高中物理《电容器的电容》优质课教案、教学设计
高中物理《电容器的电容》优质课教案、教学
设计
-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN
教学设计
选修3-1 第一章静电场
第8节电容器的电容
【教学目标】
1.知识与技能
⑴知道电容器是储存电荷和电场能的装置；
⑵了解电容器的电容器的外形、结构和符号及充、放电过程
⑶理解电容的意义，知道其单位、并会用电容定义式进行计算；
⑷了解影响平行板电容器电容的相关因素及其电容的决定式。
2.过程与方法
⑴经历影响平行板电容器电容因素的探究过程，体会其中蕴涵的思想方法
⑵通过类比法理解电容器的电容概念。
3.情感态度与价值观
⑴体会类比的方法和控制变量法；培养学生探究的意识和能力；
⑵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，激发学习物理
知识的兴趣。
【教学重点】电容的概念、电容定义式和决定式及其应用
【教学难点】电容的定义和理解
研究影响平行板电容器电容大小因素的实验探究
【教学用具】电容器示教板，静电计，平行板电容器，电介质板，感应起电机
【教学过程】
富兰克林“引电实验”来引出电容器。【莱顿瓶】
图片展示——电视、电脑等线路中的电容器
提出课题：电容器到底是什么样的元件？它的作用、构造、原理是什么？
合作探究1：电容器结构及充、放电现象。
实例探究：出示一纸质电容器并将其拆开，请学生观察。
结论：有两片锡箔（导体），中间是一层薄纸（绝缘）。
合作生成：
1.概念：实际上，任何两个彼此绝缘又相距很近的导体都可以看成一个电容器。
问题讨论：两平行导体板夹上一层绝缘物质（空气也算）能否构成电容器？
a
2.充电、放电过程
A
s
b
E C
=
实验演示 1：连接如图的电路现象观察：当接 a 时，G 偏转
当接 b 时，G 反偏转
分析：充电—— 充电电流； 电能 电场能
放电—— 放电电流； 电场能
其他形式能量
合作探究 2：电容
提出问题：既然电容器是用来储存电荷的，而不同电容器容纳电荷的本领是不同的，我们应该用一个物理量表示电容器容纳电荷的能力，这应是一个怎样的物理量呢？
（引导学生用类比的方法研究：比如电阻） 演示实验 2：（实验电路同上一电路）
不同充电电压时，观察电容器充放电时，灵敏电流计指针的偏转幅度。
（学生能根据数据得到电压越高，电荷量越大；并且能得到粗略的得到电荷量与电压的比值是恒定的。）
课件演示 2：让学生通过观察到的实验现象得到结论：电容器储存的电荷量不仅与电容有关还与充电电压有关。并且根培灵敏电流计指针偏转的幅度，粗略的得到，同一个电容器， 电荷量与充电电压的比值保持不变，为建立电容的概念做好铺垫。
进一步研究：
①实验表明，Q 增加为原来的几倍，U 也增加为原来的几倍，而两者的比值Q/U ，对同一电容器是一定的（这符合我们的要求）。
②比值大，意味着在相同的电压情况下，能带的电荷量越大，这正能说明其储电能力强。
合作生成：
1. 定义：电容器所带的电荷量 Q 与电容器两极板间的电势差 U 的比值
C C = ?Q Q ?U U
2. 定义式：，或者 （比值定义）
3. 单位：
在国际单位制中单位是法拉（F ），1F=1C/V
1μF=10-6F ， 1рF=10-12F
常见电容器，一般是几十 pF 到几千 μF 之间
类比理解：
C 大，意味着 U=1V 时，容纳的电荷量大，储电本领强 不同容器装水，水深都是 1㎝，S 大的容器容纳的水量多 （4）物理意义：C 是表示电容器容纳电荷本领的物理
V1 a h V2
b s
A
S1
S2
E
C
问题讨论：
①S 大，能装水的总量就一定多吗？（不一定，容器的高度h 不同，V=Sh）
②C 大，能储存的电荷量就一定多吗？（不一定，C 能承受的最大电压不同）
（因此，C 大，储电本领大，是指相对于同一电势差U 而言；电容器能容纳的电荷还跟它能承受的最大电压有关。引出ft穿电压、额定电压的概念。）
课堂训练1.
一个电容器，充电后所带电荷量为Q=4×10-6C 的电荷量时，它的板间电势差U=2V，由此可知，该电容器的电容是F。
如果再充进4×10-6C 的电荷量，其电容为F。
如果用导线将电容器两极相连，放电后，其电容为F。
课堂训练2
.对于一给定的电容器，在如下图所示中，描述电容C、带电荷量Q、电压U 之间的相互关系的图线中正确的是（）
小结：C 取决于电容器自身结构而与是否带电无关。
过渡：通过上面的学习我们知道电容是电容器储存电荷本领的物理量，与U 和Q 都没有关系，只与电容器的本身的构造有关。那么和什么因素有关？有什么知道呢？我们下面研究平行板电容器的电容与什么因素有关
合作探究3：研究影响平行板电容器电容大小的因素
1.提出课题：平行板电容器是最简单，也是最基本的电容器，几乎所有的电容器都是平行板电
容器的变形，所以我们从研究平行板电容器入手，探究决定其电容大小的因素。
问题：决定平行板电容器电容的因素有哪些？
2.定性分析
①电容是表征电容器容纳电荷本领的物理量，因此它只与电容器自身的内部结构有关，与其它量（Q、U）应该无关，环境因素也可不予考虑
3 两极板大小（用面积S 表示）
两极板间的距离d
=
②研究电容器内部的结构因素：
③方法分析：控制变量法
④实验装置分析：
3. 实验探究
⑴改变平行板两极板的距离 d
⑵改变平行板两极板的正对面积 S 现象：S↓ 偏角↑
U↑
C↓
C=Q/U
结论
S↑ 偏角↓
U↓ 分析C↑
C=Q/U
结论
⑶两极板间插入绝缘介质（保持 Q 、S 、d 不变）
现象：插入电介质 偏角↓ U↓
C↑
分析
C=Q/U
结论
合作生成 3：
以上实验还只是定性分析，从理论角度进行定量研究，表明： ⑴当平行板电容器两极板之间是真空 C =
时，
S 4πkd
⑵当板间充满同一种介质时，电容变 C 大为真空时的倍，即
εεr r S 4πkd
（3）相对介电常数是一个与电介质性质有 ε r 关的常数（无单位）。读表 1.8—1，空气的近 似为 1（一般性研究中，空气对 C 的影响可以忽略）（水指纯净水） 电容 C 是描述电容器容纳电荷本领的物理量。 定义式 C = Q
适用于任何电容器 C 与Q 、U 无关 决定式
εU S C = r
4πkd
只适用于平行板电容器
反映C 的决定因素
C 与电介质有关
C 与 d 正相关
C 与 d 反相关
Q 不变（离源） U 用静电计测
现象：d↓ 偏角↓
U↓
C↑ d↑ 偏角↑
U↑
C 分
↓ 析
课堂训练3.
（1）平行板电容器的电容是比较小的，桌上的平行板电容器的电容，半径约0.1m，相距0.1m 试求其电容C 的大小。
学生活动：（2.8pF）
（2）若要得到2μF的电容，每个极板的面积要做多大？（试与窗户作个比较）
学生活动：（22.6m2，约 10 倍）S =4πkdC =
合作探究4：常用电容器
1.从构造上看，可分为固定电容器和可变电容器
2.固定电容器根据材料不同，常见的有：
聚苯乙烯电容器；陶瓷电容器