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电容器的电容 谭浩焱


分类:课题研究   点击:180 次  发布:2020-10-30



电容器的电容

谭浩焱

一、教学设计思路

依据“从生活走向物理,从物理走向社会”的理念,本节课首先让学生观察电容器充电和放电的现象,引导学生产生探究电容器结构的兴趣;然后现场把一电容器打开,和学生一起认识电容器的内部结构。在此基础上对照电路示意图,理解电容器的充电过程和放电过程,并再次设计演示实验,让学生观察和总结充电过程和放电过程中,电流、电势差、电场能等物理量的变化。

上述教学过程完成后,接着提出一个问题:电容器两极板所带的电荷,和两极板之间的电势差有没有一种定量的关系呢?通过这个问题,引导学生再进行下一个探究电势差和电荷量关系的实验,并从该实验中得出结论:电荷量和电势差的比值,对于确定的电容器来讲是一个定值。根据这一结论,引入电容这个物理量。为了让学生明确电容的物理意义,依椐教材的安排,我采取把电容器和水容器的情况放在一起,运用类比法进行了处理。

在学习电容单位的时候,考虑到学生对于电容的单位认识有一定难度,再加上电容的单位之间的换算也比较特殊,所以在处理这部分内容的时候,第一是要讲清楚电容单位“法拉”的物理意义,第二是要让学生进行一定的单位换算练习,最终做到学生掌握这个知识点。

在处理“平行板电容器电容的影响因素的探究”时,原本有个设想,就是也采取学生分组实验的方案,但真正去试做这个实验的时候才发现,这个实验受天气、温度的影响很大,还有在操作的时候,一不小心让两极板接触或手接触到金属板,都会出现电荷很快消失的情况,造成实验很难进行下去。为了让这个实验简单一些,我也考虑过用电容表来直接把数读出。但在仔细研究教材之后,我又把这些想法都否定了。教材的安排可以说是非常科学的,在学生得出了电容的定义式之后安排这个实验,在电容表早就已被普遍使用的情况下,教材还保留让学生用静电计去分析这个实验的安排,其实就是为了让学生去用学过的电容的定义式,去分析和解决实际的问题。既探究了新知识,又巩固了新学的知识。而且这个实验,课本上也是把它安排为一个演示实验,所以最后处理时,我采取了由教师来操作演示,学生观察分析总结的方式。

在知识小结这个环节,我先引导学生从知识和方法两个方面进行总结,力求更好的突出学生学习的主体性地位。但学生概括、梳理和总结的能力毕竟有限,因此我采取了先让学生总结,再在他们总结的基础上,做进一步的体现结构关系的全面总结。这样,也就形成了本节的知识结构。

学以致用,点题对应的训练是必不可少的。在这个方面,除了中间进行的电容单位换算的练习,一起认识常用的电容器,并对常用电容器进行分类外,我最后还安排了两个需要运用三个公式才能解决的综合题目,以此来巩固、强化课堂上所学的知识,提高学生运用所学的知识解决问题的能力,达成教学目标。

综上所述,我的教学思路其实就是,让学生带着疑问走进课堂,在课堂中解决问题的同时,又产生新的疑问,引导学生继续进行学习和探究。环环相扣,步步深入,最终实现让学生在科学探究的过程中,掌握知识,领悟方法,完成知识建构。

二、 背景和教学任务简介  

1、教材分析

《电容器的电容》是普通高中课程标准实验教科书·物理(选修3-1)(人民教育出版社)第一章第8节的内容。主要包括:电容器的结构和工作原理,电容概念及其定义式,平行板电容器电容与各因素的关系,平行板电容器电容的决定式,还有电容器的应用和分类等等。本节内容体现的是电场知识在生活中的一个具体应用,也是后面学习LC振荡电路、交变电路和电子线路的必备知识,在教材中起着承上启下的重要作用。

2学情分析

在学习本节课之前,学生已经学习了电场的知识,为学习本节内容奠定了一定的基础。但电容器对于学生来讲应该说非常陌生的,电容器的充放电过程和电容概念,也非常抽象,还有学生对电容器的电容由哪些因素决定也需要有一个逐渐认识的过程,因此在教学中,需要多增设实验,并注意从学生已有的知识出发,通过探究实验、协作交流、分析论证和归纳结论等方式和过程,让学生很自然的理解和接受新知识,同时培养和提高学生实验观察、科学探究、分析论证、归纳概括等诸多方面的能力。

三、 教学目标

知识与能力

1.知道电容器及其结构。知道电容器充电过程和放电过程中电流、电压与能量的变化特点

2.理解电容器电容的概念及其定义式

图片1.png

,并能用来进行有关的应用。学会用类比法、实验探究法,比值定义法研究和处理问题。

3.知道平行板电容器的电容与哪些因素有关,有什么关系。进一步熟悉控制变量法的使用。

4.理解公式

图片2.png

及其含义,关能用它来分析问题。

过程与方法

1.让学生经历研究电容器充电和放电的过程,经历探究电容器的电容定义的过程以及平行板电容器电容与它自身因素关系的过程,从而更深层次的理解概念,巩固知识。

2.掌握讨论法、实验法、类比法、比值定义法,控制变量法等研究问题的方法。

情感、态度与价值观

1.在教学过程中渗透事物本质是自身的因素,即内因决定外因,不由外因决定观点

2.培养学生实事求是的科学精神。

3.进一步形成研究和解决问题的物理思维。

 

四、重点和难点

重点:1.电容器工作原理、

2.电容的概念的理解和电容定义式的得出

3.平行板电容器电容与它自身因素关系的探究

4.电容定义式和决定式的应用

难点:1.电容器充电过程和放电过程的理解

    2.电容容电容概念的理解

    3.平行板电容器电容与它自身因素关系的探究

五、教学方法

比值定义法、类比法、实验探究法、、控制变量法等

六、教学资源

多媒体教学设备、闪光灯、电容器、静电计、起电机、平行板电容器、电介质、铁架台、电路示教板、电源、电容器若干、导线若干、电脑、实物投影仪。


七、教学流程

 

图片1.png


八、 教学过程

通过演示让闪光灯闪光的过程,激发学生探究电容器能够储存电荷和产生电火花的原因,从而开始第一知识环节的探究。

一、电容器

1. 结构

展示电容器的内部结构,让学生直接感知电容器的构造。

两层相距很近的平行金属薄片中间夹上一层绝缘物质就组成了一个电容器。物理上,把这两层金属薄片叫做电容器的_______,中间的绝缘物质称为_____________,为了使用方便在两极板上连接两根导线

任意两个彼此绝缘又相隔很近的导体,都可以看成电容器。用符号__________来表示。

2. 充电和放电

在学生了解了电容器结构的基础上,探究电容器充电过程和放电过程的特点。

图片1.png

充电过程和放电过程的概念

充电过程:我们把电容器接入电源,两极板带上等量异种电荷的过程称之为充电电程,并且把电容器充电后,任意一个极板带电量的绝对值叫电容器的带电量,用“Q”表示。

 

放电过程:用导线把充电后的电容器的两极板相连,使两极板上正、负电荷中和的过程。

在学生明确充电过程和放电过程概念的基础上分析电容器储存电荷和放电的原理。

通过演示实验,让学生观察充电过程和放电过程中电势差和电流的变化。获得具体形象的感性认识。

根椐观察和分析,总结充电过程和放电过程的特点。(师生一起总结)

充电过程和放电过程的特点

充电过程的特点

1、充电的时间很短。

2、充电电流电流由大变小,瞬间变为0,电容器两极板间电势差随电荷量的增加而增大,最后和电源电压相等,充电过程结束。

3、从电源中获得能量以电场能的形式储存在电容器中,极板间形成电场。

放电过程的特点:(学生总结)

1. _____________________________________________________________

 

2._____________________________________________________________     

 

3.(从能量转化的观点)____________________________ 

二、电容 C

1.物理意义的探究

图片1.png

实验分析

实验电路图如图所示,电容器1、2为相同的电容器。当单刀双掷开关打到a点时,电源给电容器1充电,打开开关S1,电容器1充电结束,保持开关S2断开,将开关S1打到b点时,电容器1会给电容器2充电,充电结束后,因为两电容相同,电量会平分,则此时电容器1所带的电荷量为最开始的一半,再将开关S1断开,将S2闭合,此时电容2被短接放电。放电结束,断开S2,再将开关S1打到b点,电容器1会再次给电容器2充电,充电结束后,电容器1的电量会变为原来的1/4。

实验操作

将电容器两端接电压表,按照上面的分析进行操作,观察电压表的示数,并记录在下面的表格内。

电容器1所带的 电荷量

电容器1充电结束后

     Q

电容器1第一次给电容器2充电结束后为Q/2

电容器1第二次给电容器2充电结束后为Q/4

电容器两极板间的电势差




通过观察演示实验中电压表示数随两极板间电荷量的改变情况,总结得出:

一个电容器两极板间的电势差随电容器所带电荷量的减少而减小,成_________,比值图片1.png是一个_______,我们用常数C来表示。

探究常数C的物理意义:_____________________________

2.电容的定义式

_________________________________________________________________

注意:(1)根据C=Q/U ,对不同的电容器,Q相同,U大,C小,或者U相同时,Q大,C也大.但不能认为C与Q 成正比,与U 成反比。

(2) 电容是电容器的一种属性,由自身的因素决定

         (3)适用于任何电容器电容的计算

3.电容的单位

基本单位:法拉(F)   1F=1C/V

常用单位:微法(uF) 、皮法(pF)

换算关系: 1F = 106 = 1012pF

请完成下面的一道练习

两个不同的电容器C、C,所带的电荷量均为6×106C,两极板电势差分别为2V、3V,则这两个电容器的电容大小分别为______________(单位用μF表示)

猜想:电容是电容器本身的一种属性。不同的电容器电容为什么不同?它到底又和哪些因素有关呢?

三、平行板电容器

探究平行板电容器电容与极板间距、正对面积、电介质相对介电常数的关系

1.实验目的

探究平行板电容器与板间距间、正对面积、板间绝缘介质相对介电常数

图片1.png(与电介质的性质有关,称为电介质的相对介电常数)的关系。

2..实验方法

控制变量法:控制变量法:控制其他因素不变,依次只改变两板间的距离,再只改变正对面积,最后再控制板间距离和正对面积都不变,插入和拔出电介质。

然后根据   图片1.png进行分析得出结论。

根据公式,电量Q一定时,电势差U的变化可反应出电容器电容C的变化

U越大,C越小, U越小,C越大

3.实验器材

两块金属板(组成平行板电容器)

静电计(使用时金属球与金属外壳分别与电容器两极板连接,指针张角可反映出两极板间的电势差,张角越大,则两极板间电势差越大)

起电机(用来感应起电,接触极板可使极板带电)

电介质(刀形云母,相对介电常数大于空气)

4.进行实验

根据指针张角的大小变化,将电势差的变化填入下面的表格中,并分析出电容C的变化(注意先记录张角变化,再进行电势差与电容的变化分析):

实验操作

d增大

d减小

S增大

S减小

插入电介质

拔出电介质

电势差U







电容C







 

通过分析得出结论

1).电容器的电容随两极板间距离的增大而______, 随两极板间距离的减小而_______。

2).电容器的电容随两极板间正对面积的增大而_____, 随正对面积的减小而________。

3).电容器的电容随电介质相对介电常数的增大而______,随电介质相对介电常数的减小而_______。

5.平行板电容器的定义式:图片1.png

教师引导学生进一步总结:这个公式反映了电容器的电容与电介质的介电常数成正比,与极板正对面积成正比,与它的板间距离成反比,。也进一步的说明了电容器电容与电量、电势差无关。就由它本身的性质决定。因此,也将这个式子称之为电容的决定式。

 

四、常用电容器

1.固定电容器:电容固定不变.

2.可变电容器

   通过改变两极板间的正对面积或距离来改变电容。

3.电容器使用时需要注意

   a.电解电容器 :正负极不能接反,不 能接交流电。

   b.工作电压≤额定电压<击穿电压

五、知识结构

图片1.png

通过和学生一起进行课堂教学总结,帮助学生形成本节课的知识结构

 

 

 

 

 

 

六、思考与练习  

思考与练习环节,加深学生对所学知识的理解,巩固学生学习新知。

图片1.png

思考与练习.如图所示,先接通开关S 使平行板电容器充电,然后断开S ,则当增大两板间距离时,两板间电场强度E 的变化情况为(    )

A.E 变大          B.E 变小

C.E 不变          D.E 不能确定

若开关S 闭合后不断开,则当增大两板间距离时,两板间电场强度E 的变化情况为(    )

七、知识延伸(课后作业)

图片1.png

如图所示,先接通开关S 使平行板电容器充电,然后断开S ,则当增大两板正对面积时,两板间电场强度E 的变化情况为(    )

A.E 变大          B.E 变小

C.E 不变          D.E 不能确定

若开关S 闭合后不断开,则当增大两板正对面积时时,两板间电场强度E 的变化情况为 (    )

 

 

 

九、 板书设计

§1-8 电容器的电容

一、 电容器                         三、平行板电容器

1、结图片1.png

2.充电  放电

图片2.png

二、   电容 C                           四、常用电容器

图片1.png

十、 教学反思

本节课的教学设计思路打破了以往的传统设计,从向学生的调查询问看,学生对我处理《电容器的电容》这节内容所采取的教学方法相当满意。这节内容从认识电容器的结构入手,通过研究充电过程和放电过程,利用类比法,比值定义法得到了电容的定义式,再依据这个式子,用控制变量法研究了平行板电容器,得出了平行板电容器的决定式,最后又研究学习了电容器在生活中的应用。教学过程中设置了大量的实验,注重了前后知识之间的联系,尽量做到了让学生思考、学生回答问题、学生解决问题,以此来体现新课程标准所倡导的在实验探索中求知,在合作交流中学习,实现三维目标的教学。

当然在设计的过程中也感到了一些困惑和不足:

1、学生亲自动手操作的有些少,不是学生不想操作,只是限于条件,没有满足学生的这一要求,现在想来还是感觉有些遗憾。

2、由于时间的关系,留给学生思考的时间还是比较少,造成个别学生跟不上教学的节奏,当然收获也就少。下一步还需要在这方面再研究、再学习。







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