《電容器電容》教學(xué)設(shè)計

張冬來

一、教材分析

本節(jié)知識與生活聯(lián)系比較緊密，幾乎所有電氣設(shè)備都要用到電容器，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣比較濃厚，因此，教材首先講解了電容器的功用，通過介紹電容器的構(gòu)造及使用，使學(xué)生認(rèn)識電容器有儲存電荷的本領(lǐng)，同時介紹了電容的概念、定義式，再講解電容器的電容與哪些因素有關(guān)。電容器的充放電現(xiàn)象和電容概念，是高中物理教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)之一。

二、學(xué)情分析

學(xué)生沒有接觸過有關(guān)電容的問題，比較抽象，所以接受起來容易覺得生硬。因此，要充分利用實(shí)驗(yàn)和多媒體等直觀手段，多增加一些實(shí)驗(yàn)來增強(qiáng)教學(xué)效果。

三、教學(xué)目標(biāo)

（一）知識與技能

通過觀察思考、合作探究，學(xué)生掌握電容這一概念；理解平行板電容器電容的定義公式。

（二）過程與方法

1.通過對平行板電容器電容的定義公式推導(dǎo)的學(xué)習(xí)，學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究、分析、歸納的思維過程；2.教育學(xué)生在處理實(shí)際問題時，如何忽略次要因素，抓住主要因素，抽象出物理模型，從而對學(xué)生進(jìn)行物理研究方法的培養(yǎng)。

（三）情感態(tài)度與價值觀

在主動學(xué)習(xí)合作探究過程中，體驗(yàn)和諧、流暢、民主、愉悅的學(xué)習(xí)情境，在滿懷熱望的探究中不斷獲得美的感受和成功的喜悅。

四、重點(diǎn)和難點(diǎn)

重點(diǎn)是電容的定義及定義公式，難點(diǎn)是學(xué)生沒有接觸過有關(guān)電容的問題，而讀了這一段以后又要過好久才再見到它，所以接受起來容易覺得生硬。因此，要盡可能結(jié)合實(shí)際講，并要把道理盡可能講明白，避免學(xué)生死背公式。

五、教學(xué)用具

靜電計、平行板電容器、枕形導(dǎo)體、有機(jī)玻璃板、有機(jī)玻璃棒、絲綢幾種常見的電容器。

六、教學(xué)方法

啟發(fā)探究式教學(xué)、多媒體輔助教學(xué)。

七、課時安排

一節(jié)課

八、教學(xué)過程

（一）介紹電容器

圖1

1.演示；將平行板電容器的一板A放在靜電計上，將靜電計外殼接地，用絲綢摩擦過的玻璃棒使A帶正電，靜電計張開一個角度，然后用不帶電的枕形導(dǎo)體B接近A，看到靜電計張角減小，用手摸B，張角更小，問為什么？

先要弄清張角大小由什么決定，告訴學(xué)生這個儀器叫靜電計，與初中見過的驗(yàn)電器類似，它的張角的大小由指針和外殼之間的電勢差決定，這點(diǎn)現(xiàn)在不便論證。

總結(jié)：A帶正電后，電勢為正的某一值，對應(yīng)一個張角，B接近A，產(chǎn)生靜電感應(yīng)，近端帶負(fù)電，遠(yuǎn)端帶等量正電，它們分別都在A處產(chǎn)生負(fù)、正電勢。負(fù)電近，影響大，所以A電勢下降，張角減小（可舉數(shù)字例子說明）。摸B，即B接地，正電荷到地球上，A電勢更低，張角更小。

2.由此實(shí)驗(yàn)看到：A、B兩導(dǎo)體接近，在A帶電不變的情況下，可使A與地（即A與B）間電勢差減小。若使A、B間恢復(fù)原來的電勢差，則A需帶更多的電量，所以兩導(dǎo)體接近時在一定電勢差下，可以“容納”較多的電量。從這個含義出發(fā)，人們把互相靠近而又彼此絕緣的兩個導(dǎo)體叫做電容器。

（二）電容器的電容

1.演示：用圖1實(shí)驗(yàn)，去掉枕形導(dǎo)體，手拿平行板電容器的另一板B（相當(dāng)B接地），放于正對A的一個位置，在A帶正電后，靜電計有一張角，手拿B使之更接近A，張角減小。

問：為什么？

根據(jù)前一演示，學(xué)生中會有人能解釋。

總結(jié)：B上負(fù)電量與A上正電量相等。B更靠近A時，負(fù)電荷在A處產(chǎn)生的負(fù)電勢的絕對值更大，A的電勢更低，所以張角減小。

2.此實(shí)驗(yàn)說明：A、B距離更近，在板上帶電量不變的情況下，A、B電勢差更小，即在相同的電勢差下，A、B越近時，電容器可“容納”更多的電量，為了把電容器可“容納”電量多少的能力描述出來，我們引入一個物理量叫電容。（“容納”不是科學(xué)術(shù)語，暫這樣用，下面再說明。）

問：我們應(yīng)該怎樣去比較電容器所帶電量呢？如電容器A每板帶電2庫侖時，板間電壓為2000伏，電容器B每板帶電3庫侖時，板間電壓為4000伏，能否說B可“容納”電荷的能力大呢？

答：否，它們的電壓不同，應(yīng)在相同電壓下比較。

肯定其答案。上例電容器A每板帶2庫侖時，電壓為2000伏，折成1伏時帶電量應(yīng)為 =1×10 庫侖，我們把這個1×10 叫做A的電容（C）。它的單位由剛才計算得知是庫侖/伏特。叫做法拉（F）。1法拉=1庫侖/伏特。

電容的物理意義是電容器兩板電壓為1個單位時，每一個板的帶電量電容大意味著電壓相同時，帶電量多，或帶電量相同時，板間電壓小。

電容的正式定義也是用比值定的，即一個板的帶電量與兩板間電壓的比值，C= 。

3.著重聲明：電容器“容納”電荷的能力相當(dāng)于直筒形容器“容納”水。電容相當(dāng)于直筒形容器的底面積。底面積越大，水位（水勢）升高1個單位，“容納”的水越多，電容越大，則二板電勢差升高1個單位，板間“容納”的電荷越多。“容納”只能這樣理解，而不是指電容器板兩板可帶的最大電量。所以電容器可帶的最大電量Q=CU ，即電容與擊穿電壓的乘積。

4.介紹微法與皮法：微（μ）=10 ；皮（p）=10 ，所以1μF=10 F，1pF=10 F。

（三）平行板電容器的電容由哪些因素確定

C= 為電容C的定義式，C由哪些因素決定呢？我們通過討論平行板電容器的電容進(jìn)行分析。

從前一演示已看到：當(dāng)板間距離減少時，在Q不變的情況下，U減小，從C= 可知C增大，說明電容隨板間距離的減小而增大，精確實(shí)驗(yàn)證明電容C反比于板間距離d。

再用上述裝置做實(shí)驗(yàn)，保持板間距離不變，將B左移，使兩板正對面積減小，可見張角增大，即U增大，由C= ，C減小。說明電容隨兩板正對面積的減小而減小，精確實(shí)驗(yàn)同樣證明電容C與正對面積S成正比。

再用此裝置實(shí)驗(yàn)，使板間距離及正對面積不變，而在板間插入有機(jī)玻璃板，可見張角減小，即電勢U減小，但電量沒有改變，說明C增大了。精確實(shí)驗(yàn)證明：電容C和充滿板間的電介質(zhì)的介電常數(shù)成正比。

圖2

解釋：如圖2，介質(zhì)極化，介質(zhì)上靠近正板的負(fù)電荷使正板電勢降低，而靠近負(fù)板的正電荷使負(fù)板電勢升高，所以二極電壓減小。

綜合以上三方面可得結(jié)論：平行板電容器電容和充滿板間的電介質(zhì)的介電常數(shù)成正比，和兩板的正對面積成正比，和板間距離成反比。理論證明C=εS/4πkd。在國際單位制中，k=9×10 。

（四）布置作業(yè)

1.課后復(fù)習(xí)：電容器定義、電容定義、單位、平行板電容器的電容及公式。

2.作業(yè)：3—1教材P32練習(xí)六（1）（2）（3）（4）。

（五）板書設(shè)計

1.介紹電容器電容器是兩個正對的、互相平行的、距離很近，彼此絕緣的金屬板。

2.電容器的電容：C= 。

3.平行板電容器的電容由哪些因素確定C=εS/4πkd。