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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(biāo) 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(diǎn)、難點(diǎn)分析 1．重點(diǎn)：電容的概念，影響電容大小的因素 2．難點(diǎn)：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(diǎn)：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(biāo)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(shí)的聲音與亮光形象的展示這一抽象關(guān)系。運(yùn)用演示實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)演示法，計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)，大屏幕，投影儀，自制CAI課件 五、教學(xué)步驟 （一）明確目標(biāo) 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(jìn)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(diǎn)之一。運(yùn)用演示實(shí)驗(yàn)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(shí)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(fù)電荷越多，板間電場就越強(qiáng)，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(fù)電荷呢？ 將兩金屬極分別按到電源的正、負(fù)兩板上（同時(shí)畫出電路） 將“25V，4700μF”電容器（出示實(shí)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(jī)電路板，讓學(xué)生認(rèn)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(jī)、電視機(jī)、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(gè)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(gè)電容器。這兩個(gè)導(dǎo)體叫做電容器的兩個(gè)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(gè)極板接電池組的正極，另一個(gè)極板接電池組的負(fù)極，兩個(gè)極板分別帶上了等量的異種電荷，電容器的一個(gè)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(jī)使萊頓瓶充電，然后用放電叉使萊頓瓶放電，可產(chǎn)生強(qiáng)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(hù)作用，當(dāng)單刀雙擲開關(guān)K與a點(diǎn)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(shí)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(shí)驗(yàn)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(rèn)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(qiáng)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(shí)驗(yàn)，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(shí)驗(yàn)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(dāng)于直筒容器容納水的情形，以下兩個(gè)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(qiáng)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn) 先說明靜電計(jì)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(jī)連線，Q不變，改變A、B極板間距離，可見板間距增大時(shí)，靜電計(jì)指針偏角變大，板間距減小時(shí)，靜電計(jì)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?shí)驗(yàn)精確證明：C∝ 實(shí)驗(yàn) 改變AB兩板正對面積S，可觀察到S增大時(shí)，指針偏角變?。?S減小時(shí)，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(shí)驗(yàn)可精確證明：C∝S 實(shí)驗(yàn) 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(jìn)入過程中，靜電計(jì)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(dāng)絕緣物質(zhì)處于外加電場中時(shí)，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(fù)電荷，在靠近負(fù)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(jì)指針偏角減小。 ③兩極板間插入電介質(zhì)時(shí)比不插入電介質(zhì)時(shí)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(diǎn)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(shí)驗(yàn) （建議）在一塊金屬板上固定一些細(xì)尼龍絲，把兩金屬板平行正對放置，并用起電機(jī)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(xì)尼龍絲的分布情況，可看出板間電場的特點(diǎn)。 ①板間電場可看作勻強(qiáng)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(qiáng)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(kuò)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(dāng)二極板間距離減小后，則二板間的電壓U和電場強(qiáng)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?yàn)槠叫邪咫娙萜魇冀K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(shí)，C增大，又因?yàn)槠叫邪彘g為勻強(qiáng)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(xiàng)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?yàn)榫嚯x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(gè)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(dāng)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(shí)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(jì)