《電容器的電容》教學設計

2022-10-13 08:15:05 字數 3690 閱讀 2285

【教學目標】

1、知識與技能

⑴知道電容器是儲存電荷和電場能的裝置;

⑵了解常見電容器的外形、結構和符號;

⑶了解電容器的充、放電過程,了解擊穿電壓、額定電壓的概念;

⑷理解電容的意義,知道其單位,並會用電容定義式進行計算;

⑸了解影響平行板電容器電容的相關因素及其電容的決定式。

2、過程與方法

⑴經歷影響平行板電容器電容因素的**過程,體會其中蘊涵的思想方法:控制變數法,提出問題,定性分析、實驗**與定量分析相結合等;

⑵通過實驗與觀察,了解電容器的構造和特點,通過模擬法理解電容器的電容概念。

3、情感態度與價值觀

⑴通過介紹電容器的緣起、發展與應用,滲透sts教育思想;

⑵滲透事物的本質是有自身的因素即內因決定,不由外因決定的觀點。

【教學重點】電容的概念

【教學難點】電容的引入與理解

研究影響平行板電容器電容大小因素的實驗**

【教學方法】問題討論,理論**與實驗**相結合,模擬方法,動畫模擬

【教學用具】電容器示教板,靜電計,平行板電容器,電介質板,起電機,電池組,導線,單刀雙擲開關,多**與課件

【教學流程】

【教學過程】

創設情景,例項引入:

**展示——電視、電腦等線路板

出示電容器示教板(上裝各種電容器)

提出課題:電容器到底是什麼樣的元件?它的作用、構造、原理是什麼?

本節課就要研究這些問題。

電容器產生的歷史淵源:(介紹略)

(一) 電容器

例項**:出示一紙質電容器並將其拆開,請學生觀察。

結論:有兩片錫箔(導體),中間是一層薄紙(絕緣)。

1、概念:能儲存電荷的元件

2、構造:實際上,任何兩個彼此絕緣又相距很近的導體都可以看成乙個電容器。

問題討論:

兩平行導體板夾上一層絕緣物質(空氣也算)能否構成電容器?

2、充電、放電

演示:連線如圖的電路

現象觀察:當接a時,g偏轉

當接b時,g反偏

分析:充電—— 充電電流; 電流的方向:流向正極能量的轉化:電能電場能

放電—— 放電電流; 電流的方向:流出正極能量的轉化:電場能其他形式能量

(二) 電容

提出問題1:既然電容器是用來儲存電荷的,而不同電容器容納電荷的本領是不同的,我們應該用乙個物理量表示電容器容納電荷的能力,這應是乙個怎樣的物理量呢?

定性分析:對乙個電容器來說,其儲電能力應該是一定的,我們找到的這個物理量對這個電容器來說也應該是不變的。

問題2:對乙個結構一定的電容器,給它帶上一定的電荷量q,兩極間也就有了一定的電勢差u,q與u能用來表示電容器的儲存能力嗎?

學生:(不能,原因分析)

進一步研究:

①實驗表明,q增加為原來的幾倍,u也增加為原來的幾倍,而兩者的比值q/u,對同一電容器是一定的(這符合我們的要求)。

②比值大,意味著在相同的電壓情況下,能帶的電荷量越大,這正能說明其儲電能力強。

對電容概念的總結:

1、定義:電容器所帶的電荷量q與電容器兩極板間的電勢差u的比值

2、定義式:,或者(比值定義)

3、物理意義:c是表示電容器容納電荷本領的物理量。

4、單位:在國際單位制中單位是法拉(f),1f=1c/v

1μf=10-6f, 1рf=10-12f

常見電容器,一般是幾十pf到幾千μf之間

模擬理解:

5、對電容的理解:

1、用比值法定義物理量的特點

2、與水容器對比理解

水容器h s v

電容器u c q

【例題1】乙個電容器,充電後所帶電荷量為q=4×10-6c的電荷量時,它的板間電勢差u=2v,由此可知,該電容器的電容是f。

如果再充進4×10-6c的電荷量,其電容為f。

如果用導線將電容器兩極相連,放電後,其電容為f。

學生活動:(略)

小結:c取決於電容器自身結構而與是否帶電無關。模擬:水桶的儲水能力在設計好後就確定了,與是否使用無關。

過渡:通過上面的學習我們知道電容是電容器儲存電荷本領的物理量,與u和q 都沒有關係,只與電容器的本身的構造有關。那麼和什麼因素有關?

有什麼知道呢?我們下面研究平行板電容器的電容與什麼因素有關

(三)研究影響平行板電容器電容大小的因素

1、提出課題:平行板電容器是最簡單,也是最基本的電容器,幾乎所有的電容器都是平行板電容器的變形,所以我們從研究平行板電容器入手,**決定其電容大小的因素。

問題:決定平行板電容器電容的那些因素從哪兒去找?

2、定性分析

①電容是表徵電容器容納電荷本領的物理量,因此它只與電容器自身的內部結構有關,與其它量(q、u)應該無關,環境因素也可不予考慮

②研究電容器內部的結構因素:

③方法分析:控制變數法

④實驗裝置分析:

3、實驗**

⑴改變平行板兩極板的距離d

現象:d↓ 偏角uc↑

d↑ 偏角uc↓

⑵改變平行板兩極板的正對面積s

現象:s↓ 偏角uc↓

s↑ 偏角uc↑

⑶兩極板間插入絕緣介質(保持q、s、d不變)

現象:插入電介質偏角↓    u↓     c↑

4、進一步的研究(引申)

以上實驗還只是定性分析,從理論角度進行定量研究,表明:

⑴當平行板電容器兩極板之間是真空時,

⑵當板間充滿同一種介質時,電容變大為真空時的倍,即

5、相對介電常數是乙個與電介質性質有關的常數(無單位)。 讀表1.8—1,空氣的近似為1(一般性研究中,空氣對c的影響可以忽略)(水指純淨水)

【例題2】平行板電容器的電容是比較少的,桌上的平行板電容器的電容,半徑約0.1m,試求其電容c的大小。

學生活動:(2.8pf)

問題:若要得到2μf的電容,每個極板的面積要做多大?(試與窗戶作個比較)

學生活動:(22.6m2,約10倍)

(四)常見的電容器介紹

1、從構造上看,可分為固定電容器和可變電容器

2、固定電容器根據材料不同,常見的有:

[, ]

[, ](電容比較大,有極性),符號:

3、可變電容器

符號: 演示:動片,定片

問題:試分析變容原理?

(五)小結:

電容器由兩片導體為極板,中間隔以電介質構成。

電容c是描述電容器容納電荷本領的物理量。

(六)鞏固練習與應用拓展

1、課堂練習:

如圖所示,給電容器充電,靜電計指標偏轉乙個角度。

以下情況中靜電計的指標偏角增大還是減小?

⑴把兩板間的距離減小;

⑵把兩板間的正對面積減小;

⑶在兩板間插入相對介電常數較大的電介質。

學生活動:(減小;增大;減小)

2、拓展應用:電容式感測器介紹

感測器是把非電物理量(如位移、速度、壓力、溫度、流量等)轉換成易於測量、傳輸、處理的電學量(如電壓、電流、電阻、電容等)的一種元件。非電物理量→→電學。

電容式感測器是常見的一種,試分析圖中的電容式感測器是測________的電容式感測器,原理是

(答案要點:測量壓力f。當待測壓力f作用於可動膜片電極上的時候,膜片發生形變,使極板間距離d發生變化,引起電容c發生變化.知道c的變化,就可以知道f的變化情況.)

(七)作業:

1、作業本相應的內容。

2、收集常見電容式感測器的資料,分析說明其工作原理。

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