人教版 (2019)必修 第三冊4 電容器的電容教學(xué)設(shè)計

這是一份人教版 (2019)必修 第三冊4 電容器的電容教學(xué)設(shè)計，共7頁。教案主要包含了電容器，電容，常用電容器等內(nèi)容，歡迎下載使用。

《電容器的電容》是《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》必修課程必修3模塊中“靜電場”主題下的內(nèi)容，課程標(biāo)準(zhǔn)要求為：觀察常見的電容器，了解電容器的電容，觀察電容器的充、放電現(xiàn)象。能舉例說明電容器的應(yīng)用。查閱資料，了解電容器在照相機(jī)閃光燈電路中的作用。《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)解讀》對課程的標(biāo)準(zhǔn)的解讀為：本條目要求學(xué)生通過觀察和解剖常見的電容器，了解電容器的構(gòu)造。通過電容器的充放電實驗，了解電容器的作用，了解電容器電容的物理含義。知道用比值定義法來定義電容器的電容，體會比值定義法在定義物理量中的重要作用。通過平行班電容器的電容與哪些因素有關(guān)的實驗，了解電容器電容與電容器結(jié)構(gòu)及絕緣介質(zhì)有關(guān)。
教材首先用類比水容器方法引出電容器的構(gòu)造和功能，然后通過實驗觀察與探究認(rèn)識充、放電過程和建立電容概念，接下來介紹常見電容器及應(yīng)用舉例。電容是描述電容器性質(zhì)的重要物理量，為后續(xù)學(xué)習(xí)傳感器和電磁振蕩等內(nèi)容奠定基礎(chǔ)。電容器概念的形成過程再次體現(xiàn)用物理量之比定義物理量的科學(xué)研究方法。
學(xué)生在初中沒有學(xué)習(xí)過電容器基礎(chǔ)，缺乏生活中的感性認(rèn)識。降低學(xué)生認(rèn)識的難度，可先介紹電容器在生活中應(yīng)用的情境，例如照相機(jī)閃光拍攝時閃光燈能量的釋放利用電容器等實例，讓學(xué)生形成感性認(rèn)識。電流由電荷定向移動形成，實際上是電子定向移動形成電流。在學(xué)生學(xué)習(xí)的電荷基礎(chǔ)上，了解電容器充、放電過程，描述充、放電過程電子移動方向和能量轉(zhuǎn)化情況。
1.學(xué)生觀察常見電容器的構(gòu)造，建構(gòu)電容器模型。通過實驗，觀察電容器在充、放電過程中電流與電壓的變化，分析電荷量變化及能量轉(zhuǎn)化情況。
2.學(xué)生經(jīng)歷實驗探究電容器兩極板間電勢差與所帶電荷量的關(guān)系和用物理量之比定義電容的過程，理解電容的概念。知道電容的單位。
3.學(xué)生了解電容器的類型、特性及作用。
4.學(xué)生了解影響平行板電容器電容大小的因素。
教學(xué)重點：通過實驗建立電容器的電容概念
教學(xué)難點：建立電容概念和對電容概念的科學(xué)理解、對電容器充、放電過程的理解
教學(xué)方法：講授法、演示實驗、啟發(fā)式教學(xué)
問題引入：教師投影手機(jī)閃光拍照高清圖片。(見PPT演示文稿)
手機(jī)拍照功能得到廣泛使用。周圍環(huán)境暗淡時，可以使用手機(jī)的閃光功能.手機(jī)閃光拍照，短時間內(nèi)釋放大量能量.如何設(shè)計手機(jī)電路才能實現(xiàn)在短時間內(nèi)釋放大量能量？原理是什么？
1.電容器
投影三種電容器實物圖，學(xué)生認(rèn)識電容器，形成感性認(rèn)識。
師：電容器是一種重要的電學(xué)器件，有著重要應(yīng)用。電容器的構(gòu)造是什么樣的？一起觀看兩種電容器的構(gòu)造圖。(PPT投影鋁電解電容器和片式電容器構(gòu)造示意圖)

圖1 鋁電解電容器結(jié)構(gòu)示意圖 圖2 片式電容器結(jié)構(gòu)示意圖
問題：鋁電解電容器由哪些部分構(gòu)成？片式電容器由哪些部分構(gòu)成？二者組成有何共同特點？
電容器：由兩個導(dǎo)體中間夾一層絕緣物質(zhì)構(gòu)成。
平行板電容器：兩個金屬板，絕緣物質(zhì)為空氣。
師：將電容器與電源連接，可以對電容器進(jìn)行充電，充電后電容器兩極板帶電荷。請同學(xué)們觀察電容器充電過程，充電過程有何規(guī)律。
電容器充電電路圖
演示實驗1 (PhET仿真實驗)
問題1：充電后兩極板分別帶什么電荷？充電過程電子如何移動？
問題2：充電過程電路有電流嗎？電流方向如何？充電完成后，電路有電流嗎？
問題3：充電過程，兩極板電壓如何變化？極板帶電量如何變化？
問題4：充電過程，電池和電容器中的能量如何轉(zhuǎn)化？
電容器充電規(guī)律
1）充電過程有電流，充電完成后電路無電流；
2）與電源正極相連極板帶正電(失去電子)，電子通過電源流到另一極板(得到電子)
3）兩板帶等量異號電荷；兩板空間存在勻強(qiáng)電場；兩板電壓不變；
4）電源的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電場能
電容器放電電路圖
演示實驗2 （PhET仿真實驗）
問題1：燈泡亮度如何變化？兩板電壓如何變化？板間電場如何變化？
問題2：放電過程，電子如何移動？
問題3：放電過程，能量如何轉(zhuǎn)化？
電容器放電規(guī)律
1）放電過程有短暫的放電電流；
2）放電過程電子從導(dǎo)線從帶負(fù)電極板向帶正電極板移動，兩板凈電荷逐漸減小，兩板電壓減小，電場強(qiáng)度減??；
3）放電過程電場能轉(zhuǎn)化為其他形式能量；
4）放電結(jié)束，兩板均不帶電，電壓為零，板間無電場。
2.電容
問題：將兩個不同的電容器接入同一個電源進(jìn)行充電，充電后兩個電容器的電壓相等嗎？電容器的電荷量相等嗎？電容器電壓越大，所帶電荷量越多。電容器所帶電荷量與電容器電壓有何定量關(guān)系？
學(xué)生活動：學(xué)生分組討論，確定解決問題的基本思路。對電容器充電，改變充電電壓，測量充電完成后的極板電壓和電荷量。獲取多組數(shù)據(jù)，用圖像法處理數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)，總結(jié)物理規(guī)律.
演示實驗3 (PhET實驗)
數(shù)據(jù)記錄表格：
問題1：觀察表中數(shù)據(jù)，電荷量與電壓的變化有何規(guī)律？
問題2：電荷量Q與電壓U成正比嗎？如何驗證該猜想是否正確？你打算如何處理實驗數(shù)據(jù)？
生：計算電荷量Q與U的比值，若該比值近似不變，說明Q與U成正比。繪制Q-U圖像，若數(shù)據(jù)點近似在一條過原點的直線上，表明電容器的電荷量Q與電壓U成正比。
問題3：根據(jù)繪制的Q-U圖像，電容器的電荷量Q與電壓U有何定量關(guān)系？

問題4：不同電容器，Q-U圖像斜率不同。當(dāng)電壓U相同，電容器所帶電荷量Q越大，電容器容納電荷的本領(lǐng)是強(qiáng)還是弱？
問題5：你認(rèn)為如何定義物理量描述電容器容納電荷本領(lǐng)大小？
電容：電容器所帶的電荷量Q與電容器兩極板之間的電勢差U之比。
C= eq \f(Q,U) 單位：法 符號F 1F=1C/V
物理意義：描述電容器容納電荷本領(lǐng)的大小，只由電容器構(gòu)造決定，與電容器所帶的電荷量和電壓無關(guān)。
平行板電容器的電容
閱讀教材41頁內(nèi)容，思考如下問題：
(1)影響平行板電容器的電容的因素有哪些?
(2)電容與多個因素有關(guān)，如何研究電容與某一個因素的關(guān)系？
(3)靜電計發(fā)揮什么作用？如何測量電容器的電壓？
(4)如何分析平行板電容器的電容變化情況？
(5)分析教材圖10.4-6三幅圖片。減小平行板電容器正對面積S，靜電計指針張角如何變化？電壓如何變化？電容如何變化？電容C隨正對面積S如何變化？增大距離d，電容C如何變化？插入電介質(zhì)，電壓如何變化？電容如何變化？
平行板電容器電容 C= eq \f(S,4πkd) 板間為真空
3.常用電容器
學(xué)生閱讀教材，了解聚苯乙烯電容器、電解電容器和可變電容器。
作業(yè)：
1.“練習(xí)與應(yīng)用”寫在教材上
2.觀察家用電器（例如冰箱、熱水器等）電路圖，其中是否有電容器。
3.查閱資料，了解電容器的應(yīng)用和發(fā)揮的功能.
§ 10.4 電容器的電容
一、電容器
1.構(gòu)造
2.電容器充電
3.電容器放電
二、電容
1.C= EQ \F(Q,U) 只由電容器構(gòu)造決定
2.平行板電容器 C= eq \f(S,4πkd)
三、常用電容器
電容的物理意義的理解是本節(jié)的教學(xué)難點，教學(xué)中采用類比方法幫助學(xué)生理解電容器和電容的物理意義。對于電容變化引起的電壓、帶電量和電場強(qiáng)度的變化使用的公式較多，學(xué)生的理解仍需要一段時間。本節(jié)教材研究影響平行板電容器電容大小因素的三幅插圖教學(xué)中要利用好，幫助學(xué)生用電容定義式分析電容隨正對面積、平行板間距和插入電介質(zhì)的影響關(guān)系。Q/pC
0.10
0.15
0.22
0.31
0.38
0.44
U/V
0.350
0.500
0.750
1.050
1.300
1.500