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熱門關(guān)鍵詞： 小學(xué)四年級(jí)語文 三角形 三角形 八年級(jí)歷史 搖籃曲 端午節(jié)的由來
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視頻標(biāo)簽：物理創(chuàng)新大賽,電容器的電容
所屬欄目：高中物理優(yōu)質(zhì)課視頻
視頻課題：江蘇省物理創(chuàng)新大賽（高中）《電容器的電容》（附課件+教學(xué)設(shè)計(jì)+學(xué)案）-張中林
教學(xué)設(shè)計(jì)、課堂實(shí)錄及教案：江蘇省物理創(chuàng)新大賽（高中）《電容器的電容》江蘇省淮安市淮海中學(xué)-張中林
人教版高中物理選修3-1
§1.8 電容器的電容
江蘇省淮海中學(xué) 張中林
教材分析
電容器是一種重要的電學(xué)元件，在電氣設(shè)備中有著廣泛的應(yīng)用。學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了研究電容器需要涉及的電勢(shì)差、電荷量等知識(shí)，同時(shí)也基本掌握了比值定義法、控制變量法等研究物理問題的方法，具有了一定的用數(shù)學(xué)工具解決物理問題的能力。所以本節(jié)教學(xué)的核心是引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用所學(xué)的知識(shí)與形成的方法研究電容器,探究電容概念的內(nèi)涵。
電容的概念是本節(jié)的重點(diǎn)，也是難點(diǎn)。電容又是一個(gè)比值定義的物理量，引出這一比值的關(guān)鍵，學(xué)生知道電容器容納電荷的本領(lǐng)是定的，而電容器所帶的電荷量與兩極板間的電勢(shì)差成正比，其比值能反映電容器本身的性質(zhì)。
影響平行板電容器電容大小的因素是本節(jié)教學(xué)內(nèi)容的又一難點(diǎn)，在引導(dǎo)學(xué)生做好教科書中的演示實(shí)驗(yàn)的前提下，由定性實(shí)驗(yàn)到定量探究是突破該難點(diǎn)的好辦法，符合學(xué)生認(rèn)知規(guī)律，學(xué)生也更易于接受。
教學(xué)設(shè)計(jì)思路
本節(jié)課是一節(jié)物理概念形成課，主要通過問題探究和實(shí)驗(yàn)探究開展教學(xué)。先讓學(xué)生觀察電容器放電現(xiàn)象，既激發(fā)了學(xué)生興趣，又為學(xué)生了解電容器的作用做鋪墊。再通過自制電容器讓學(xué)生體驗(yàn)“觸電”感覺，感受電容器的儲(chǔ)電作用(對(duì)比不同電容器，儲(chǔ)電能力不同)，給學(xué)生一種真實(shí)的體驗(yàn)與認(rèn)識(shí)，并由學(xué)生通過觀察自制電容器，了解電容器的構(gòu)造，這樣更符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律。
通過學(xué)生自主觀察電容器的充、放電過程中靈敏電容計(jì)指針的偏轉(zhuǎn)情況，定性了解充、放電過程的特征；由于電容器的充、放電時(shí)間極短，學(xué)生只能觀察電流計(jì)指針有無偏轉(zhuǎn)，以及偏轉(zhuǎn)角度的變化，但對(duì)于固定電容器儲(chǔ)存的電量與電壓之間是否存在定量關(guān)系，采用課本中的實(shí)驗(yàn)無法達(dá)到這一目的，根據(jù)這一實(shí)驗(yàn)就得出電量與電壓的比值為定值不能令學(xué)生信服。為了克服這一障礙，本節(jié)課進(jìn)一步用電流傳感器代替電流計(jì)，與學(xué)生共同實(shí)驗(yàn)，再次觀察電容器的充、放電，這一方面可以進(jìn)一步說明通過不同的實(shí)驗(yàn)器材，得到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是相同的，但實(shí)驗(yàn)的精度不一樣，借助電流傳感器可以較好地顯示電容器充、放電的短暫過程，并通過電腦輸出電流隨時(shí)間變化的波形圖，借助數(shù)學(xué)工具積分的方法通過電腦直接求出電量。學(xué)生通過這一實(shí)驗(yàn)，直觀形象的建立了充、放電暫態(tài)過程，也解決了指針偏轉(zhuǎn)后是自由返回，還是充、放電有約束式返回。尤其是可以通過電腦處理數(shù)據(jù)，運(yùn)用圖表功能直接快速描點(diǎn)，便于學(xué)生觀察，并很容易得出定值電容的電壓與電量的線性關(guān)系。通過實(shí)驗(yàn)學(xué)生能夠明白“電容”概念的內(nèi)涵及其物理意義，同時(shí)進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生利用圖像處理問題的能力，為突破難點(diǎn)作了前期鋪墊。
通過學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，利用控制變量法定性探究平行板電容器的電容與哪些因素有關(guān)。在學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)得出幾個(gè)量與電容的定性關(guān)系后，學(xué)生可能會(huì)有這樣的疑問：課本上的實(shí)驗(yàn)只能說明面積、距離等變化會(huì)影響電容，但它們到底有怎樣的關(guān)系？課本上僅用一句“理論分析表明”就得到平行板電容器在真空中的定量關(guān)系式，很多學(xué)生對(duì)此不能信服。為此教者對(duì)課本實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)，將兩塊相同的金屬板電容器換成自制電容器，借助數(shù)字式電容表直接觀察電容的大小。在同一玻璃板上貼四塊金屬箔，形成四個(gè)面積相同的電容器，其中一個(gè)電容器由銅箔制成，其余三個(gè)由錫箔制成。首先通過比較銅箔與錫箔制成的只有極板材料不同的電容器電容的大小，說明電容的大小與極板材料無關(guān)；其次在保持其它條件不變的情況下，改變面積。面積的改變是用相同面積的電容器串起來以得到1S、2S、3S、…，觀察并記錄不同面積下電容大小，這樣設(shè)計(jì)的好處是節(jié)省面積的測(cè)量與計(jì)算，增加了課堂容量。然后進(jìn)一步運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)，處理數(shù)據(jù)，得到電容C與面積S的線性關(guān)系。對(duì)于電容C與距離d的關(guān)系的研究，教者也自制了電容器，通過改變介質(zhì)板的塊數(shù)進(jìn)而得到板間距離為1d、2d、3d…的電容器，進(jìn)而運(yùn)用前面的方法進(jìn)一步探究C與d的關(guān)系。學(xué)生親歷了電容儲(chǔ)電能力決定因素的探究過程，理解了電容決定式的意義。在此基礎(chǔ)上，教師再補(bǔ)充僅電介質(zhì)不同的電容器電容的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，這樣的層層鋪墊，由注重結(jié)果向注重過程的轉(zhuǎn)變，符合學(xué)生認(rèn)知規(guī)律。學(xué)生親歷體驗(yàn)過程，遞進(jìn)式感悟，從而理解電容的概念，突破難點(diǎn)。
教學(xué)目標(biāo)
知識(shí)與技能
1.知道電容器的概念，認(rèn)識(shí)常見的電容器；
2. 理解電容的概念及定義方法，掌握電容的定義公式、單位，并會(huì)應(yīng)用定義式進(jìn)行簡單的計(jì)算；
3. 通過實(shí)驗(yàn)了解影響平行板電容器電容大小的因素，了解平行板電容器的電容公式，知道改變平行板電容器電容大小的方法。
過程與方法
1.通過實(shí)驗(yàn)感知電容器的充、放電過程；
2.通過實(shí)驗(yàn)探究電容器帶電量與電勢(shì)差的關(guān)系，運(yùn)用比值定義法定義電容；
3.運(yùn)用控制變量法分別定性、定量探究影響平行板電容器電容大小的因素。
情感態(tài)度與價(jià)值觀
1.培養(yǎng)探究精神，激發(fā)探究熱情；
2.養(yǎng)成實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，形成勤于設(shè)疑、敢于猜想、勇于求證、善于總結(jié)的科學(xué)精神。
教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)
1.電容的概念是本節(jié)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，通過探究電容器帶電量與電勢(shì)差的關(guān)系，理解電容器電容的定義；
2.影響平行板電容器電容大小因素的探究是本節(jié)的難點(diǎn)，利用學(xué)生實(shí)驗(yàn)進(jìn)行定性的探究，運(yùn)用演示實(shí)驗(yàn)進(jìn)行定量探究突破難點(diǎn)。
教具準(zhǔn)備
10組電容器充放電實(shí)驗(yàn)（每組干電池兩節(jié)，導(dǎo)線5根，電容器一只；單刀雙擲開關(guān)一只、靈敏電流計(jì)一只），自制電容器若干，自制電容器充放電示教板，電流傳感器，多媒體電腦，平行板電容器，靜電計(jì)，常見電容器示教板，感應(yīng)起電機(jī)，毛皮，橡膠棒、一只大電容器等。
教學(xué)流程圖
教學(xué)過程
| 教學(xué)流程 | 教師活動(dòng) | 學(xué)生活動(dòng) | 設(shè)計(jì)意圖 |
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引入 演示實(shí)驗(yàn) |
由電容器火花放電引入 問題設(shè)計(jì)： 你看到、聽到了什么？ 由此你想到了什么？ |
引發(fā)思考問題：什么是電容器？ |
激發(fā)學(xué)生興趣，引發(fā)學(xué)生思考。 |
| 階段總結(jié) | 我們把象這樣能夠儲(chǔ)存電荷的容器稱為電容器。 | 引入電容器 | |
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新課 一、電容器 1．構(gòu)造 2．充電、放電 |
展示自制的電容器，讓學(xué)生體驗(yàn)電容器“儲(chǔ)電”作用，并分析電容器的構(gòu)造。 問題設(shè)計(jì)：電容器為什么能夠儲(chǔ)存電荷呢？ （注意安全，讓學(xué)生用一手觸摸。） |
通過觀察、體驗(yàn)自制電容器放電實(shí)驗(yàn)，了解電容器的作用，認(rèn)識(shí)電容器的構(gòu)造。 分析電容器能夠儲(chǔ)存電荷的原因 |
自制電容器，結(jié)構(gòu)簡單且更易說明電容器的構(gòu)造，直觀形象，更有真實(shí)感，學(xué)生容易接受。 |
| 轉(zhuǎn)折性引導(dǎo)：剛才這個(gè)電容器威力很大，冒火花，但老師自制的電容器卻只能讓**同學(xué)有 “麻”的觸電感覺，說明電容器儲(chǔ)存電的本領(lǐng)不一樣，為了進(jìn)一步探究，老師設(shè)計(jì)了這樣一個(gè)電路圖。投影展示 | 比較引入不同電容器容納電荷的本領(lǐng)不同 | ||
| 問題設(shè)計(jì)：用不同數(shù)目的電池充電，電容器帶電量是否相同？ |
a、相同，同一個(gè)電容器儲(chǔ)存電荷的本領(lǐng)應(yīng)該不變，所以帶電量應(yīng)該相同； b、不同，兩板間電勢(shì)差越大，帶電量應(yīng)該越多。 |
引發(fā)學(xué)生思考：是否能用帶電量的多少來表征電容器容納電容本領(lǐng)的大小。 | |
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引導(dǎo)學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，啟發(fā)學(xué)生觀察、思考；體驗(yàn)電容器的充、放電過程。 問題設(shè)計(jì)：不同節(jié)數(shù)干電池充電，怎樣判斷電容器帶電量的多少？ |
分組實(shí)驗(yàn)，觀察靈敏電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)情況。 思考： 是否偏角越大說明帶電量越多？ |
學(xué)生可能僅觀察電容器充放電過程電流變化的特點(diǎn)（時(shí)間的影響不明顯，學(xué)生可能注意不到），引入電流變化與電容器帶電量的關(guān)系。 | |
| 轉(zhuǎn)折性引導(dǎo)：為了更進(jìn)一步探究電容器充、放電過程特點(diǎn)，老師用電流傳感器代替靈敏電流計(jì)，它可以捕捉到瞬間電流的變化。借助電流傳感器可以通過電腦直接輸出電流隨時(shí)間變化的波形圖。下面哪位同學(xué)愿意來協(xié)助老師完成實(shí)驗(yàn)？ | 學(xué)生參與演示實(shí)驗(yàn) | 借助電流傳感器更進(jìn)一步探究Q與U的關(guān)系，進(jìn)而引入電容的概念。 | |
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二、電容 1、定義 2、定義式 3、單位 4、物理意義 |
Dislab演示實(shí)驗(yàn)：同一電容器在不同電壓下的充放電現(xiàn)象。 引導(dǎo)學(xué)生分析i—t圖像： 運(yùn)用微元思想，借助計(jì)算機(jī)求出電容器所帶電荷量。 |
學(xué)生分析：可以用這個(gè)波形圖所包圍的面積代表電量Q，就象我們高一學(xué)習(xí)變速運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，用v-t圖象的面積代表位移一樣； |
展示v-t圖i-t圖的類比 5條i—t圖線展示在一個(gè)屏幕中，易于比較； |
| 觀察所得的5組數(shù)據(jù)，你有何發(fā)現(xiàn) | 同一電容器，電勢(shì)差越大，極板所帶電荷量越多 | 培養(yǎng)學(xué)生從圖像中獲取信息，處理問題的能力 | |
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問題設(shè)計(jì)： 1、能否說，電容器帶電量越多，容納電荷的本領(lǐng)越強(qiáng)？類比水容器。展示水杯加水，水杯的容量不因?yàn)樗康脑黾佣兇蟆?br /> 2、怎么探究這兩個(gè)量之間的關(guān)系？ |
學(xué)生可能分析結(jié)果： 不能，因?yàn)橥ㄟ^剛才的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，電容器的帶電量是可變的，而它容納電荷的本領(lǐng)應(yīng)該是定的，我們應(yīng)該尋找一個(gè)不變的量來表征它容納電荷的本領(lǐng)。 可以求出每組數(shù)據(jù)的比值，看是否相等，還可以用畫圖的方法，觀察點(diǎn)的分布，看是否在一條直線上。說明：電荷量和電壓的比值  不變。 |
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| 引入電容的概念、單位、物理意義，進(jìn)一步類比水杯裝水 | 讓學(xué)生進(jìn)一步理解電容的物理意義 | ||
| 轉(zhuǎn)折語：既然電容與Q、U都無關(guān)，那么影響電容器電容的因素究竟有哪些呢？展示自制電容器，讓學(xué)生猜想。 |
學(xué)生猜想、推測(cè)： 板間距離 極板的面積（正對(duì)） 電介質(zhì) 極板材料 |
應(yīng)用已有的知識(shí)，學(xué)生猜想有關(guān)因素，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入探究情境。 | |
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三、平行板電容器的電容 （一）學(xué)生實(shí)驗(yàn)：探究影響平行板電容器電容的因素 |
引導(dǎo)學(xué)生利用給定的器材設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，小組討論，說出實(shí)驗(yàn)的方法與思路并完成實(shí)驗(yàn) |
學(xué)生設(shè)計(jì)方案、交流 說出本組的實(shí)驗(yàn)方法與思路 實(shí)驗(yàn)探究 |
學(xué)生經(jīng)歷探究過程，了解決定平行板電容器電容大小的因素，體會(huì)物理思想與方法。 |
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1、 引導(dǎo)學(xué)生展示實(shí)驗(yàn)結(jié)果 2、 根據(jù)你們組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，你們猜想一下，這幾個(gè)量與電容能成什么樣的關(guān)系？ |
1、 學(xué)生展示實(shí)驗(yàn)結(jié)果 2、可能的猜想：面積S與C成正比，距離d與C成反比，不同介質(zhì)性質(zhì)不同，影響電容的大小。 |
先由學(xué)生定性分析、猜想，層層推進(jìn)教學(xué) | |
| 那么極板材料對(duì)電容大小是否有影響呢？ | 學(xué)生思考回答 | 引發(fā)學(xué)生思考，進(jìn)一步與水杯類比 | |
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三、平行板電容器 （二）教師演示實(shí)驗(yàn) 階段總結(jié)1 階段總結(jié)2 介紹相對(duì)介電常數(shù) |
自制實(shí)驗(yàn)演示： 1．只有極板材料不同；(銅箔、錫箔) 2．只有面積不同； 3．只有距離不同； |
學(xué)生觀察： 1．與極板材料無關(guān)； 2．與正對(duì)面積成正比； 3．與距離成反比； |
運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，了解電容器的應(yīng)用 注意物理思想和方法的總結(jié) |
| 理論分析表明，當(dāng)介質(zhì)為真空時(shí) | 考慮學(xué)生認(rèn)知規(guī)律，先引入真空時(shí)電容的決定式 | ||
| 4．只有介質(zhì)不同，進(jìn)一步演示實(shí)驗(yàn)； | 4、不同材料制成的電容器電容相差很大 |
由真空到其它介質(zhì)，層層推進(jìn)，學(xué)生易于接受 由決定式進(jìn)一步引入比法拉小的單位  ，幫助學(xué)生理解、接受進(jìn)一步開拓學(xué)生視野 |
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當(dāng)兩板間充滿某種介質(zhì)時(shí)，電容C為真空中的 倍： |
學(xué)生了解相對(duì)介電常數(shù)及平行板電容器電容的決定式 | ||
| 四、常用電容器 |
展示常用電容器示教板 分析可變電容器 |
學(xué)生觀察常見電容器外部特征并總結(jié)電容器的分類 | |
| 課堂小結(jié) | 引導(dǎo)學(xué)生從知識(shí)、方法兩方面進(jìn)行小結(jié) | 學(xué)生總結(jié)，互相補(bǔ)充完善 | |
| 作業(yè)布置 | 拓展練習(xí)：自制電容器，測(cè)出電容的大小；了解電容器在我們生活中的應(yīng)用 | 拓展練習(xí)，學(xué)生自由選擇 |
視頻來源：優(yōu)質(zhì)課網(wǎng) www.jjlqy.cn
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