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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，電容是本章重點概念，也是本章的難點；是對電場相關(guān)物理量如場強、電勢、電勢差的綜合應(yīng)用，也是為以后學(xué)習(xí)帶點粒子在勻強電場中的運動問題打下基礎(chǔ)。 【學(xué)生分析】 對于電容器，廣泛應(yīng)用于電子電路中，學(xué)生生活中沒有接觸經(jīng)驗，缺乏一定的了解。在學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生對抽象知識接受過程可能較慢，本科探究思維過程對學(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體系。 【教學(xué)目標】 (一).知識與技能： 1.了解電容器的構(gòu)造、種類以及電學(xué)符號； 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)合勻強電場有關(guān)知識，研究平行板電容器極板間電場與電壓、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——對比法、控制變量法等。 (三).情感、態(tài)度和價值觀： 1.體驗由具體到抽象的探究思維模式，培養(yǎng)學(xué)生嚴謹?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； 2.認識生活中的電容器，感受現(xiàn)代科技的不斷進步對人類生活的影響。 【教學(xué)重點﹑難點】 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。 2.學(xué)生不常接觸電容器，缺少實際知識，在接受本節(jié)課講授內(nèi)容時有一定困難，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。 【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 計算機 數(shù)據(jù)采集器 電壓傳感器 電流傳感器 靜電計 帶絕緣支架的導(dǎo)體圓板（兩個） 起電機 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 【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 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)生觀察實驗桌上的各種電容器,并拆開紙制電容器看其構(gòu)造。 簡單介紹：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交流直流的不同效果。 問題一：電容器的功能 動畫演示：電容器的充放電過程 電流方向 充電： 實驗電路圖 指導(dǎo)學(xué)生觀察屏幕上的動畫，關(guān)注電源的正負極、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： 實驗電路圖 指導(dǎo)學(xué)生觀察屏幕上的動畫，關(guān)注電源的正負極、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，對于電容器，則是存儲電荷的裝置。對于杯子，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 用電容這個物理量來表示電容器存儲電荷本領(lǐng)。電容越大，存儲電荷的本領(lǐng)越大。 這個物理量該如何定義呢？ 演示實驗： 1、計算機，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)采集器并連接到計算機，投影到大屏幕。進入“TriE信息系統(tǒng)”，對電壓傳感器和電流傳感器校零； 4、實驗過程： 第一步，充電（傳感器采集數(shù)據(jù)至“TriE信息系統(tǒng)”，自動生成電流-時間圖象、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)”，自動生成電流-時間圖象、以及相應(yīng)的電壓） 5、數(shù)據(jù)處理： 對于放電過程的圖象 提出思考，電容器是存儲電荷量的裝置，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，進一步提示：回憶，利用勻變速直線運動v-t圖象研究其位移的過程及方法。 面積表示位移 勻速直線運動 勻速直線運動 圖象的面積表示 圖象面積表示位移 位移x=vt x=vot+vt2 知識遷移 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)則圖象如何計算面積呢？ 提示：數(shù)格子法 改變電壓，重復(fù)實驗三到四次。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 對于同一個電容器而言是一個定值。 換一個電容器，實驗一次 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電荷的本領(lǐng)，就像杯子的容積一樣。而且這個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差U的比值，符號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差增加1伏所需要的電量。 5．電容是標量。 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 拆開一個紙質(zhì)電容器，啟發(fā)學(xué)生思考。 如何探究： 控制變量法， 簡化電容器——平行板電容器，如何測電容？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，如何實驗 方案分析 這個方案可行嗎？ 電容器充滿電荷，但是電壓表會使電荷量中和，因此不可行。 介紹靜電計： 靜電計——驗電器改裝，可以通過箔片張角，反映電勢高低，但是金屬桿和金屬外殼彼此絕緣，不會使電荷量中和或流失。 1、 保持Q和d不變，改變兩板正對面積，觀察電勢差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式： ——介電常數(shù) S——正對面積 d——板間距離 k——靜電力常量 由本章知，結(jié)合勻強電場中 ，可得： 思考：對于平行板電容器，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 觀看動畫、獨立思考 觀看動畫、獨立思考 討論并舉例： 裝東西的裝置，如杯子可以裝水等。衡量其存儲本領(lǐng)的量叫容積，由杯子個體大小及深淺，截面積等因素決定。 思考 思考討論：如何計算電荷量。并討論提出方法。 引發(fā)進一步討論，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，進行計算，算出電荷量。并由表格數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)實驗數(shù)據(jù)所隱藏的重要信息，發(fā)現(xiàn) Q與U的比值 對于同一個電容器而言是一個定值。 討論這么做的目的。 思考并提出 長度（即正對面積），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)計電路 思考討論，分析設(shè)計方案的可行性 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 通過動畫模擬讓學(xué)生從感性上認識電容器的基本功能。進一步讓學(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)生體會類比思想。 演示探究實驗，第一教學(xué)重點內(nèi)容，通過實驗和思維的探究，培養(yǎng)思考探究能力 體會實驗方法，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 回顧運動學(xué)微元思想，以及加深對利用圖象解決問題的方法。培養(yǎng)學(xué)生知識遷移應(yīng)用的能力。 培養(yǎng)學(xué)生有效利用圖象，學(xué)會處理問題的方法，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。 加深對比值法定義的物理量的認識。使學(xué)生更深入的理解這種定義的特點。 本實驗的設(shè)計主要是讓學(xué)生對控制變量法的廣泛應(yīng)用有更加深刻的體會。該實驗會因天氣等因素的影響而效果不好，可以用模擬動畫代替，讓學(xué)生有感性的認識。 培養(yǎng)學(xué)生的分析能力 通過比較使學(xué)生認識電壓表不是什么樣的電壓都適合去測，通過與靜電計的比較認識這兩種測量工具的各有所長 展示控制變量法實驗過程，體會方法。 培養(yǎng)學(xué)生總結(jié)歸納的能力。 前后知識聯(lián)系，培養(yǎng)分析問題的能力。 培養(yǎng)分析實際問題的能力 【板書設(shè)計】 1．電容器：電容器是存儲電荷的容器，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差U的比值，符號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。