2022年高二物理 第十三章 《电场》 第八节电容器的电容（1）教案 旧人教版

2022年高二物理 第十三章 电场 第八节 电容器的电容（1）教案 旧人教版教学目标 一、知识目标 1了解电容器概念及基本作用。2了解电容器的结构，了解常用电容器种类。3知道平行板电容器的电容跟哪些因素有关，有什么关系？二、能力目标培养学生的动手操作能力三、德育目标培养学生严谨的科学态度教学重点电容的概念，影响电容大小的因素教学难点电容的概念，电容器的电量与电压的关系，电容的充、放电教学方法类比法、讲授法，实验演示法，计算机辅助教学教学用具1“25V 4700F”电容1只，“25V 1000F”电容1只，电路示教板，J0401型演示用电表，电池1.5V 3只，不同类型的电容器若干只。2计算机，大屏幕，投影仪，自制CAI课件课时安排1课时教学过程一、引入新课两块相互靠近，平行放置的金属板，如果分别带上等量异种电荷，它们之间有没有电场？（同时板书）两金属板间有没有电势差？教师归纳小结由此可见，相互靠近的两金属板构成的装置具有储存电荷的作用，或者说它可以容纳电荷，而两板所带正、负电荷越多，板间电场就越强，两板间的电势差就越大（稍作解释）。那么有什么方法可以使两金属板带上正、负电荷呢？将两金属极分别按到电源的正、负两板上（同时画出电路）将“25V，4700F”电容器（出示实物）充以16V电压，然后短路放电产生白炽的火花，并发出较大的声响。（激发学生学习本节兴趣）然后教师明确告诉学生“电容器可以容纳电荷”。如何解释这一现象呢？（学生疑惑）现在我们来学习有关电容器的知识。（板书课题）二、新课教学1电容器（出示收音机电路板，让学生认识电容器。）电容器是电气设备中的一种重要元件，在电子技术、电工技术中有很重要的应用。收音机、电视机、充电器、电风扇、日光灯等电器中有广泛的应用。（引起学生对电容器学习的重视）（1）电容器的构成在两个相互靠近的导体中间夹上一层绝缘物质（也叫电介质）就是一个电容器。这两个导体叫做电容器的两个极。教师出示平行板电容器、纸介电容器（展开），介绍它们的内部结构，并指出平行板电容器是最简单的电容器，再介绍一般电容器的符号（2）电容器的充电、放电使电容器带电叫做充电，把电容器的一个极板接电池组的正极，另一个极板接电池组的负极，两个极板分别带上了等量的异种电荷，电容器的一个极板上所带电量的绝对值叫做电容器所带的电量，充了电的电容器的两极板之间有电场。两板之间有电势差（电压）使充电后的电容器失去电荷叫做放电，用一根导线把电容器的两极接通，两极上的电荷互相中和，电容器就不带电了，放了电后两极之间不再存在电场，也没有电势差。用发电机使莱顿瓶充电，然后用放电叉使莱顿瓶放电，可产生强烈的电火花，并告诉学生莱顿瓶就是电容器，它是最早在荷兰的莱顿城制成的。用4.5V电池组给200F的电解电容器充电（如下图），电路中G为J0401型演示电表的G档，并联电阻R1=300，对电表起阻尼作用，避免电表表针的固有振动造成假象，串联电阻R2=5k做限流保护作用，当单刀双掷开关K与a点接通的瞬间，G指针偏转，让学生注意观察充电过程中电流表指针的偏转情况，说明充电过程中有瞬时的充电电流通过，显示出充电电流的方向，并看到充电电流逐渐减少至零，充电完毕电容器两极间电势差等于电流两极间的电压。然后将K接b，又可看到放电电流方向和充电电流相反并且电流也逐渐减少到零。（以上装置可安装在自制示教电路板上）演示完毕后，教师要讲解充、放电过程电荷移动，电场、电势差的变化。（如下图）2电容电容器充电后的带电量跟两极板间电势差有什么关系？（学生疑惑，思考片刻）我们用实验来分析。分别用8V、12V、16V电源给“25V 4700F”电容器充电，再放电，观察放电的火花与声响（增加学生感性认识）。结果“25V 4700F”充8V，放电产生桔红色火星，几乎无声音。充12V，放电产生白色炽光，有声音。充16V，放电产生更强的白炽火花，很大声音。由此可知，电容器充电后的带电量Q，是跟它的两极间的电势差（电压）有关的。两极间电势差随所带电量的增加而增加。用不同电容器重做上述实验，又如何？用16V电源分别给“25V 4700F”和“25V 1000F”的电容器充电，再放电。结果“25V 4700F”放电产生白炽的火花放电“25V 1000F”放电产生桔红色的火星放电由此可知，不同的电容器，电势差增加1V所需要增加的电量是不同的。师生总结实验结果同一电容器，两极间电势差随所带电量的增加而增加，对不同的电容器，电势差增加1V所需要增加的电量是不同的。为了表示这种特征，我们把使电容器的两极间的电势差增加1V所需的电量，叫做电容器的电容。两极板间的电势差增加1伏所需的电量多，电容器的电容大。所需电量少，电容器的电容小。因此，电容是表征电容器容纳电荷的本领大小的物理量。这种情形相当于直筒容器容纳水的情形，以下两个不同的容器，要使水面升高1cm所需的水量不同，乙容器比甲容器所需要的水量多，说明了乙容器容纳水的本领比甲容器大。（类比法）电容的符号是C，国际单位制里电容的单位是法拉，简称法，符号是F教师说明法的含义，再介绍较小的单位微法、皮法。电容是表征电容器容纳电荷特性的物理量，它的大小是由电容器的本身结构决定的（如装水容器的装水本领由容器本身结构决定一样）电容器的电容跟两极板的正对面积、两极板的距离以及两极板间的电介质都有关系，增大两极板正对的面积，电容就增大。减少极板间距离，电容也增大。知道了影响电容大小的因素，就可制成各种不同的电容器。3平行板电容器电容电容器中具有代表性的一种。（1）构成：两块平行相互绝缘金属板。构成里可强调一下：两极间距d；两极正对面积S。描述一对平行板的几何特性。注意说明，两板所带电量应是等量异号的（前面实验已证明）。（2）量度：，Q是某一极板所带电量的绝对值。（3）影响平行板电容器电容的因素：实验先说明静电计的作用：指针偏角越大，指针与壳间电势差越大。充电完毕后，断开极板A、B与起电机连线，Q不变，改变A、B极板间距离，可见板间距增大时，静电计指针偏角变大，板间距减小时，静电计指针偏角减小。 分析：d增大，C，Q不变，U增大，C减小。 d增大，C，U减小，C增大。 理论和实验精确证明：C实验 改变AB两板正对面积S，可观察到S增大时，指针偏角变小； S减小时，指针偏角变大。分析：Q不变，U减小，C，C增大，S增大。Q不变，U增大，C，C减小，S减小。理论和实验可精确证明：CS实验固定A、B位置不变，把电介质板插入，可观察到电介质板进入过程中，静电计指针偏角变小。分析：Q不变，U变小，C，C变大。电介质一般指绝缘物质，无自由电荷，电荷可在平衡位置附近做微小振动。当绝缘物质处于外加电场中时，这些电荷受力，其分布将发生一定的变化，在靠近正极板表面上出现负电荷，在靠近负极板表面上出现正电荷。这些电荷不是自由电荷，而是被束缚在电介质上，不能自由移动。这些束缚电荷使板间电场削弱，两板间电势差U降低，从而使静电计指针偏角减小。两极板间插入电介质时比不插入电介质时电容大。给出平行权电容公式：C，为介电常数，k为静电力恒量。这里也可以用能的观点加以分析：电介质板插入过程中，由于束缚电荷与极板上电荷相互吸引力做功，电势能减少，故电势差降低。（4）平行板电容器内电场：实验 （建议）在一块金属板上固定一些细尼龙丝，把两金属板平行正对放置，并用起电机使两板带电，可见尼龙丝几乎垂直于板且相互平行地立起来。从细尼龙丝的分布情况，可看出板间电场的特点。板间电场可看作匀强电场：E=UdU为两板间电势差，d为两板间距。场源关系E而C故EQ不变，板间电场强度E与板间距无关。U不变，电容器始终与电源两极相连，E与d成反比，Q=CU，Q与d也成反比。4常用电容器固定电容器（纸介质、电解、陶瓷、云母电容器）可变电容器出示各种电容器，讲解电解电容器的极性，可变电容器的定片、动片及改变电容大小的原理，介绍常用电容器的符号。三、小结1电容器的结构。2电容器的充、放电。3电容的概念及单位，影响电容大小的因素。4常用电容器。四、布置作业课后习题五、板书设计 电容器电容平行板电容器的电容常用电容器