“電容”定義的創(chuàng)新教學(xué)設(shè)計(jì)

龔文軍

(湖北省武漢六中　400016)

一、教學(xué)內(nèi)容

《電容器的電容》第一課時(shí)

二、教學(xué)目標(biāo)

1.知識(shí)與技能

知道常用的電容器的結(jié)構(gòu)以及電容的概念；

通過實(shí)驗(yàn)感知電容器的充、放電現(xiàn)象，知道電容器的作用；

通過實(shí)驗(yàn)探究理解電容的定義式C=Q/U.

2.過程與方法

類比的思路在研究物理學(xué)新問題時(shí)的遷移；

培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ^察能力和思維能力.

3.情感、態(tài)度與價(jià)值觀

通過引導(dǎo)對(duì)庫(kù)倫實(shí)驗(yàn)的邏輯遷移，使學(xué)生體會(huì)思維創(chuàng)新，激發(fā)探究興趣.

三、教法學(xué)法

類比法、實(shí)驗(yàn)探究法、演示實(shí)驗(yàn)法、計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)

1.教學(xué)用具

教師示教準(zhǔn)備：

自制電容器示教板，電解電容器(4700μF,25V； 2200μF,25V； 1000μF,25V等電解電容器；聚苯乙烯電容器；鉭電容器等)，9.0V電池；學(xué)生電源，萬(wàn)用電表，簡(jiǎn)易燈座(配小燈泡)，大小不同的水容器兩個(gè)，平行板電容器，多媒體課件.

學(xué)生實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備：(兩個(gè)同學(xué)一組，視學(xué)生多少成套準(zhǔn)備)簡(jiǎn)易燈座(配小燈泡)2個(gè)，電解電容器(4700μF,16V； 2200μF,16V； 1000μF,16V)各2個(gè)，學(xué)生直流電源(或9.0V電池)，多功能數(shù)字電表，部分撥開的紙質(zhì)電容器.

2.教學(xué)過程設(shè)計(jì)

(1)演示實(shí)驗(yàn)，引入新課

實(shí)驗(yàn)演示：電容器(電解電容器4700μF,16V)本來(lái)不能使簡(jiǎn)易燈座上的小燈泡發(fā)光，通過9V電池充電后可以使小燈泡發(fā)光.

介紹電容器是容納電荷的容器.

Ppt展示：各種各樣電容器的圖片，了解電容器有很多種，

觀察：學(xué)生動(dòng)手拆解紙質(zhì)電容器，觀察紙質(zhì)電容器的構(gòu)造.介紹無(wú)論什么樣的電容器都具有相似的結(jié)構(gòu).

歸納電容器的一般結(jié)構(gòu)，介紹電路圖符號(hào).

(2) 師生互動(dòng)，探究新知

提問：這么簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)是怎么容納電荷的呢？

實(shí)驗(yàn)提示：同學(xué)們也有剛才的實(shí)驗(yàn)器材，你會(huì)不會(huì)用電容器來(lái)容納電荷呢？

學(xué)生實(shí)驗(yàn)：電容器充電后，通過小燈泡放電使燈泡發(fā)光.學(xué)生有多種規(guī)格電容器，提示依次試試.學(xué)生交流實(shí)驗(yàn)結(jié)果.

老師結(jié)合實(shí)驗(yàn)介紹電容器的充放電.

[指出]電容器的電量：指一個(gè)極板所帶電量的絕對(duì)值，類比水杯容納水的多少.

設(shè)疑：盛水的容器有大有小，電容器的容納電荷的本領(lǐng)有區(qū)別嗎？

實(shí)驗(yàn)一

演示：相同的電壓(9V電池)給不同的電容器(4700μF,16V； 2200μF,16V)充電后，放電時(shí)同一只小燈泡亮度不同.

發(fā)現(xiàn)不同的電容器容納電荷的本領(lǐng)不同.

設(shè)問：怎么描述電容器容納電荷的本領(lǐng)大小呢？

學(xué)生討論：通過對(duì)實(shí)驗(yàn)的討論，得出，同一個(gè)電容器不同電壓充電后電荷量不同；不同的電容器用相同電壓充電后帶電量也不同.

發(fā)現(xiàn)：可能與帶電量Q和兩極板間電勢(shì)差有關(guān).

設(shè)問：能不能研究電容器帶電量Q、與極板間電勢(shì)差U的關(guān)系？

(1)怎么研究Q？

介紹庫(kù)倫研究電荷相互作用時(shí)用相同的導(dǎo)體球平分電荷，從而可以不用知道電荷量具體是多大又可以研究電荷量的事例.啟發(fā)學(xué)生均分電荷的思路：根據(jù)庫(kù)倫研究電荷的思路，用相同規(guī)格的不帶電的電容器均分已充電的電容器的電荷，可以實(shí)現(xiàn)不需要測(cè)量電荷量又可以控制電容器電荷量有規(guī)律折半.這樣就可以設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，研究電容器所帶電荷量與極板間電勢(shì)差的關(guān)系……

(2)怎么研究電勢(shì)差？數(shù)字萬(wàn)用電表測(cè)量！

引導(dǎo)討論實(shí)驗(yàn)可行性，并得出實(shí)驗(yàn)操作注意事項(xiàng)：電解電容器有正負(fù)極，充電時(shí)應(yīng)注意電池的極性；測(cè)量極板間電勢(shì)差時(shí)操作要迅速以減少空氣放電；測(cè)量過程不能用手接通兩極，因?yàn)槿梭w也是導(dǎo)體；提醒相互配合以提高實(shí)驗(yàn)效率.

擬定實(shí)驗(yàn)方案并交流討論實(shí)驗(yàn)實(shí)施具體步驟.

實(shí)驗(yàn)二

學(xué)生探究一

探究?jī)?nèi)容：研究同一個(gè)電容器的電荷量與極板間電勢(shì)差的關(guān)系.

引導(dǎo)講解：用相同規(guī)格的不帶電的電容器均分已充電的待測(cè)電容器的電荷，即可以實(shí)現(xiàn)不需要測(cè)量電荷量又可以控制電容器電荷量有規(guī)律折半.在平分電容器電荷過程中用一只數(shù)字多用電表及時(shí)檢測(cè)電容器不同電荷量時(shí)極板間電勢(shì)差并作好記錄.

學(xué)生活動(dòng)：合作探究電容器帶電量Q與極板間電勢(shì)差的關(guān)系

學(xué)生討論并得出實(shí)驗(yàn)探究方案：用電池(或?qū)W生電源直流檔)給電容器充電后，立即測(cè)出兩極間電勢(shì)差.用一個(gè)完全相同的不帶電的電容器兩極與已經(jīng)充電的電容器兩極接通，分開后立即測(cè)出兩個(gè)電容器極間電勢(shì)差.數(shù)據(jù)填入設(shè)計(jì)的表格.

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄：設(shè)充電后初始電荷量為Q0

學(xué)生集體討論發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)論：多次實(shí)驗(yàn)，可以發(fā)現(xiàn)同一只電容器當(dāng)電荷量變成1/2,1/4,1/8……時(shí)，極板間電勢(shì)差剛好也變成原來(lái)充電電壓的1/2,1/4,1/8……

得出結(jié)論：同一個(gè)電容器，Q/U比值總是不變的.

實(shí)驗(yàn)三

學(xué)生探究二

探究?jī)?nèi)容：不同電容器兩極板間的電勢(shì)差與所帶電荷量的關(guān)系

用不同規(guī)格電容器充分放電后與已充電電容器并聯(lián)，測(cè)量并聯(lián)前后極板間電勢(shì)差.

結(jié)合實(shí)驗(yàn)二的結(jié)論，得出：并聯(lián)后的不同規(guī)格電容器極板間電勢(shì)差相同，但所帶電荷量不同.可見兩個(gè)不同的電容器，電荷量與極間電壓比值不一樣.

實(shí)驗(yàn)四

演示：三種電容器(電解電容器4700μF,16V；2200μF,16V； 1000μF,16V)，通過9V電池充電后使簡(jiǎn)易燈座上的小燈泡發(fā)光的亮度明顯不同.

可以粗略得出結(jié)論：當(dāng)不同電容器兩極間電勢(shì)差相同時(shí)，不同電容器極板上所帶電荷量不同.發(fā)現(xiàn)課程開始的實(shí)驗(yàn)中，有些同學(xué)已經(jīng)用相同的電池給不同的電容器充電后再通過同一個(gè)小燈泡放電時(shí)，小燈泡亮度與所選擇的電容器有關(guān).

引導(dǎo)討論并得出結(jié)論：同一個(gè)電容器容納電荷的本領(lǐng)一樣，Q/U的比值相同.兩個(gè)容納電荷本領(lǐng)不同的電容器Q/U比值不同，其中容納電荷本領(lǐng)強(qiáng)的電容器Q/U的比值較大.

這說(shuō)明：Q/U的值描述了電容器容納電荷的本領(lǐng).

科學(xué)家們通過更精密的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)Q/U的比值描述了電容器容納電荷的本領(lǐng).于是用Q/U比值定義了電容，C=Q/U.

電容：定義式C=Q/U

介紹：“電容”是描述電容器容納電荷本領(lǐng)的物理量.

使一個(gè)電容器兩極間電壓升高1V所需要充入極板的電荷量越多，這個(gè)電容器容納電荷的本領(lǐng)就越強(qiáng).我們就說(shuō)這個(gè)電容器的電容越大.(類比)就好比直筒形水杯，使水位上升單位高度需要的水量的越多就代表了水杯容水的本領(lǐng)越強(qiáng).

介紹電容的單位1F=1C/V，以及常用單位：1μF=10-6F；1pF=10-12F

介紹常見電容器(Ppt).

布置作業(yè)：了解身邊的電容器，并了解其容量大小.

教學(xué)后記：

電容定義式的教學(xué)是個(gè)難點(diǎn).人教版教材中三者的關(guān)系也是直接給出結(jié)論，學(xué)生接受有困難.本堂課設(shè)計(jì)定量探究彌補(bǔ).先用均分電荷思路得出相同電容器電荷量與極板電勢(shì)差成正比，再利用此結(jié)論得出不同電容器極板電壓相同時(shí)電荷量不同，進(jìn)而推導(dǎo)得出電容的定義式.思路貫通，學(xué)生對(duì)電容的定義式的理解就水到渠成.

在實(shí)際教學(xué)過程中，用來(lái)均分電荷的電容器需要充分放電.數(shù)字電表不可以改為指針式電壓表，不僅是更方便讀數(shù)，兩種表的內(nèi)阻相差很大，影響不可忽略.實(shí)驗(yàn)環(huán)境對(duì)于空氣放電也是有影響的，所以測(cè)量要迅速.