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视频标签：物理创新大赛,电容器的电容
所属栏目：高中物理优质课视频
视频课题：江苏省物理创新大赛（高中）《电容器的电容》（附课件+教学设计+学案）-张中林
教学设计、课堂实录及教案：江苏省物理创新大赛（高中）《电容器的电容》江苏省淮安市淮海中学-张中林
人教版高中物理选修3-1
§1.8 电容器的电容
江苏省淮海中学 张中林
教材分析
电容器是一种重要的电学元件，在电气设备中有着广泛的应用。学生已经学习了研究电容器需要涉及的电势差、电荷量等知识，同时也基本掌握了比值定义法、控制变量法等研究物理问题的方法，具有了一定的用数学工具解决物理问题的能力。所以本节教学的核心是引导学生应用所学的知识与形成的方法研究电容器,探究电容概念的内涵。
电容的概念是本节的重点，也是难点。电容又是一个比值定义的物理量，引出这一比值的关键，学生知道电容器容纳电荷的本领是定的，而电容器所带的电荷量与两极板间的电势差成正比，其比值能反映电容器本身的性质。
影响平行板电容器电容大小的因素是本节教学内容的又一难点，在引导学生做好教科书中的演示实验的前提下，由定性实验到定量探究是突破该难点的好办法，符合学生认知规律，学生也更易于接受。
教学设计思路
本节课是一节物理概念形成课，主要通过问题探究和实验探究开展教学。先让学生观察电容器放电现象，既激发了学生兴趣，又为学生了解电容器的作用做铺垫。再通过自制电容器让学生体验“触电”感觉，感受电容器的储电作用(对比不同电容器，储电能力不同)，给学生一种真实的体验与认识，并由学生通过观察自制电容器，了解电容器的构造，这样更符合学生的认知规律。
通过学生自主观察电容器的充、放电过程中灵敏电容计指针的偏转情况，定性了解充、放电过程的特征；由于电容器的充、放电时间极短，学生只能观察电流计指针有无偏转，以及偏转角度的变化，但对于固定电容器储存的电量与电压之间是否存在定量关系，采用课本中的实验无法达到这一目的，根据这一实验就得出电量与电压的比值为定值不能令学生信服。为了克服这一障碍，本节课进一步用电流传感器代替电流计，与学生共同实验，再次观察电容器的充、放电，这一方面可以进一步说明通过不同的实验器材，得到的实验现象是相同的，但实验的精度不一样，借助电流传感器可以较好地显示电容器充、放电的短暂过程，并通过电脑输出电流随时间变化的波形图，借助数学工具积分的方法通过电脑直接求出电量。学生通过这一实验，直观形象的建立了充、放电暂态过程，也解决了指针偏转后是自由返回，还是充、放电有约束式返回。尤其是可以通过电脑处理数据，运用图表功能直接快速描点，便于学生观察，并很容易得出定值电容的电压与电量的线性关系。通过实验学生能够明白“电容”概念的内涵及其物理意义，同时进一步培养学生利用图像处理问题的能力，为突破难点作了前期铺垫。
通过学生分组实验，利用控制变量法定性探究平行板电容器的电容与哪些因素有关。在学生通过实验得出几个量与电容的定性关系后，学生可能会有这样的疑问：课本上的实验只能说明面积、距离等变化会影响电容，但它们到底有怎样的关系？课本上仅用一句“理论分析表明”就得到平行板电容器在真空中的定量关系式，很多学生对此不能信服。为此教者对课本实验进行了改进，将两块相同的金属板电容器换成自制电容器，借助数字式电容表直接观察电容的大小。在同一玻璃板上贴四块金属箔，形成四个面积相同的电容器，其中一个电容器由铜箔制成，其余三个由锡箔制成。首先通过比较铜箔与锡箔制成的只有极板材料不同的电容器电容的大小，说明电容的大小与极板材料无关；其次在保持其它条件不变的情况下，改变面积。面积的改变是用相同面积的电容器串起来以得到1S、2S、3S、…，观察并记录不同面积下电容大小，这样设计的好处是节省面积的测量与计算，增加了课堂容量。然后进一步运用计算机辅助教学，处理数据，得到电容C与面积S的线性关系。对于电容C与距离d的关系的研究，教者也自制了电容器，通过改变介质板的块数进而得到板间距离为1d、2d、3d…的电容器，进而运用前面的方法进一步探究C与d的关系。学生亲历了电容储电能力决定因素的探究过程，理解了电容决定式的意义。在此基础上，教师再补充仅电介质不同的电容器电容的对比实验，这样的层层铺垫，由注重结果向注重过程的转变，符合学生认知规律。学生亲历体验过程，递进式感悟，从而理解电容的概念，突破难点。
教学目标
知识与技能
1.知道电容器的概念，认识常见的电容器；
2. 理解电容的概念及定义方法，掌握电容的定义公式、单位，并会应用定义式进行简单的计算；
3. 通过实验了解影响平行板电容器电容大小的因素，了解平行板电容器的电容公式，知道改变平行板电容器电容大小的方法。
过程与方法
1.通过实验感知电容器的充、放电过程；
2.通过实验探究电容器带电量与电势差的关系，运用比值定义法定义电容；
3.运用控制变量法分别定性、定量探究影响平行板电容器电容大小的因素。
情感态度与价值观
1.培养探究精神，激发探究热情；
2.养成实事求是的科学态度，形成勤于设疑、敢于猜想、勇于求证、善于总结的科学精神。
教学重点与难点
1.电容的概念是本节的重点和难点，通过探究电容器带电量与电势差的关系，理解电容器电容的定义；
2.影响平行板电容器电容大小因素的探究是本节的难点，利用学生实验进行定性的探究，运用演示实验进行定量探究突破难点。
教具准备
10组电容器充放电实验（每组干电池两节，导线5根，电容器一只；单刀双掷开关一只、灵敏电流计一只），自制电容器若干，自制电容器充放电示教板，电流传感器，多媒体电脑，平行板电容器，静电计，常见电容器示教板，感应起电机，毛皮，橡胶棒、一只大电容器等。
教学流程图
教学过程
| 教学流程 | 教师活动 | 学生活动 | 设计意图 |
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引入 演示实验 |
由电容器火花放电引入 问题设计： 你看到、听到了什么？ 由此你想到了什么？ |
引发思考问题：什么是电容器？ |
激发学生兴趣，引发学生思考。 |
| 阶段总结 | 我们把象这样能够储存电荷的容器称为电容器。 | 引入电容器 | |
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新课 一、电容器 1．构造 2．充电、放电 |
展示自制的电容器，让学生体验电容器“储电”作用，并分析电容器的构造。 问题设计：电容器为什么能够储存电荷呢？ （注意安全，让学生用一手触摸。） |
通过观察、体验自制电容器放电实验，了解电容器的作用，认识电容器的构造。 分析电容器能够储存电荷的原因 |
自制电容器，结构简单且更易说明电容器的构造，直观形象，更有真实感，学生容易接受。 |
| 转折性引导：刚才这个电容器威力很大，冒火花，但老师自制的电容器却只能让**同学有 “麻”的触电感觉，说明电容器储存电的本领不一样，为了进一步探究，老师设计了这样一个电路图。投影展示 | 比较引入不同电容器容纳电荷的本领不同 | ||
| 问题设计：用不同数目的电池充电，电容器带电量是否相同？ |
a、相同，同一个电容器储存电荷的本领应该不变，所以带电量应该相同； b、不同，两板间电势差越大，带电量应该越多。 |
引发学生思考：是否能用带电量的多少来表征电容器容纳电容本领的大小。 | |
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引导学生分组实验，启发学生观察、思考；体验电容器的充、放电过程。 问题设计：不同节数干电池充电，怎样判断电容器带电量的多少？ |
分组实验，观察灵敏电流计指针偏转情况。 思考： 是否偏角越大说明带电量越多？ |
学生可能仅观察电容器充放电过程电流变化的特点（时间的影响不明显，学生可能注意不到），引入电流变化与电容器带电量的关系。 | |
| 转折性引导：为了更进一步探究电容器充、放电过程特点，老师用电流传感器代替灵敏电流计，它可以捕捉到瞬间电流的变化。借助电流传感器可以通过电脑直接输出电流随时间变化的波形图。下面哪位同学愿意来协助老师完成实验？ | 学生参与演示实验 | 借助电流传感器更进一步探究Q与U的关系，进而引入电容的概念。 | |
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二、电容 1、定义 2、定义式 3、单位 4、物理意义 |
Dislab演示实验：同一电容器在不同电压下的充放电现象。 引导学生分析i—t图像： 运用微元思想，借助计算机求出电容器所带电荷量。 |
学生分析：可以用这个波形图所包围的面积代表电量Q，就象我们高一学习变速运动的时候，用v-t图象的面积代表位移一样； |
展示v-t图i-t图的类比 5条i—t图线展示在一个屏幕中，易于比较； |
| 观察所得的5组数据，你有何发现 | 同一电容器，电势差越大，极板所带电荷量越多 | 培养学生从图像中获取信息，处理问题的能力 | |
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问题设计： 1、能否说，电容器带电量越多，容纳电荷的本领越强？类比水容器。展示水杯加水，水杯的容量不因为水量的增加而变大。 2、怎么探究这两个量之间的关系？ |
学生可能分析结果： 不能，因为通过刚才的实验发现，电容器的带电量是可变的，而它容纳电荷的本领应该是定的，我们应该寻找一个不变的量来表征它容纳电荷的本领。 可以求出每组数据的比值，看是否相等，还可以用画图的方法，观察点的分布，看是否在一条直线上。说明：电荷量和电压的比值  不变。 |
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| 引入电容的概念、单位、物理意义，进一步类比水杯装水 | 让学生进一步理解电容的物理意义 | ||
| 转折语：既然电容与Q、U都无关，那么影响电容器电容的因素究竟有哪些呢？展示自制电容器，让学生猜想。 |
学生猜想、推测： 板间距离 极板的面积（正对） 电介质 极板材料 |
应用已有的知识，学生猜想有关因素，引导学生进入探究情境。 | |
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三、平行板电容器的电容 （一）学生实验：探究影响平行板电容器电容的因素 |
引导学生利用给定的器材设计实验，小组讨论，说出实验的方法与思路并完成实验 |
学生设计方案、交流 说出本组的实验方法与思路 实验探究 |
学生经历探究过程，了解决定平行板电容器电容大小的因素，体会物理思想与方法。 |
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1、 引导学生展示实验结果 2、 根据你们组的实验结果，你们猜想一下，这几个量与电容能成什么样的关系？ |
1、 学生展示实验结果 2、可能的猜想：面积S与C成正比，距离d与C成反比，不同介质性质不同，影响电容的大小。 |
先由学生定性分析、猜想，层层推进教学 | |
| 那么极板材料对电容大小是否有影响呢？ | 学生思考回答 | 引发学生思考，进一步与水杯类比 | |
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三、平行板电容器 （二）教师演示实验 阶段总结1 阶段总结2 介绍相对介电常数 |
自制实验演示： 1．只有极板材料不同；(铜箔、锡箔) 2．只有面积不同； 3．只有距离不同； |
学生观察： 1．与极板材料无关； 2．与正对面积成正比； 3．与距离成反比； |
运用所学知识，了解电容器的应用 注意物理思想和方法的总结 |
| 理论分析表明，当介质为真空时 | 考虑学生认知规律，先引入真空时电容的决定式 | ||
| 4．只有介质不同，进一步演示实验； | 4、不同材料制成的电容器电容相差很大 |
由真空到其它介质，层层推进，学生易于接受 由决定式进一步引入比法拉小的单位  ，帮助学生理解、接受进一步开拓学生视野 |
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当两板间充满某种介质时，电容C为真空中的 倍： |
学生了解相对介电常数及平行板电容器电容的决定式 | ||
| 四、常用电容器 |
展示常用电容器示教板 分析可变电容器 |
学生观察常见电容器外部特征并总结电容器的分类 | |
| 课堂小结 | 引导学生从知识、方法两方面进行小结 | 学生总结，互相补充完善 | |
| 作业布置 | 拓展练习：自制电容器，测出电容的大小；了解电容器在我们生活中的应用 | 拓展练习，学生自由选择 |
视频来源：优质课网 www.youzhik.com
