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視頻標(biāo)簽：電容器的放電

所屬欄目：高中物理說(shuō)課視頻

視頻課題：物理教科版高中選修3-1說(shuō)課視頻《用傳感器觀察電容器的放電過(guò)程》四川省成都說(shuō)課視頻+說(shuō)課稿

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物理教科版高中選修3-1說(shuō)課視頻《用傳感器觀察電容器的放電過(guò)程》四川省成都說(shuō)課稿

1.6  用傳感器觀察電容器的放電過(guò)程
大家好，我是來(lái)自成都列五中學(xué)的高博遙。我今天說(shuō)課的題目是《用傳感器觀察電容器的放電過(guò)程》，我將以以下六個(gè)部分做說(shuō)明。
一、教材分析
本節(jié)課是教科版高中物理選修3-1第一章第6節(jié)《電容器》中的實(shí)驗(yàn)，這節(jié)的兩個(gè)重難點(diǎn)分別是電容器的充放電和電容的概念及定義式。電容器的有關(guān)知識(shí)點(diǎn)在整個(gè)電磁學(xué)中貫穿始終，在靜電場(chǎng)、恒定電流和電磁感應(yīng)等知識(shí)模塊均有應(yīng)用。由于電容器的充放電過(guò)程短暫、電容的概念又抽象難以理解，所以在第6節(jié)新課的教學(xué)過(guò)程中進(jìn)行本實(shí)驗(yàn)，觀察電容器的放電過(guò)程可以幫助學(xué)生理解電容的概念、掌握電容器的充放電方法。
 
二、實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)
知識(shí)與技能
1.掌握給電容器充放電的方法；
2.掌握由I-t圖估算電荷量的方法；
3.理解電容的定義式，理解比值定義法的原理。
過(guò)程與方法
1.經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的過(guò)程；
2.通過(guò)分組實(shí)驗(yàn)，提高動(dòng)手能力、協(xié)作意識(shí)和解決實(shí)際問(wèn)題的能力；
情感、態(tài)度與價(jià)值觀
1.通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究激發(fā)學(xué)生的求知欲和創(chuàng)新精神；
2.學(xué)會(huì)與他人合作、交流，具有團(tuán)隊(duì)意識(shí)和團(tuán)隊(duì)精神；
3.體會(huì)圖像的面積這一計(jì)算方法所蘊(yùn)含的物理科學(xué)方法。
三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)
由于以前的教學(xué)器材的局限性，教材并沒(méi)有給出測(cè)定電容器的帶電量的實(shí)驗(yàn)方法。一般可以采取以下兩種實(shí)驗(yàn)方法，定性研究電容器的帶電量和放電電流的方向。在電容器放電電路中，接入小燈泡。放電過(guò)程中，可以觀察到小燈泡有閃亮的過(guò)程，證明電容器帶上了電且有了放電過(guò)程。亦或者在電容器放電電路中，接入靈敏的電流表。在放電過(guò)程中，可以觀察到電流表指針的偏轉(zhuǎn)，且可以讀出放電電流的方向。這兩種常規(guī)實(shí)驗(yàn)方法的弊端在于，一是只能定性研究，無(wú)法定量計(jì)算；二是過(guò)程太過(guò)于短暫，一般放電過(guò)程只有零點(diǎn)幾秒鐘。
利用電流傳感器記錄電容器的放電過(guò)程，以電流隨時(shí)間變化圖形的形式呈現(xiàn)出來(lái)，可以讓學(xué)生直觀感受放電電流的大小變化。由于放電過(guò)程非常短暫，可以設(shè)計(jì)放電電路串聯(lián)一個(gè)電阻，延長(zhǎng)放電時(shí)間，減小放電電流大小。
通過(guò)計(jì)算圖線下所圍成的面積求出電容器在充電結(jié)束時(shí)所帶的電荷量，實(shí)現(xiàn)了電容器帶電量的定量計(jì)算。進(jìn)而改變電容器的充電電壓定量得到電容器兩端電壓和電荷量的關(guān)系，得出電容的定義式，層層遞進(jìn)，得出一系列實(shí)驗(yàn)結(jié)論，輔助新課教學(xué)過(guò)程，強(qiáng)化課本教學(xué)內(nèi)容。
 

• 實(shí)驗(yàn)器材

   學(xué)生穩(wěn)壓電源、電容（470uF或1000uF）、電流傳感器、數(shù)據(jù)采集器（需配套DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)）、單刀雙擲開(kāi)關(guān)、滑動(dòng)變阻器（20歐）、導(dǎo)線
五、實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程
1.學(xué)生自主交流合作，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案
將實(shí)驗(yàn)的第一個(gè)目的——觀察電容器的放電過(guò)程交給學(xué)生，讓學(xué)生根據(jù)該實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路圖，也可引導(dǎo)學(xué)生嘗試不同的實(shí)驗(yàn)電路圖，選擇不同規(guī)格的元件，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象后進(jìn)行討論對(duì)比，最后分析確定最終的實(shí)驗(yàn)電路。

2.得到放電圖像
連接電路，調(diào)整電流傳感器的測(cè)量參數(shù)，記錄電容器的放電過(guò)程。將學(xué)生經(jīng)過(guò)探究獲得的I-t圖像傳輸?shù)浇處熡?jì)算機(jī)上，讓學(xué)生進(jìn)行交流，總結(jié)共性認(rèn)識(shí)，教師點(diǎn)評(píng)結(jié)果。
 
具體的實(shí)驗(yàn)操作如下，按實(shí)驗(yàn)電路圖鏈接好電路。設(shè)置DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)參數(shù)。由于放電過(guò)程短暫，采樣頻率必須很高才能記錄出來(lái)數(shù)據(jù)，可設(shè)置采樣頻率為500Hz。新建圖像，X軸為時(shí)間，Y軸為電流。點(diǎn)擊開(kāi)始
電容器直接放電，可觀察到放電時(shí)間約為0.02s。接入電阻的放電電路，可觀察到放電時(shí)間約為0.3s,極大的延長(zhǎng)了放電時(shí)間便于觀察，且減小放電電流大小避免燒壞器材。
 
3.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析
結(jié)合I-t圖像，引導(dǎo)學(xué)生思考：從理論上分析，圖像下面所圍成的“面積”有什么物理意義？（可類比v-t圖像）如何計(jì)算出這一“面積”？（在
計(jì)算機(jī)頁(yè)面添加坐標(biāo)網(wǎng)格背景，引導(dǎo)學(xué)生估算電容器所帶電荷量的大小。）根據(jù)電容的定義式         估算電容器的電容。
 
4.電容的定義式的再理解
觀察不同電壓對(duì)應(yīng)的電荷量的關(guān)系，體會(huì)電容的定義式的物理意義。分別將充電電壓選擇為4V、8V、12V、16V，再獲得相應(yīng)的電容器的放電圖像。可先定性觀察四個(gè)圖像的形態(tài)是否相似，不同充電電壓下放電電流大小有什么聯(lián)系。通過(guò)圖像面積，分別估算出四次實(shí)驗(yàn)中電容器充電后所帶的電荷量，并填寫在下列表中。


通過(guò)對(duì)上述問(wèn)題的思考和計(jì)算分析，學(xué)生不難得到，對(duì)同一電容器而言，在實(shí)驗(yàn)誤差范圍內(nèi)，是一個(gè)常量，在此基礎(chǔ)上給出電容的定義式       ，也可以換一個(gè)其他容量的電容器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以得到不同的電容器的比值不同的結(jié)論，強(qiáng)化電容的概念。
 
5.誤差分析
引導(dǎo)學(xué)生從實(shí)驗(yàn)原理、過(guò)程、數(shù)據(jù)處理方法等方面進(jìn)行誤差分析。
 
六、實(shí)驗(yàn)效果評(píng)價(jià)
1.采用“分組合作探究的學(xué)習(xí)模式”進(jìn)行教學(xué)，體現(xiàn)以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)的教學(xué)理念，有利于培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力和科學(xué)的探究思維，實(shí)驗(yàn)的結(jié)論與教學(xué)內(nèi)容環(huán)環(huán)相扣，對(duì)教學(xué)起到了良好的輔助作用。
2.通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)，以及與新興的實(shí)驗(yàn)技術(shù)相結(jié)合，學(xué)生的探究情緒高漲，實(shí)驗(yàn)的效率高，體現(xiàn)出學(xué)生對(duì)科學(xué)和實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)熱情。
 
以上就是我本次說(shuō)課的全部?jī)?nèi)容，感謝各位評(píng)委老師提出寶貴意見(jiàn)，謝謝。

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