2022年高中物理 電容器的電容教案 人教版第二冊(cè)

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1、2022年高中物理 電容器的電容教案 人教版第二冊(cè)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(shì)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(chǔ)存)電荷”的功能。為使學(xué)生理解充、放電的抽象過(guò)程。用自制的充放電的電路中的示教電流表顯示充、放電過(guò)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

2、、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 4700F”電容1只,“25V 1000F”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(duì)電容器結(jié)構(gòu)有所了解,了解電容器的作用是儲(chǔ)存電荷,通過(guò)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

3、電路的必備知識(shí),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(shí),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(méi)有電場(chǎng)?(同時(shí)板畫(huà))兩金屬板間有沒(méi)有電勢(shì)差?教師歸納小結(jié)由此可見(jiàn),相互靠近的兩金屬板構(gòu)成的裝置具有儲(chǔ)存電荷的作用,或者說(shuō)它可以容納電荷,而兩板所帶正、負(fù)電荷越多,板間電場(chǎng)就越強(qiáng),兩板間的電勢(shì)差就越大(稍作解釋

4、)。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(huà)出電路)將“25V,4700F”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(lái)學(xué)習(xí)有關(guān)電容器的知識(shí)。(板書(shū)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(shí)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(duì)電容器學(xué)習(xí)的重視)(1)電容器的構(gòu)成在兩個(gè)相

5、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(kāi)),介紹它們的內(nèi)部結(jié)構(gòu),并指出平行板電容器是最簡(jiǎn)單的電容器,再介紹一般電容器的符號(hào)(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(duì)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(chǎng)。兩板之間有電勢(shì)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(chǎng),

6、也沒(méi)有電勢(shì)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200F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=300,對(duì)電表起阻尼作用,避免電表表針的固有振動(dòng)造成假象,串聯(lián)電阻R2=5k做限流保護(hù)作用,當(dāng)單刀雙擲開(kāi)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(guò)程中電流表指針的偏轉(zhuǎn)情況,說(shuō)明充電過(guò)程中有瞬時(shí)的充電電流通過(guò),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(shì)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

7、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(guò)程電荷移動(dòng),電場(chǎng)、電勢(shì)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(shì)差有什么關(guān)系?(學(xué)生疑惑,思考片刻)我們用實(shí)驗(yàn)來(lái)分析。分別用8V、12V、16V電源給“25V 4700F”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(shí))。結(jié)果“25V 4700F”充8V,放電產(chǎn)生桔紅色火星,幾乎無(wú)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(shì)差(電壓)有關(guān)的。兩極間電勢(shì)差隨所帶電量的增

8、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 4700F”和“25V 1000F”的電容器充電,再放電。結(jié)果“25V 4700F”放電產(chǎn)生白熾的火花放電“25V 1000F”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(shì)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(shì)差隨所帶電量的增加而增加,對(duì)不同的電容器,電勢(shì)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(shì)差增加1V所需的電量,叫做電容器的電容。兩極板間的電勢(shì)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

9、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(shuō)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(hào)是C,國(guó)際單位制里電容的單位是法拉,簡(jiǎn)稱法,符號(hào)是F教師說(shuō)明法的含義,再介紹較小的單位微法、皮法。1F=10-6F 1pF=10-6F=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(duì)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(duì)的面積,電容就增大。減少極板間距離,電容也增

10、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:兩極間距d;兩極正對(duì)面積S。描述一對(duì)平行板的幾何特性。注意說(shuō)明,兩板所帶電量應(yīng)是等量異號(hào)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(duì)值。(3)影響平行板電容器電容的因素:實(shí)驗(yàn)先說(shuō)明靜電計(jì)的作用:指針偏角越大,指針與殼間電勢(shì)差越大。充電完畢后,斷開(kāi)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(jiàn)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

11、,U減小,C增大。 理論和實(shí)驗(yàn)精確證明:C實(shí)驗(yàn) 改變AB兩板正對(duì)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。理論和實(shí)驗(yàn)可精確證明:CS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(guò)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(wú)自由電荷,電荷可在平衡位置附近做微小振動(dòng)。當(dāng)絕緣物質(zhì)處于外加電場(chǎng)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

12、移動(dòng)。這些束縛電荷使板間電場(chǎng)削弱,兩板間電勢(shì)差U降低,從而使靜電計(jì)指針偏角減小。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,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(guò)程中,由于束縛電荷與極板上電荷相互吸引力做功,電勢(shì)能減少,故電勢(shì)差降低。(4)平行板電容器內(nèi)電場(chǎng):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(duì)放置,并用起電機(jī)使兩板帶電,可見(jiàn)尼龍絲幾乎垂直于板且相互平行地立起來(lái)。從細(xì)尼龍絲的分布情況,可看出板間電場(chǎng)的特點(diǎn)。板間電場(chǎng)可看作勻強(qiáng)電場(chǎng):E=UdU為兩板間電勢(shì)差,d為兩板間距。場(chǎng)源關(guān)系E而C故EQ不變,板間電場(chǎng)強(qiáng)度E

13、與板間距無(wú)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(dòng)片及改變電容大小的原理,介紹常用電容器的符號(hào)。(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(chǎng)強(qiáng)度E,電容器電容C及電量Q與原來(lái)相比 AU不變,E不變,C不變,Q不變BU不變,E變小,C變小,Q變小CU不變,E變大,C

14、變大,Q變大DU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(chǎng),E,U不變,d減小,E必增大,根據(jù)兩板所帶電量QCU,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(kāi),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(wú)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_(kāi)F,相當(dāng)于_F,若將其充電量加倍,則電容為_(kāi)F兩極電壓為_(kāi)V2下面關(guān)于電容器和電容的說(shuō)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(duì)某電容器來(lái)說(shuō),充電電壓越高(只要不超過(guò)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(lái)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(xiě)出推斷過(guò)程。附:板書(shū)設(shè)計(jì)

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