對的面積，電容就增大。減少極板間距離，電容也增大。 知道了影響電容大小的因素，就可制成各種不同的電容器。 3．平行板電容器電容 電容器中具有代表性的一種。 （1）構(gòu)成：兩塊平行相互絕緣金屬板。 構(gòu)成里可強調(diào)一下：①兩極間距d；②兩極正對面積S。 描述一對平行板的幾何特性。 注意說明，兩板所帶電量應(yīng)是等量異號的（前面實驗已證明）。 （2）量度：，Q是某一極板所帶電量的絕對值。 （3）影響平行板電容器電容的因素： 實驗 先說明靜電計的作用：指針偏角越大，指針與殼間電勢差越大。 充電完畢后，斷開極板A、B與起電機連線，Q不變，改變A、B極板間距離，可見板間距增大時，靜電計指針偏角變大，板間距減小時，靜電計指針偏角減小。 分析：d增大，C＝，Q不變，U增大，C減小。 　　　 d增大，C＝，U減小，C增大。 　　 ?、倮碚摵蛯嶒灳_證明：C∝ 實驗 改變AB兩板正對面積S，可觀察到S增大時，指針偏角變??； S減小時，指針偏角變大。 分析：Q不變，U減小，C＝，C增大，S增大。 Q不變，U增大，C＝，C減小，S減小。 ②理論和實驗可精確證明：C∝S 實驗 固定A、B位置不變，把電介質(zhì)板插入，可觀察到電介質(zhì)板進入過程中，靜電計指針偏角變小。 分析：Q不變，U變小，C＝，C變大。 電介質(zhì)一般指絕緣物質(zhì)，無自由電荷，電荷可在平衡位置附近做微小振動。當絕緣物質(zhì)處于外加電場中時，這些電荷受力，其分布將發(fā)生一定的變化，在靠近正極板表面上出現(xiàn)負電荷，在靠近負極板表面上出現(xiàn)正電荷。這些電荷不是自由電荷，而是被束縛在電介質(zhì)上，不能自由移動。這些束縛電荷使板間電場削弱，兩板間電勢差U降低，從而使靜電計指針偏角減小。 ③兩極板間插入電介質(zhì)時比不插入電介質(zhì)時電容大。 給出平行權(quán)電容公式：C＝，ε為介電常數(shù)，k為靜電力恒量。 這里也可以用能的觀點加以分析：電介質(zhì)板插入過程中，由于束縛電荷與極板上電荷相互吸引力做功，電勢能減少，故電勢差降低。 （4）平行板電容器內(nèi)電場： 實驗 （建議）在一塊金屬板上固定一些細尼龍絲，把兩金屬板平行正對放置，并用起電機使兩板帶電，可見尼龍絲幾乎垂直于板且相互平行地立起來。從細尼龍絲的分布情況，可看出板間電場的特點。 ①板間電場可看作勻強電場：E=U／d U為兩板間電勢差，d為兩板間距。 ②場源關(guān)系 E＝ 而C＝　故E＝ Q不變，板間電場強度E與板間距無關(guān)。 U不變，電容器始終與電源兩極相連，E與d成反比，Q=CU，Q與d也成反比。 4．常用電容器 固定電容器（紙介質(zhì)、電解、陶瓷、云母電容器） 可變電容器 出示各種電容器，講解電解電容器的極性，可變電容器的定片、動片及改變電容大小的原理，介紹常用電容器的符號。 （五）總結(jié)、擴展（結(jié)合課件） 1．電容器的結(jié)構(gòu)。 2．電容器的充、放電。 3．電容的概念及單位，影響電容大小的因素。 4．常用電容器。 （六）例題精講 【例】 如圖所示，平行板電容器與電池相連，當二極板間距離減小后，則二板間的電壓U和電場強度E，電容器電容C及電量Q與原來相比 [ ] A．U不變，E不變，C不變，Q不變 B．U不變，E變小，C變小，Q變小 C．U不變，E變大，C變大，Q變大 D．U不變，E不變，C變大，Q變小 解 因為平行板電容器始終與電源相聯(lián)，所以兩板間電壓不變。根據(jù)平行板電容器的決定式C＝，d減小時，C增大，又因為平行板間為勻強電場，E＝，U不變，d減小，E必增大，根據(jù)兩板所帶電量Q＝CU，U不變，C增大，所以所帶電量增大。故正確選項為C。 如果將此題換一下，換成給電容器充電后，使其與電源分開，再將兩板間距離減小，則電量不變。因為距離減小，根據(jù)C＝，兩板間電壓增大。E＝，與d無關(guān)，E保持不變。 （六）鞏固練習(xí) 1．某電容器一個極板上帶電量1.010-5C，兩板電壓增加1V，則此電容器電容為______F，相當于_______μF，若將其充電量加倍，則電容為______μF．兩極電壓為______V 2．下面關(guān)于電容器和電容的說法，正確的是 A．電容器的電容越大，表明它帶電越多。 B．電容器的電容越大，表明它兩極電壓是1V時帶電越多，因此貯存電荷的本領(lǐng)越大。 C．對某電容器來說，充電電壓越高（只要不超過允許電壓），則電容器帶的電就越多。 3．可變電容器是利用______改變來改變電容大小的。 （七）布置作業(yè)： 將課本練習(xí)七（P137）（1）－（4）做在練習(xí)本上，其中第（4）題要求寫出推斷過程。 附：板書設(shè)計