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1、人教版選修3-1 第一章 第8節(jié) 《8.電容器的電容》 教學(xué)設(shè)計 浙江省溫州中學(xué) 徐海龍 一、教學(xué)任務(wù)分析 1、知識與技能 n 了解電容器的作用及其構(gòu)造 n 理解電容器充放電過程中的電流方向及能量轉(zhuǎn)化 n 探究電容器帶電量與電壓之間的關(guān)系，深刻理解電容器電容的概念 n 研究并理解平行板電容器的電容與哪此因素有關(guān) n 了解電容器的分類，可變電容器的變化原因，以及擊穿電壓和額定電壓的概念 2、過程與方法 n 比值定義法是物理學(xué)中經(jīng)常采用的方法，培養(yǎng)學(xué)生掌握用數(shù)學(xué)工具描述物理量之間的關(guān)系的方法。 n 合理猜測à實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，掌握控制變量法在多因素相關(guān)實(shí)驗(yàn)中的使用,培養(yǎng)學(xué)

2、生的遷移類推能力、動手實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α? n 培養(yǎng)利用現(xiàn)代計算機(jī)技術(shù)獲取、加工、分析科學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基本科學(xué)素養(yǎng)。 3、情感、態(tài)度與價值觀 n 借助已有的認(rèn)知知識與方法，類比遷移到解決不熟悉問題，培養(yǎng)學(xué)生形成自我學(xué)習(xí)能力。 n 樹立正確對待實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的科學(xué)態(tài)度，大膽假設(shè)，小心求證。 n 通過了解超級電容器在上海11路公交車上的應(yīng)用，感受到科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力，科技改變生活的價值體驗(yàn)。 二、教學(xué)過程提綱 (一) 電人碗游戲引課 通過水容器能儲存水資源，引出電荷也需要有容器來儲存。 由兩金屬碗加塑料薄膜構(gòu)成自制電容器。通過PVC摩擦毛皮使金屬碗帶電，通過學(xué)生親自感受電人碗所帶來的威力，

3、了解電容器的構(gòu)造及符號，了解極板及電介質(zhì)的作用。 (二) 觀察充放電現(xiàn)象 探究電容器帶電量 通過額定電壓為380V的電容器充電與放電，使學(xué)生直觀了解到充電與放電的概念。將電容器接通電源，兩極板帶上等量異種電荷的過程，叫充電。將兩極板相連，正負(fù)電荷中和的過程，叫放電。充電的過程電容器從電源處獲得了能量，以電場能的形式儲存起來；放電的過程則是電容器的能量向外釋放。 設(shè)計一個電容器充放電電路板，使用DES數(shù)字實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)時監(jiān)測電路中的電流與電壓。并將電路中的電路變化情況實(shí)時反映在計算機(jī)中。 引導(dǎo)學(xué)生觀察電路中的LED燈哪個亮，進(jìn)一步判斷充電電流的謝方向。充電電流隨時間非均勻減少，并最終減小

4、到0，所以燈也就不亮了。電容器兩端的電壓也是非均勻增加，最后到一個穩(wěn)定值。電容器充電完畢，哪究竟充進(jìn)去多少電呢，也就是說電容器帶上多少電荷量呢？ 在觀察充電電流I與時間的關(guān)系圖后，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識到我們可以設(shè)想把它分割成若干份長條形的面積，對每塊條形區(qū)進(jìn)行累加，即Q= I1*t1+I2*t2+….. ，只要我們分割的足夠細(xì)，就可以求出。這就是圖線與橫軸包圍的面積。這就是微元法的思想。而利用計算機(jī)可以輕易地在0.1s內(nèi)用微元法把這塊面積求出來。 (三) 探究能表征電容器容納電荷本領(lǐng)的物理量 引導(dǎo)學(xué)生思考，利用這種方法測出電容器兩端的電壓和所帶電荷量后，請大家觀察這組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，電容器充電時，隨著

5、充電電壓的升高，充進(jìn)去的電量也越多。可是Q－U是一次線性關(guān)系？還是二次方程，或是指數(shù)方程？或是別的函數(shù)關(guān)系呢？需要應(yīng)用數(shù)學(xué)手段來處理。很顯然，作圖是很直觀的。一次函數(shù)是直線，二次函數(shù)是拋物線，不同的函數(shù)有不同的曲線類型。 針對兩只不同電容器的Q－U圖像，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識到： 1、 同一電容器Q/U比值確定，不同電容器Q/U比值不同（或斜率不同） 2、不同電容器的Q－U圖像斜率不同。Q/U比值大，意味著讓它升高相同的電壓，所充進(jìn)電容器的電量多。 即Q/U能夠反應(yīng)一個電容器容納電荷的本領(lǐng)，我們把它定義為“電容”。 介紹電容的單位。并了解上海使用超級電容器作新型電車的試驗(yàn)。 (四) 常用

6、電容器及其分類 向?qū)W生介紹剛才作充放電實(shí)驗(yàn)的電容器，叫“電解電容器”。使用時特別注意是有正負(fù)極區(qū)分的，不能接反，顯示“一”號的和接線短一點(diǎn)的那只腳是負(fù)極。常見的電容器還有，以紙涂上石蠟為電介質(zhì)的紙介電容器；以云母片為電介質(zhì)的云母電容器；以陶瓷為電介質(zhì)的陶瓷電容器；以聚苯乙烯為電介質(zhì)的聚苯乙烯電容器，它的特點(diǎn)的耐高壓，額定電壓高達(dá)30KV。 這些電容器一旦做好，電容值就確定了，我們把它統(tǒng)稱為“固定電容器”。 還有一類電容器，象這個，根據(jù)需要可以調(diào)節(jié)電容的大小，把它旋出來，電容就變小了，把它旋進(jìn)去，電容就變大了。這類電容器我們統(tǒng)稱為“可變電容器”。 (五) 平行板電容器的電容與哪些因素

7、有關(guān) 在理解電容的定義及其物理意義后，了解過超級電容器的巨大作用，引導(dǎo)學(xué)生思考認(rèn)為想要獲得更大的電容，應(yīng)該從哪些因素進(jìn)行改進(jìn)：兩極板面積？兩極板間的距離？兩極板間的電介質(zhì)？ 并指出，在研究眾多影響結(jié)果的因素時，要使用控制變量法來研究。 1、 首先，保持其它因素不變，改變兩極板間的距離。請大家注意觀察指針的變化，并記下結(jié)果。（拉開的時候喊“拉開”，合攏的時候喊“合攏”） 2、 接著，我們來研究正對面積的影響。請大家注意觀察指針的變化，并記下結(jié)果。（錯開的時候喊“面積減小”，合回的時候喊“面積增大”） 在觀察d和S的變化對靜電計指針的現(xiàn)象后，引導(dǎo)學(xué)生分析對電容的影響。并指出精確實(shí)驗(yàn)表

8、明，C與d成反比C與S成正比，系數(shù)是 1/4πk 。 最后，再接著研究電介質(zhì)對電容的影響。 3、 這是一塊塑料板。請大家注意觀察將這種電介質(zhì)插入時，靜電計的指針如何變化。（插入的時候喊“放進(jìn)去”，拔出的時候喊“取出來”） 實(shí)驗(yàn)表明，不同的電介質(zhì)插入的時候，電容與真空中的情況比起來增大的倍數(shù)并不一樣。象石蠟?zāi)苁闺娙菰黾?倍，陶瓷卻可以增加6倍。這個倍數(shù)值，我們稱之為電介質(zhì)的相對介電常數(shù)。 最后，在實(shí)驗(yàn)分析的基礎(chǔ)上，得到平行板電容器電容的決定式。 (六) 探究小課題 1、電人實(shí)驗(yàn)時，為何帶電的PVC并未與金屬碗接觸？ 兩個金屬碗怎樣帶上電荷的？分別帶什么電？ 2、應(yīng)用計算機(jī)分析處

9、理科學(xué)實(shí)驗(yàn)是高效的，系統(tǒng)的工作流程是怎樣的？電流傳感器與電壓傳感器的工作原理又是什么？ 三、教學(xué)流程圖 引課：自制電容器電人游戲（電容器構(gòu)造） 380V電容器充放電實(shí)驗(yàn) （充電與放電） 類比水容器 引出儲存電荷的實(shí)際需要 DES實(shí)驗(yàn)分析電容器帶電量與電壓關(guān)系 電流方向與大小 LED燈指示 Q/U比值的物理意義（電容） 電流方向 DES系統(tǒng)實(shí)時繪圖 電流大小 實(shí)驗(yàn)探究平行板電容器電容與哪些因素有關(guān)（平行板電容器的電容） 提出探究性小課題 四、附：板書設(shè)計 8.電容器的電容 一、 電容器 --||-- 儲存容納電荷 1、 構(gòu)造： 極板 電介質(zhì) 2、 充電 放電 3、 額定電壓 擊穿電壓 4、固定 可變 三、 平行板電容器 1、 控制變量法研究 d S 電介質(zhì) U C 二、 電容 1、 C＝Q/U ＝4.9×10-3C/V 2、 單位：F 1F＝106μF＝1012pF 1F＝1C/V 3、 物理意義：表征電容器儲存電荷的本領(lǐng) 2、 結(jié)論 P. 4