視頻標簽：電容器的電容

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視頻課題：人教版高中物理選修3-1第一章第8節電容器的電容-天津優課

教學設計、課堂實錄及教案：人教版高中物理選修3-1第一章第8節電容器的電容-天津優課

教學目標
        先引導學生認識電荷、電荷之間相互作用的規律，再認識描述場的性質的相關物理量，在此基礎上，通過核心內容的拓展和應用，提高學生綜合運用物理知識的能力。
        通過本章較抽象的電學知識的學習，用緊密聯系的方法既對學生學習理解新的知識有幫助，也有利于學生用相互聯系、相互影響的觀點去看待事物，同時加深對世界的物質性和物質運動過的多樣性的認識。
2學情分析
      在學完靜電場力的性質和能的性質之后，學生對靜電場的基本性質有了一定程度地掌握，在教師引導下能用靜電場的兩大性質分析簡單問題，但是學生對兩大基本性質的深入理解還不完全到位，仍會感到抽象，據以往的教學經驗，學生對電容器充、放電過程的形成分析含糊不清，對電容概念的理解不夠深入，這是學生學習本節的兩個難點部分。
3重點難點
        靜電場一章是高中階段電學內容的開始，既是電磁學的基礎，又是光學等其他物理知識的重要基礎。本章的核心內容是電場的概念及描述電場特性的物理量。力、功和能量仍然是電磁學的主要概念，電學中的概念如場強、電勢、電勢能等較為抽象，結合力學、能量的應用更是本章重難點所在，所以應用類比、實驗、課件、模型等形象化的教學手段，加深學生對抽象概念和規律的理解。
4教學過程
4.1第八學時
4.1.1教學目標
1、知識目標
    ①認識電容器外觀、構造，知道常見電容器類型和主要應用
 　②理解電容器的電容概念及其定義，并知道公式及其含義，能用來進行有關的計算。
 　③知道平行板電容器的電容與哪些因素有關及決定式
2、能力目標
      ①學會用已有物理知識解釋相關現象和規律
      ②知道并學會利用比值法定義物理量的研究過程和方法
③學會在實驗中用控制變量法的實驗方法，提高學生綜合運用 知識的能力。
3．情感目標
①結合實際，激發學生學習物理的興趣。
      ②應用數字實驗，給學生更直觀的數據，提高對物理概念的認可度
      ③引導學生學會科學的實驗研究態度
      ④引領學生形成理論聯系實際的觀點
4.1.2教學重點
        電容的定義和引入部分主要從理論類比和實驗驗證的角度加深學生對電容器容納本領的理解，使學生對電容的定義有較深刻的認識
         平行板電容器影響因素主要采用視頻實驗引導學生一起探究，實際演示實驗成功率較低，可視性不強，用視頻實驗現象清晰明了更容易得出結論
4.1.3學時難點
        電容器的充放電過程分析是學生的分析的難點，所以通過演示實驗現象，提出實驗情境問題鏈，讓學生討論分析，突破充放電過程電流形成分析的思維難點
        電容的定義也是學生理解的難點，教學中把對水容器容納水的本領的研究類比遷移到較抽象的電容器容納電的本領引出電容定義，又結和實驗的真實數據讓學生更確定電容定義的涵義
4.1.4教學活動
活動1【活動】電容器的電容
1、情境引入：
用照相機攝影光線不足，會用到閃光燈（教師演示）。你知道閃光燈的強光釋放的能量是從哪里來嗎？我拿的相機的鋰電池只有7.2伏，不可能提供那么大的能量。
想不想知道閃光燈的內部結構？（展示圖片）里面圓柱形黑色的元件就是電容器。這種元件在生產和生活的各個方面都有應用，大家所看到的用紅線圈起來的部分都稱之為電容器。
這節課我們就一起來認識一下電容器，以及研究一下它的基本性質電容。（板書標題：電容器的電容）
2、新課講授：
    我們首先以紙質電容器為例來觀察一下它的內部結構。播放紙質電容器內部結構視頻，引導學生觀察說出紙質電容器內部結構。紙質電容器拆開后，實際就是兩張錫箔紙中間夾了一張絕緣的薄紙。其他電容器結構與之相似。（展示各種不同的電容器圖片、電容器示教板）
·         、電容器
  請學生總結電容器的基本結構：
電容器的構造：兩個彼此絕緣而又相互靠近的導體，都可以看成是電容器．
共同總結歸納：
兩個導體——極板
中間的絕緣物質——電解質
導線——接線
給出電容器在電路中的符號：
   最簡單的電容器就是兩塊金屬板中間用空氣隔開——平行板電容器
學生體會思考：1.兩個平行金屬板夾上一層絕緣物質能否構成一個電容器?——能
（展示自制電容器：最簡單的電容器“平行板電容器”中間放了一個薄塑料，兩面貼了錫紙）
2.相鄰的站在絕緣體上的兩個同學能否構成電容器？——能
電容器在電路中到底有什么用途呢？
電容器，顧名思義是容納電荷的容器。電容器兩極板容納電荷并在需要時快速釋放出來，這是電容器最基本的工作原理，也是剛才閃光燈發出強光的原因
如何讓電容器帶上電荷并釋放電荷呢？
我們可以用實驗來演示一下電容器的充放電過程（電路如右圖）
    提出觀察問題請學生討論作答：
1.     靈敏電流計的指針變化，分析電流形成原因？
開關打到1和2電流指針都是瞬間增大又回到零點，但方向相反
打到1時電源正極電勢高，正電荷由高電勢在電場力作用下到電勢較低的上極板，負電荷由電勢較低的電源負極運動到電容器上極板
教師解釋：由于電容器中間是絕緣的電介質絕緣的電解質，正負電荷不能中和，這樣就把電荷儲存起來
特別指出：充放電過程中兩極板帶等量異種電荷，我們所說電容器容納的電荷量指一個極板帶電量的絕對值（比如：....   ）
打到2時，由于兩板間存在電勢差，正負電荷中和掉了，也即放電過程
2.     指針為何很快回到零點？
充電時當上下極板與電源正負極不存在電勢差時充電完成，放電時上下極板正負電荷完全中和掉，也即上下極板不存在電勢差，放電完成，充放電時間極短
充放電過程流經靈敏電流計的方向不同，指針反向
3.充電、放電的過程電路中的能量如何轉化？
充電時電勢能轉化為電場能 放電時電場能轉化為熱
（點擊動畫顯示內部動態變化）
繼續實驗：增大電源電壓 ，發現電流表指針最大值增大，用指針的最大值定性代表電荷量的最大值，充電過程可以得出電源電壓越大，極板間電勢差越大，電荷量越多。
教師提出問題：形形色色的電容器都可以容納電荷，那他們容納電荷的本領是否相同呢？
電容器的這些特點與我們熟悉的水容器很相似，水容器有類似電容器的特征，注水量越多，水面高度越高，能不能先從熟悉的水容器的容納本領切入呢？
試想：對于幾個無限高的水容器而言，如何去比較容納水的本領呢？
直觀回答三種水容器那個容納水的本領最強
C容器
用哪個物理量衡量呢？
底面積S（升高相同的水面高度，容水體積大）



 
引導學生類比遷移：
各物理量量對比如下：
水容器裝水的本領-----------電容器容納電荷的本領
水容器裝水的多少V---------電容器電荷量的多少Q
水的高度差h------------------電勢差U
-------------------------------------
截面積S------------描述電容器容電本領的物理量——電容
類比水容器截面積可以代表容水本領的強弱得出：用電荷量與電勢差的比值來描述電容器容納電荷本領的強弱。
對于固定的電容器容納電荷的本領應是一定值，下面我們從實驗的角度來尋找一下答案。
把剛才演示實驗中的靈敏電流計換成電流傳感器（如右圖）
電流傳感器可把電容器放電過程中電流隨時間的圖像直接同步輸出數據并擬合成圖像。
下面我們在四中電壓下看不同電壓下的放電情況，并且從中能不能計算出放電的電荷量？
學生結合以前學過的v-t圖像中面積表位移，教師引導得出I-t圖像中積分思想可求出電荷量，結合數字實驗系統演示，要求學生結合教師演示記錄實驗數據并計算填入下表
 

物理量	第一次實驗	第二次實驗	第三次實驗	第四次實驗
u/v	4	8	12	16
Q/c
/(c/v)

從以上數據分析：對于固定電容器而言，電荷量與極板間電勢差之比為一定值。
小結：從理論類比和實驗的角度均可得出，可以用Q/u這個比值來描述電容器容納電荷的本領大小
（二）、電容
１、定義
電容器所帶的電荷量Q與電容器兩極板間電勢差U的比值，叫做電容器的電容。用C表示電容。
２、單位：法拉（F）
1F=1×106μF=1×1012pF
３、物理意義：表示電容器容納電荷本領的物理量。
  ４、量性：標量
提出問題：
　　是不是電荷量越大的，容納本領就越強呢？
容納本領是電容器的性能物理量，不裝電荷就沒有容那本領了嗎？
和前面所有比值定義的物理量一樣，電容的大小數值上等于升高單位電勢差多容納的電荷量，電容的表達式只是可以計算出其大小，不能決定其大小，且與Q和U無正反比關系
（教師展示）有些電容器的電容是可以變的，如可變電容器
結合剛才展示提出問題：平行板電容器的電容跟哪些因素有關呢？
（三）、平行板電容器的電容
學生猜想與假設：
      平行板電容器的電容C可能跟極板               、
             、             有關。
當研究一個量和幾個量的關系時我們常用——控制變量法
教師介紹實驗原理、靜電計和測量方法
視頻演示實驗：
介介紹靜電計的構成
（1）、d 、ε不變，改變正對面積
學生觀察得出：d減小，θ減小，則Ｕ減小，Ｃ↑
（2）、s、ε不變，改變板間距離
學生觀察得出：s減小，θ增大，則Ｕ增大，Ｃ減小
（3）、d、s不變，改變插入電介質
學生觀察得出：加入電介質， θ減小，則Ｕ減小，Ｃ↑
學生紀錄指針變化情況，得出電器的電容與d、s和電介質有定量關聯
教師闡述，更精確實驗研究表明：
 
這是電容器的決定式，式中S表示兩板的正對面積,d表示兩板間的距離.ε是電介質的相對介電常數，與電介質的性質有關。
介紹常見電介質介電常數

下面我們一起了解一下常見的電容器和相關物理量
（四）、常用的電容器
教師提出問題，引導學生自主閱讀
閱讀課本內容回答以下問題：
1．常見的電容器的種類？
2．可變電容器的工作原理？
3．什么是“額定電壓”、“擊穿電壓”
學生回答以上問題
教師展示剛才用作實驗的電解電容器銘牌上的
（五）、練習鞏固
 1、某電容C=20PF，那么用國際單位表示，它的電容為_________F．
2、兩個電容器電量之比為2：1，電壓之比為1：2，  則它們的電容之比為_________ 。
3、對于一個確定的電容器的電容正確的理解是：（   ）
      A．電容與帶電量成比。                  
      B ．電容與電勢差成反比。
      C．電容器帶電量越大時，電容越大。
      D．對確定的電容器，每板帶電量增加，兩板間
         電勢差必增加
4、關于電容器的電容，下列說法正確的是：（     ）
      A.電容器所帶的電荷越多，電容就越大
      B.電容器兩極板間電壓越高，電容就越大
      C.電容器所帶電荷增加一倍，則兩極間的電壓
        也一定增加一倍
      D.電容表征電容器容納電荷的本領的物理量
5、有一正充電的平行板電容器，若使它的電荷量減少
   3×10-4C，其電壓降為原來的三分之一，則:（    ）
　A、電容器原來的帶電量可能是9×10-4C
　B、電容器原來的帶電量為4.5×10-4C
　C、電容器原來的電壓可能為1V
　D、電容器原來的電壓可能為1×10-4V
（六）、小結
教師給出框架，學生自己討論總結
（七）、作業
1、嘗試自制電容器
2、課后作業1-4
八、教學反思
1、雖然從理論類比和實驗兩個角度加深了學生對電容概念的理解，但有些學生仍然會把最大電荷量大小作為容納電荷的本領的量度，這個問題只能在以后不斷的應用中逐漸提升認識。
2、傳感器實驗雖然功能強大，集數據采集和分析為一體，但沒有傳統實驗好解釋，學生雖覺新奇但感到抽象，應在實驗課中多普及，縮短數字化實驗與學生間的距離
3、電容其的充放電過程分析仍然是部分同學的疑惑點，在練習時加強訓練和落實
4、電容的定義式和決定式的練習不到位，在習題課中應加強比對、區分及綜合應用。
 
 

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