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2019-2020年人教版高中物理選修3-1 第一章 第8節(jié) 電容器的電容 教案2 【教材分析】 本節(jié)概念抽象，電容是本章重點(diǎn)概念，也是本章的難點(diǎn)；是對(duì)電場(chǎng)相關(guān)物理量如場(chǎng)強(qiáng)、電勢(shì)、電勢(shì)差的綜合應(yīng)用，也是為以后學(xué)習(xí)帶點(diǎn)粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問題打下基礎(chǔ)。 【學(xué)生分析】 對(duì)于電容器，廣泛應(yīng)用于電子電路中，學(xué)生生活中沒有接觸經(jīng)驗(yàn)，缺乏一定的了解。在學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生對(duì)抽象知識(shí)接受過程可能較慢，本科探究思維過程對(duì)學(xué)生的思維要求較高。本節(jié)課通過探究過程，使學(xué)生對(duì)電容器的基本功能、電容的概念，平行板電容器電容決定因素建立知識(shí)體系。 【教學(xué)目標(biāo)】 (一).知識(shí)與技能： 1.了解電容器的構(gòu)造、種類以及電學(xué)符號(hào)； 2.了解電容器在電路中的基本功能——充電和放電，和充放電過程中電流與時(shí)間的關(guān)系； 3.掌握電容的定義及物理意義； 4.掌握影響平行板電容器電容的因素； 5.結(jié)合勻強(qiáng)電場(chǎng)有關(guān)知識(shí)，研究平行板電容器極板間電場(chǎng)與電壓、電容、距離等關(guān)系。 (二).過程與方法： 1.培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力和抽象思維能力； 2.滲透物理的基本方法——對(duì)比法、控制變量法等。 (三).情感、態(tài)度和價(jià)值觀： 1.體驗(yàn)由具體到抽象的探究思維模式，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，滲透內(nèi)因決定事物本質(zhì)的哲學(xué)觀點(diǎn)； 2.認(rèn)識(shí)生活中的電容器，感受現(xiàn)代科技的不斷進(jìn)步對(duì)人類生活的影響。 【教學(xué)重點(diǎn)﹑難點(diǎn)】 1.電容的概念和影響平行板電容器的電容的因素是本節(jié)教學(xué)中的重點(diǎn)。 2.學(xué)生不常接觸電容器，缺少實(shí)際知識(shí)，在接受本節(jié)課講授內(nèi)容時(shí)有一定困難，探究過程中的分析方法和幫助學(xué)生在理解基礎(chǔ)上分析解決問題是教學(xué)中的難點(diǎn)。 【教學(xué)媒體和教具】 各種電容器若干(其中包括一些可拆紙質(zhì)電容器) 電容器展示板 計(jì)算機(jī) 數(shù)據(jù)采集器 電壓傳感器 電流傳感器 靜電計(jì) 帶絕緣支架的導(dǎo)體圓板（兩個(gè)） 起電機(jī) 電介質(zhì)板（泡沫塑料板） 示教用各種電容器 帶閃光燈的照相機(jī) 【教學(xué)流程】 教學(xué)內(nèi)容 教師的組織和引導(dǎo) 學(xué)生活動(dòng) 教學(xué)意圖 一．創(chuàng)設(shè)情景，引入新課 二．新課教學(xué) 1、電容器 提出問題 提問思考 建立概念，引出新的物理量——電容。 處理圖像 處理數(shù)據(jù) 2、電容 3、平行板電容器的電容決定因素 演示：照相機(jī)閃光燈 闡述：這是電容器的放電是燈泡發(fā)光。 指導(dǎo)學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)桌上的各種電容器,并拆開紙制電容器看其構(gòu)造。 簡(jiǎn)單介紹：電子電路中都包含大量電容器，其基本功能就是充電放電以及對(duì)交流直流的不同效果。 問題一：電容器的功能 動(dòng)畫演示：電容器的充放電過程 電流方向 充電： 實(shí)驗(yàn)電路圖 指導(dǎo)學(xué)生觀察屏幕上的動(dòng)畫，關(guān)注電源的正負(fù)極、電容器的上下極板的極性、電流表的指針方向。 電流方向 放電： 實(shí)驗(yàn)電路圖 指導(dǎo)學(xué)生觀察屏幕上的動(dòng)畫，關(guān)注電源的正負(fù)極、電容器的上下極板的極性、電流表的指針方向。 在我們的生活中，也有相似的功能，可以裝東西，也可以倒東西。衡量這種器件存儲(chǔ)物品功能的物理量有哪些？決定因素是什么？ 闡述：參考書本29頁圖1.8-3 杯子可以裝水，對(duì)于電容器，則是存儲(chǔ)電荷的裝置。對(duì)于杯子，我們可以用容積來反映其裝水能力，容積的大小跟杯子的截面積和深度有關(guān)系。 電容器的電容 用電容這個(gè)物理量來表示電容器存儲(chǔ)電荷本領(lǐng)。電容越大，存儲(chǔ)電荷的本領(lǐng)越大。 這個(gè)物理量該如何定義呢？ 演示實(shí)驗(yàn)： 1、計(jì)算機(jī)，數(shù)據(jù)采集器，電壓傳感器，電流傳感器，電源（8V），電容器（470μF，1100μF），電阻，開關(guān)（單刀雙擲），導(dǎo)線等。 2、電路圖 3、將電壓傳感器和電流傳感器接入數(shù)據(jù)采集器并連接到計(jì)算機(jī)，投影到大屏幕。進(jìn)入“TriE信息系統(tǒng)”，對(duì)電壓傳感器和電流傳感器校零； 4、實(shí)驗(yàn)過程： 第一步，充電（傳感器采集數(shù)據(jù)至“TriE信息系統(tǒng)”，自動(dòng)生成電流-時(shí)間圖象、以及相應(yīng)的電壓） 第二步，放電（傳感器采集數(shù)據(jù)至“TriE信息系統(tǒng)”，自動(dòng)生成電流-時(shí)間圖象、以及相應(yīng)的電壓） 5、數(shù)據(jù)處理： 對(duì)于放電過程的圖象 提出思考，電容器是存儲(chǔ)電荷量的裝置，從放電的過程，我們?nèi)绾蔚弥渌鶐У碾姾闪磕兀? 提示： 若學(xué)生仍然不能回答出思路，進(jìn)一步提示：回憶，利用勻變速直線運(yùn)動(dòng)v-t圖象研究其位移的過程及方法。 面積表示位移 勻速直線運(yùn)動(dòng) 勻速直線運(yùn)動(dòng) 圖象的面積表示 圖象面積表示位移 位移x=vt x=vot+vt2 知識(shí)遷移 面積表示電量 恒定電流的電量 變化電流的電量 可以用圖象面積 可以用圖象面積 表示 表示 提出思考這樣不規(guī)則圖象如何計(jì)算面積呢？ 提示：數(shù)格子法 改變電壓，重復(fù)實(shí)驗(yàn)三到四次。記錄數(shù)據(jù)于表格一中，并且引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)規(guī)律，或者作Q-U圖象。利用圖象發(fā)現(xiàn)關(guān)系 充電電壓 （U/V） 充入電量Q（As） Q與U的比值 1 2 3 4 闡述：表格中的充電電壓即放電過程的起始電壓，充入電量即放電過程的起始電量。通過分析，可知， Q與U的比值 對(duì)于同一個(gè)電容器而言是一個(gè)定值。 換一個(gè)電容器，實(shí)驗(yàn)一次 總結(jié)：由此可以發(fā)現(xiàn)， Q與U的比值就是我們要找尋的物理，我們定義為電容，用它來反映電容器存儲(chǔ)電荷的本領(lǐng)，就像杯子的容積一樣。而且這個(gè)量不因電壓和電量的不同而改變。 1、定義：電容器所帶的電荷量Q與電容器兩極板的電勢(shì)差U的比值，符號(hào)C 2．定義式 3．單位：法拉（F） 1μF=10-6F 1pF=10-12F 闡述：電容的單位由電量和電勢(shì)差的單位組合而成，國際單位制中基本單位的名稱是法拉。收音機(jī)里常用電容器的電容從幾皮法到幾十微法都有。電容描述電容器在容納電荷方面的特性。 4．物理意義：電容描述電容器容納電荷的本領(lǐng)，表示使電容器兩極板間的電勢(shì)差增加1伏所需要的電量。 5．電容是標(biāo)量。 6．比值法定義的物理量，等式左邊右邊無決定關(guān)系。 提出問題：電容器的電容由哪些因素決定呢？ 展示電容器 拆開一個(gè)紙質(zhì)電容器，啟發(fā)學(xué)生思考。 如何探究： 控制變量法， 簡(jiǎn)化電容器——平行板電容器，如何測(cè)電容？一定要知道電容大小嗎？ 闡述：在電荷量一定的條件下，電壓與電容成反比，可以通過測(cè)電壓間接反映電容器電容隨外界因素變化的情況 提出方案設(shè)計(jì)，如何實(shí)驗(yàn) 方案分析 這個(gè)方案可行嗎？ 電容器充滿電荷，但是電壓表會(huì)使電荷量中和，因此不可行。 介紹靜電計(jì)： 靜電計(jì)——驗(yàn)電器改裝，可以通過箔片張角，反映電勢(shì)高低，但是金屬桿和金屬外殼彼此絕緣，不會(huì)使電荷量中和或流失。 1、 保持Q和d不變，改變兩板正對(duì)面積，觀察電勢(shì)差U的變化，判斷電容C的變化； 2、 保持Q和S不變，改變兩板距離d，觀察電勢(shì)差U的變化，判斷電容C的變化 3、 保持Q、d和S不變，插入電介質(zhì)，觀察電勢(shì)差U的變化，判斷電容C的變化 歸納： 平行板電容器的電容決定表達(dá)式： ——介電常數(shù) S——正對(duì)面積 d——板間距離 k——靜電力常量 由本章知，結(jié)合勻強(qiáng)電場(chǎng)中 ，可得： 思考：對(duì)于平行板電容器，以下兩種情況中，E隨d增大而變化的情況： （1） S保持接通 （2） S接通一段時(shí)間后斷開 觀看 讀出這幾種電容器上面的參數(shù)。注意單位。 μF 觀看動(dòng)畫、獨(dú)立思考 觀看動(dòng)畫、獨(dú)立思考 討論并舉例： 裝東西的裝置，如杯子可以裝水等。衡量其存儲(chǔ)本領(lǐng)的量叫容積，由杯子個(gè)體大小及深淺，截面積等因素決定。 思考 思考討論：如何計(jì)算電荷量。并討論提出方法。 引發(fā)進(jìn)一步討論，并由學(xué)生提出解決思路和依據(jù)。 討論 討論數(shù)格子法的精妙之處，進(jìn)行計(jì)算，算出電荷量。并由表格數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)所隱藏的重要信息，發(fā)現(xiàn) Q與U的比值 對(duì)于同一個(gè)電容器而言是一個(gè)定值。 討論這么做的目的。 思考并提出 長度（即正對(duì)面積），也可能材質(zhì)，也可能厚度（即距離），以及極板材質(zhì)等 積極思考相互討論。設(shè)計(jì)電路 思考討論，分析設(shè)計(jì)方案的可行性 總結(jié)歸納： S越大，U越小，C越大 總結(jié)歸納： d越大，U越大，C越小 總結(jié)歸納： 插入電介質(zhì)后，U變小，C變大 分析電路，思考討論 （1）d增大E減小 （2）d增大E不變 激發(fā)興趣 激發(fā)學(xué)生的求知欲，為下面做鋪墊 通過動(dòng)畫模擬讓學(xué)生從感性上認(rèn)識(shí)電容器的基本功能。進(jìn)一步讓學(xué)生產(chǎn)生學(xué)習(xí)興趣 ①通過杯子和水類比，引出電容器的功能和衡量該本領(lǐng)的量 ②讓學(xué)生體會(huì)類比思想。 演示探究實(shí)驗(yàn)，第一教學(xué)重點(diǎn)內(nèi)容，通過實(shí)驗(yàn)和思維的探究，培養(yǎng)思考探究能力 體會(huì)實(shí)驗(yàn)方法，如何處理數(shù)據(jù) 培養(yǎng)學(xué)生處理數(shù)據(jù)的能力 通過類比 回顧運(yùn)動(dòng)學(xué)微元思想，以及加深對(duì)利用圖象解決問題的方法。培養(yǎng)學(xué)生知識(shí)遷移應(yīng)用的能力。 培養(yǎng)學(xué)生有效利用圖象，學(xué)會(huì)處理問題的方法，提升物理思維能力。 揭示事物規(guī)律的普遍性。培養(yǎng)科學(xué)思維習(xí)慣。 加深對(duì)比值法定義的物理量的認(rèn)識(shí)。使學(xué)生更深入的理解這種定義的特點(diǎn)。 本實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)主要是讓學(xué)生對(duì)控制變量法的廣泛應(yīng)用有更加深刻的體會(huì)。該實(shí)驗(yàn)會(huì)因天氣等因素的影響而效果不好，可以用模擬動(dòng)畫代替，讓學(xué)生有感性的認(rèn)識(shí)。 培養(yǎng)學(xué)生的分析能力 通過比較使學(xué)生認(rèn)識(shí)電壓表不是什么樣的電壓都適合去測(cè)，通過與靜電計(jì)的比較認(rèn)識(shí)這兩種測(cè)量工具的各有所長 展示控制變量法實(shí)驗(yàn)過程，體會(huì)方法。 培養(yǎng)學(xué)生總結(jié)歸納的能力。 前后知識(shí)聯(lián)系，培養(yǎng)分析問題的能力。 培養(yǎng)分析實(shí)際問題的能力 【板書設(shè)計(jì)】 1．電容器：電容器是存儲(chǔ)電荷的容器，可以充電和放電 2．電容 （1）定義：電容器所帶的電荷量Q與電容器兩極板的電勢(shì)差U的比值，符號(hào)C （2）定義式：，單位：法拉（F） （3）物理意義：電容描述電容器容納電荷的本領(lǐng)。 （4）比值法 3．平行板電容器的電容決定因素 （1）控制變量法 （2） 【布置作業(yè)】 課后習(xí)題：2﹑3。