高中物理《电容器的电容(11)》优质课教案、教学设计

《电容器的电容》教学设计教学目标:1.知道电容器的概念，认识常见的电容器，通过实验感知电容器的充、放电现象；2.理解电容的概念及定义方法，掌握电容的定义公式、单位，并学会应用定义式进行简单的计算；3．通过实验了解影响平行板电容器电容大小的因素，了解平行板电容器的电容公式，知道改变平行板电容器电容大小的方法。

教学重点难点:1．电容的概念是本节的重点和难点，关键让学生理解电容是用比值定义的物理量，电容这个物理量的物理意义。

2．影响平行板电容器电容大小的因素是本节的另一个重点，做好演示实验是突破该难点的好办法。

3．本节的一个次重点是利用前面所学的电学知识解释电容器的充放电问题。

导入新课教学任务：介绍与电容有关的物理学史师生活动：1.富兰克林研究闪电时，他把闪电搜集到一个瓶子中，这个瓶子实际上就是电容器，它是由玻璃瓶内外贴有锡箔制成的，它是由荷兰莱顿大学的一名教授发明的，所以最早叫莱顿瓶。

2.莱顿瓶莱顿瓶是由德国物理学家克莱斯特；荷兰莱顿大学的物理学家穆欣布罗克，于1745 年、1746 年几乎同时发明的。

有一次，克莱斯特用传导的方法给装有钉子的玻璃瓶充电。

当他的一只手拿着玻璃瓶，另一只手接触铁钉时，他感到肩膀和手臂受到了一下猛ft。

穆欣布罗克在做电学实验时，看到好不容易使带电体带上的电很快在空气中消失，便想找出一种保存电的办法。

有一次，他用丝线吊起一支枪管来接收从摩擦起电机玻璃球传来的电。

他在枪管的一端吊一根黄铜线，铜线的下端放在一只盛有水的玻璃瓶中。

穆欣布罗克让助手一只手拿着玻璃瓶，同时自己使劲转动起电机。

助手不慎将另一只手碰到枪管上，感到一阵剧烈的电ft，大喊起来。

穆欣布罗克与助手互换位置，自己一手拿瓶，另一只手去碰枪管，也遭到电ft。

布莱斯特和穆欣布罗克的实验表明，把带电体放在玻璃瓶中可以将电保存起来。

后来人们把这个蓄电的瓶子叫做莱顿瓶。

但是当时克莱斯特并不清楚装有钉子的玻璃瓶为什么能够保存电荷；穆欣布罗克也不知道电荷是保存在瓶子上还是保存在瓶内的水中。

莱顿瓶几经改进后，瓶内外表面都贴上金属箔，瓶上插上一根金属杆，杆上端装有一个金属球，下端用金属链子与瓶内表面接触。

莱顿瓶放电时产生的电火花可以点燃火药、氢气等。

莱顿瓶的出现为进一步研究电现象提供了有力的手段。

其实，莱顿瓶就是一个同轴柱形电容器。

按照克莱斯特和穆欣布罗克的实验，握瓶的手是圆柱形电容器的正极板，水和铁钉(或铜线)是负极板，电介质是玻璃。

瓶中盛水并不能够改变其电容的大小，只是起到让瓶盖上插的金属杆与瓶内表面金属箔连接的作用。

改进后的莱顿瓶内外表面都贴有金属箔，两金属箔分别构成两个极板，电介质是玻璃。

教师出示电容器示教板（上装各种电容器）。

问：大家是否认识这些电学元件？[引入]虽然看起来形式各异，但这些电学元件都是电容器，它在电子仪器中有广泛的应用。

本节来认识电容器及其相关问题。

[板书]电容器的电容。

新课教学（一）电容器实例：出示一纸质电容器并将其拆开，请大家观察它的构造。

观察结果：该元件有两片锡箔（导体），中间一层是薄纸（绝缘）。

引入电容的概念类似这样，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。

实例分析：相邻两同学是否构成电容器？（构成，中间空气是绝缘体，人是导体且靠得近）两个平行金属板夹上一层绝缘物质能否构成一个电容器？（构成，金属板导电是导体，这种电容器叫平行板电容器，其中绝缘物质称之为电介质）学生活动：综合上面分析阅读课本相关内容再思考。

[演示]按图连接线路（注意电源电压不得超过电容器的最大耐压值）。

当S接a和b时，观察电流表指针的偏转情况。

[现象]当S接a时，电流表指针发生偏转。

当S接b时，电流表指针反向偏转。

[CAI课件模拟上述过程][学生活动]2（1）充放电的短暂电流说明什么问题？（2）有电流就有电流做功，会消耗能量，伴随着能量的转化。

在充放电过程中能量如何转化？观察现象，分析规律[教师点拔学生汇报]1、当电容器的两个极板与电源的两极相连时，电路中有电流通过，使电容器的两个极板带上异种电荷，这个过程叫充电。

2、当用导线把已经充电的电容器两极板连接起来时，导线中也有电流通过，最后使电容器的极板不带电，这一过程叫放电。

引申:由于放电的最终结果是两极板都不带电，说明原来两极板所带电荷量异性等量。

我们把这一个极板所带电荷量的绝对值叫电容器的所带电荷量Q。

[问题讨论]1、充放电的短暂电流说明什么问题？2、有电流就有电流做功，会消耗能量，伴随着能量的转化。

在充放电过程中能量如何转化？阅读课本认识电场能。

（极板带电→电场→电场能）点拨:1、充放电电流短暂说明两个过程进行得很快，称之暂态过程。

2、电容器充电：电能→电场能电容器放电：电场能→其它形式能（二）电容思考：1、电容器带的电量是指的是什么？2、电容器能起什么作用？水容器能起什么作用？3、水杯存水的本领大小由什么决定?4、电容器储存电荷的本领的决定因素呢？点拨拓展:电容器→电容→储存电荷、类比容器→储存物质（具体，水杯存水）。

思考:水杯存水的本领大小由什么决定，电容器储存电荷的本领的决定因素呢？学生类比探究:水→容器的容积（本身结构决定）电荷→电容器的电容（本身结构决定）[引入概念]电容：反映电容器储存电荷的本领，用C表示。

[实例展示]问题：如何能表征大容器储存水的本领大（由本身结构决定）？总结：可用水量比深度来判断类比引申：那电容器储存电荷的特性如何表征呢？是否也同水杯储水一样？一样的话，它涉及的是哪些物理量？结合自身的知识体系思考、猜想。

U阅读课本相关内容归纳：1、电容器所带的电荷量Q 与电容器两极板间的电势差U 成正比。

2、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，叫做电容器的电容。

3、公式：C= Q4、单位：法拉（F ）；微法（uF ）；皮法（pF ）。

1F=106uF=1012pF5、电容器的电容由本身结构决定。

Q 由C 、U 决定。

（三）平行板电容器的电容[探究步骤]（1） 投影实验装置把一已充电的平行板电容器和一静电计相连。

（2） 介绍静电计：静电计是在验电器的基础上制成的，用来测量电势差，使用时把它的金属球跟一个导体相连（或者同时接地）从指针的偏移角度就可以测出两个导体间的电势差。

（3） 演示并观察现象a 、保持极板上的电荷量Q 不变，改变两极板的正对面积S ，S 越大，静电计指示的电势差越小；b 、保持极板上的电荷量Q 不变，改变两极板间的距离d ，d 越小，静电计指示的电势U 差越小。

c 、保持Q 、S 、d 都不变，在两极板中间插入电介质，静电计指示的电势差减小。

（4） 分析总结：由C= Q 可知， 在Q 一定的情况下，U 越大，C 越小；由a 得到：S 越大，U 越小，则C 越大。

由b 得到：d 越小，U 越小，则C 越大。

由c 得到：插入电介质，U 减小，C 增大。

理论和实验表明：平行板电容器的电容C 跟介电常量ε成正比，跟正对面积S 成正比，跟极板间的距离d 成反比，即：C=S 4kd[学生活动]了解几种电介质的介电常数（介电常数ε＞1）问题探讨：课本的“思考与讨论”[投影]分析提纲平行板电容器充电后，继续保持电容器与电源相连接，增大d ，那么U 、Q 、E 如何改变？平行板电容器充电后，切断与电源的连接，增大d ，则U 、Q 、E 又如何改变？ 总结：（1） 充电后保持极板与电源相连接的含义是U 不变。

由Q=CU C= S4kdd 则Q=SU 4kd d 增大 Q 减小 由E= U（d 增大，U 不变）E 减小（2） 充电后切断与电源的连接的含义是电容器的电荷量Q 不变。

由 Q=CUC= 则U=Q 4kd S S 4kd d 增大 U 增大又由E=U E= 4k Q Q 不变 E 不变 dS 活动：1、“思考与讨论”的变形推导(d 在减小）2、互动探究体会推导过程和结论的特点，记住该推论条件和结果。

（四）常用电容器阅读课本认识常见的电容器，了解它们的构造及特点。

(1) 常用电容器有哪些？怎样分类？(2) 一般的电容器在电路中用什么符号表示？电解电容和可变电容又用什么符号表示？ 结合自主学习实践应用——辨认电容器示教板的各个电容属于哪一类。

1、ft 穿电压：加在电容器两极板上的最大限度电压，电容工作时电压应低于ft 穿电压。

2、额定电压：指电容器长期工作时所能承受的电压，比ft 穿电压低。

说明：电容器上标的是额定电压。

（五）应用1.根据电容器的电容的定义式C=Q/U，可知( D )A.电容器带电的电量Q 越多，它的电容C 就越大，C 与Q 成正比B.电容器不带电时，其电容为零C.电容器两极之间的电压U 越高，它的电容C 就越小，C 与U 成反比D.电容器的电容大小与电容器的带电情况无关2、如图所示，描述对给定的电容器充电时，电量Q、电压U，电容C 之间的相互关系图象，其中错误的是(A)3、电容器A 比电容器B 的电容要大，这表明（C ）A、A 所带的电量比B 多B、A 比B 能容纳更多的电量C、两电容器的电压改变1V 时，A 的电量改变比B 大D、A 的体积比B 大4、对电容器的认识正确的是（CD ）A、电容器的电容与所带的电量成正比B、电容器的电容与它两极板的电势差成反比C、电容器所带的电量与两极板之间的电势差的比值可反映电容器储存电荷的能力D、电容器的电容大小与电容器是否带电无关5、连接在电池两极板上的平行板电容器，当两极板间的距离减小时（ABD）A、电容器的电容变大B、电容器极板带的电量变大C、电容器两极板之间的电势差变大D、电容器两极板之间的电场强度变大6、对于水平放置的平行板电容器，下列说法正确的是（B）A、将两板间的距离拉大，电容将增大B、将两极板平行错开，电容将减小C、在两板之间放一层陶瓷板，电容将减小D、在下板表面放一层簿金属板，电容将减小7、要使平行板电容器两极板间的电势差加倍，同时极板间的场强减半，下述四种方法中应采取哪种：A、两极板的电荷量加倍；板间距离为原来的4倍；B、两极板的电荷量减半，板间距离为原来的4倍；C、两极板的电荷量加倍，板间距离为原来的2倍；D、两极板的电荷量减半，板间距离为原来的2倍。

[参考答案]B三、小结四、作业练习七：（3）（4）容 五、板书设计概念：任何两个彼此绝缘又相隔很近的导体组成一个电容器 分类：固定电容器和可变电容器电和电源相连，U 不变 容充电：电源能量→电场能 器 和电源断开，Q 不变放电：电场能→其他形式能电容器所带电荷量：每个极板所带电荷量的绝对值定义式：C=Q/U=△Q/△U ，C 不由Q 、U 决定 电决定式： C=εS/4πkd ， C 由 ε 、S 、d 决定物理意义：描述电容器容纳电荷的本领单位： 1F=1C/V 1F=106uF=1012pF。