人教版 (2019)必修 第三册电容器的电容教案

这是一份人教版 (2019)必修 第三册电容器的电容教案，共7页。教案主要包含了电容器，电容，平行板电容器，常用电容器等内容，欢迎下载使用。
教学目标
物理观念：学生通过观察和解剖常见的电容器，了解电容器构造。培养学生对概念的形成与掌握能力。
科学思维：通过类比法了解电容器电容的物理意义，并能够运用科学的思维方法分析电容器充放电过程中的电流和电压变化规律。培养学生思维与归纳总结的能力。
科学探究：通过实验观察电容器的充放电，了解电容器的作用。培养学生分析问题的能力。
科学态度与责任：通过本节课的学习，学生掌握了电容器的基本工作原理，能查阅资料举例说明电容器的在我国生产生活领域的应用，增强学生的爱国情怀和民族自豪感。
教学重点：
1.实验探究电容器两极板间电势差与所带电荷量的关系。
2. 理解电容的定义及定义方法。
教学难点：
1. 通过实验观察电容器充放电过程。
2. 了解影响平行板电容器电容大小的因素。
教学过程
情景引入：
一个世纪以来，科学家们一直用静电发生器产生静电。但怎样能储存电荷呢？这可难坏了当时的科学家们。
出示图片：莱顿瓶。并说明莱顿瓶是一种最早用来贮存电荷的电容器。
与电阻一样，电容器也是电路中最常见的元件之一，在生活中有广泛应用。出示图片：电路板上的电容器，拆解纸质电容器的内部结构。
总结共同点：两个导体中间夹一个绝缘体。图片展示最简单的电容器：平行板电容器，以及电容器的符号。
新课教学：
一、电容器
1.定义：任何两个彼此绝缘且又相隔很近的导体就构成了一个电容器。
2.构造
（1）两个金属板叫作电容器的极板。
（2）中间的绝缘材料叫电介质
空气也是一种电介质
（3）作用：存储电荷(存储电能)
思考：电容器是怎样“装进”和“倒出”电荷的呢？
3.观察电容器的充、放电现象
（1）实验器材：把直流电源、电阻、电容器、电流表、电压表以及单刀双掷开关
（2） 实验电路
（3）实验步骤
= 1 \* GB3 \* MERGEFORMAT ①把开关S接1，此时电源给电容器充电，观察实验现象。
出示：电源给电容器充电动画视频
现象：通过观察电流表可以知道，充电时电流由电源的正极流向电容器的正极板。同时，电流从电容器的负极板流向电源的负极。随着两极板之间电势差的增大，充电电流逐渐减小至 0，此时电容器两极板带有一定的等量异种电荷。另外，在充电过程中，还可以看到电压表示数迅速增大，随后逐渐稳定在某一数值，表示电容器两极板具有一定的电势差。
出示电容器的充电完成的电路图
充电：使原本不带电的两板带上等量异种电荷的过程
两板分别带等量异种电荷，每个极板带电量的绝对值叫电容器的带电量。
注意：即使断开电源，两极板上的电荷由于相互吸引而仍然被保存在电容器中。
= 2 \* GB3 \* MERGEFORMAT ②把开关S接2，电容器对电阻R放电。
出示电容器放电动画视频
（1）现象：观察电流表可以知道，放电电流由电容器的正极板经过电阻R流向电容器的负极板，正负电荷中和。
此时两极板所带的电荷量减小，电势差减小，放电电流也减小，最后两极板电势差以及放电电流都等于0。
出示电容器的放电完成的电路图
放电：用导线将充电后的电容器两极接通，两极失去电荷的过程，叫电容器的放电。
出示电容器用导线将充电后的电容器两极接通的图片
解释：电容器两极正负电荷通过导线中和。
电容器的充、放电现象视频
总结：电容器充电的过程中，两极板的电荷量增加，极板间的电场强度增大，电源的能量不断储存在电容器中；
放电的过程中，电容器把储存的能量通过电流做功转化为电路中其他形式的能量。
（4）拓展学习 用传感器观察电容器的放电过程
实验电路和器材如图
实验步骤（1）照图连接电路。电源用直流 8 V左右，电容器可选几十微法的电解电容器。
（2）先使开关 S 与 1 端相连，电源向电容器充电，这个过程可在短时间内完成。
（3）然后把开关 S 掷向 2 端，电容器通过电阻 R 放电，传感器将电流信息传入计算机，屏幕上显示出电流随时间变化的 I-t 图像
思考1.在图中画一个竖立的狭长矩形，它的面积的物理意义是什么？
一个电容器放电的 I-t 图像
根据图象的含义，因Q=It，所以竖直狭长矩形的面积表示电容器的放电量。
怎样根据 I-t 图像估算电容器在全部放电过程中释放的电荷量？图象与坐标轴围成的面积。
二、电容
电容器充电的实验中，当电容器两极板之间的电势差增大时，电流表的示数不为 0，这表明电容器所带的电荷量也在增加。那么，电容器所带的电荷量跟两极板间的电势差是否存在某种定量关系？
实验：探究电容器两极板间电势差跟所带电荷量的关系
实验步骤
（1）按照如图所示电路图连接电路。
播放实验视频
实验结论
电容器的电荷量变为原来的一半时，其两极板间的电势差也变为原来的一半。
精确的实验表明，一个电容器所带的电荷量Q与两极板之间的电势差U之比是不变的。
电容定义：电容器所带的电荷量跟它的两极板间的电势差的比值，叫做这个电容器的电容，用 C 表示。
2. 定义式：
Q指每一个极板带电量绝对值，U表示电容器两板的电势差—电压
电容器电容定义式也可以写成：
数值上等于使两极板间的电势差增加1V时，所需要的电荷量。
单位：法拉（F）；微法（uF）；皮法（pF）
关系：1F=106uF=1012pF
物理意义：
电容是反映电容器储存电荷的本领的物理量。
三、平行板电容器
拓展学习 平行板电容器的电容
平行板电容器是最简单的，也是最基本的电容器。几乎所有电容器都是平行板电容器的变形。平行板电容器的电容是由哪些因素决定的呢？
1.实验器材
静电计、平行板电容器、电介质（例如有机玻璃板）
2.实验步骤
（1）保持极板上的电荷量 Q 不变，两极板间的距离 d 也不变，改变两极板的正对面积 S，观察静电计指针的变化得到两极板之间电势差的变化。根据电容的定义式 ，得到正对面积 S 对电容 C 的影响。
如图减小两极板的正对面积 S，静电计指示的电势差增大，C减小。
（2）保持极板上的电荷量 Q 不变，两极板的正对面积 S 也不变，改变两极板间的距离 d，通过静电计指针的变化可得到两极板之间的距离 d 对电容 C 的影响。
如图增大两极板间的距离 d，静电计指示的电势差增大，由 知C减小。
（4）保持 Q、S、d 都不变，在两极板间插入电介质，例如有机玻璃板。通过静电计指针的变化可得到两极板之间电介质的存在对电容 C 的影响。
如图在两极板间插入电介质，静电计指示的电势差减小，由 知C增大。
3.理论和实验表明
平行板电容器的电容C跟相对介电常数εr成正比，跟正对面积S成正比，跟极板间的距离d成反比，即：
εr是一个常数，与电介质的性质有关，叫作电介质的相对介电常数。
四、常用电容器
1. 固定电容器通常以电解质的种类命名，以聚苯乙烯薄膜为电介质，把两层铝箔隔开，卷起来，这种电容器叫聚苯乙烯电容器。电解质为云母的叫做云母电容器。
出示图片：聚苯乙烯电容器
还有一种固定电容器叫电解电容器，是用铝箔作为一个极板，用铝箔上很薄的一层氧化膜为电介质，用浸过电解液的纸作为另一个极板制成的，这种电容器有正负之分。由于氧化膜很薄，所以电容较大。
出示图片：电解电容器
可变电容器：由两组铝片组成，它的电容是可以改变的。固定的一组铝片叫作定片，可以转动的一组铝片叫作动片。转动动片，使两组铝片的正对面积发生变化，电容就随着改变。
出示图片：可变电容器
超级电容器
超级电容器是20世纪70年代根据电化学原理研发的一种新型电容器，超级电容器的充电时间短，储存电能多，放电功率大，使用寿命长。这些优点展现了它作为新型动力电源的广阔发展前景。
击穿电压和额定电压
加在电容器两极板上的电压不能超过某一限度， 超过这个限度，电介质将被击穿，电容器损坏。这个极限电压叫作击穿电压。
电容器外壳上标的是工作电压，或称额定电压，这个数值比击穿电压低。
课堂小结：
1.任何两个彼此绝缘且又相隔很近的导体就构成了一个电容器
2.电容器的充、放电现象
（1）充电：使原本不带电的两板带上等量异种电荷的过程叫电容器的充电
（2）放电：用导线将充电后的电容器两极接通，两极失去电荷的过程，叫电容器的放电。
3（1）电容器所带的电荷量跟它的两极板间的电势差的比值，叫做这个电容器的电容，用 C 表示。
（2） 定义式：
3.平行板电容器的电容