第12章第07节电容器教案01 人教版 7页

关于用《电容器》的充放电模型进行教学的设计和教案 ‎ 一、教学设计：‎ ‎1. 实验的目的 ‎《中学物理教学大纲》一再强调，“要有让学生手脑并用的实验”，“有条件的学校应适当增加探索性实验”。因此，对于本节课的教学内容，我设计了四个教师演示（含电容器充放电模型的电脑模拟实验课件）实验，而且还设计了一个学生分组实验。这样设计实验的目的是：‎ ‎①通过实验使学生易于接受较为陌生的电容器知识；‎ ‎②通过分析充、放电过程使抽象的知识形象化、具体化；通过实验，使学生“看到”了低电压和高电压下充、放电过程，不仅避免了单纯说教的无奈，而且还为以后的振荡电流的学习打下了良好的基础；‎ ‎③通过学生分析模拟实验让学生进行探索以后，得出的电容的定义，会使学生感到可信，可以理解，使学生进一步掌握比值法定义物理量的方法。逐步培养学生探索未知的能力。‎ ‎④教材对本节内容的处理，基本上是硬“灌”给学生的，这不利于培养学生的能力，也不利于学生理解知识，通过这种形式的教学，可使学生自己“探索出有血有肉”的知识来，弥补了教材的不足。‎ ‎2.计算机动画模拟显示设计：<电容器>‎ ‎（ 1）充电：如图 1：‎ ‎①有表示正电荷的小实心圆点从 B极板出发，经过电源内部到达 A极板。‎ ‎②随着小实心圆点的不断定向移动， A、 B极板上分别表示正、负电荷的“ +”、“—”的符号不断增加。‎ ‎③充电完毕，小实心圆点消失， A极板和B极板上分别带上等量的异种电荷。‎ ‎④小实心圆点移动速度可调节。‎ ‎（ 2）放电：如图 2。‎ ‎①有表示正电荷的小实心圆点从 A极板出发，沿着导线到达 B极板。‎ ‎②A极板和 B极板上分别表示正、负电荷的“ +”、“—”符号也不断减少。‎ ‎③放电完毕，小实心圆点消失， A极板和 B极板上没有表示正、负电荷的“ +”、“—”符号。‎ ‎④小实心圆点移动速度可调节。‎ ‎3.研究电量 Q与电压 u之间的关系的模拟实验。‎ 根据电容器的充放电模型显示的每个极板的电量Q和板间电压U，作出Q与U的关系图象，学生自己就可以定义出电容。‎ 二、教案 ‎（一）教学目标:‎ ‎1.了解电容器的构造及电路符号图；‎ ‎2.理解电容器在电路中的基本工作方式—充电和放电 ‎3.进一步理解比值定义法，掌握电容的概念；‎ ‎（二）教学重点：电容的概念。‎ ‎（三）教学方法：教师的启发点拨与学生的分析探索相结合。‎ ‎（四）教学仪器：‎ 已剥去外壳的纸质电容器 35个，4.7μ的纸质电容器 1个，投影器、计算机各 1台、幻灯机 1台、已制好的Q—ｕ透明坐标纸若干张。‎ ‎《研究 Q与U的关系》的学生随堂实验报告单 65张 , J—BD 1示教电表一台。‎ ‎（五）教学过程：‎ 师：同学们，这是一个从日光灯的灯具上取下的一个元件，请同学们注意观察，这两支表笔短接时有没有火花放电？‎ 生：没有。‎ 师：我将两支表笔分别插入220伏的电源插座中（约10秒钟），现在取出表笔再短接，请同学们再注意观察，有没有火花放电？如图 1：‎ 生：有。‎ 师：这说明这个元件能否储存电荷？‎ 生：能。‎ 师：我们就把这种能储存电荷的元件叫做电容器。电容器在电工技术和电子技术中具有重要作用，那么，电容器的内部构造是怎样的呢？‎ 教师出示纸质电容器，并请学生将学生桌上的纸质电容器展开，进行观察。‎ ‎（板书） 八、 电容器 电容 生：电容器是由两张金属板各引出一根电极，中间夹有绝缘物质构成的。‎ 师：同学们的结论是正确的。请看电脑显示。‎ ‎1.电容器的构造：两张金属板各引出一根电极，中间夹有绝缘物质。‎ ‎2.电容器的符号：(图4)‎ 师：两条竖直短线表示电容器的两个极板，两条水平短线表示电容器的两个电极。事实上，任何两个互相靠近而又彼此绝缘的导体都可以看成是电容器。那么，电容器在电路中是怎样工作的呢？‎ ‎（板书） （一）、 电容器的工作方式 师：首先我们来查明流过电流计的电流方向与电流计的指针偏转方向的关系？‎ 教师演示实验：先用一节电池两极引出的导线分别去点接触电流计的两个接线柱，让学生观察指针偏转情况；然后两导线交换点接触的位置，请学生再观察指针的偏转情况。‎ 生：电流从电流计的左接线柱流入，电流计的指针向左偏转；电流从电流计的右接线柱流入，电流计的指针向右偏转。‎ 师：下面请同学们看电容器在电路中工作的原理简图 教师用电脑显示出：实验原理图5。‎ 师：当表笔A接触电源“ +”，电源、电流计、电容器就组成了一个回路，当表笔 A接触电源“—”极时，电流计、电容器也组成了一个回路。‎ 当表笔A接触电源“ +”观察指针向什么方向偏转？‎ 生：指针向右偏转。‎ 师：说明在电路接通的瞬间，有没有电流流向电容器 生：有。‎ 师：这说明电容器已经带了电。这个带电过程是怎样发生的呢？请同学们观看屏幕上的动画演示。‎ 计算机动画模拟演示充电过程。如图6‎ 师：当电流流向电容器时，相当于有正电菏从 B极板出发，经过电源到达 A极板。随着两极板的正、负电荷的不断增加，两板间的电场越强，电势差越大当两板间的电势差等于电源电压时，电路中就没有电流，两极板上就出现了等量的异种电荷。我们把这种电容器两极板上带上等量异种电荷的过程叫做充电。一个极板所带电量的绝对值叫做电容器的带电量，用 Q表示。另外我们也用 U表示两板间的电势差。如图7。‎ 请同学们再看一次计算机动画模拟演示的充电过程。‎ ‎（板书） 1. 充电 师：请同学们猜想一下，若用一段导线直接把充好电的电容器的两个极板，连接起来会发生什么现象？‎ 生：电容器两极板的正、负电荷会中和。‎ 师：同学们的猜想是正确的，那么这个正、负电荷中和的过程是怎样发生的呢？同学们看屏幕上的动画模拟演示。‎ ‎（计算机动画模拟演示的放电过程。）‎ 师：当用导线连接电容器的两极时，因为两极间有电势差，相当于有正电菏从 A极板出发，沿着导线到达 B极板，导线中就有电流流过。当两极板的正、负电荷中和时两板间的电场和电势差消失。这种电容器两极板的正、负电荷中和的过程，叫做放电。‎ 请同学们再看一次计算机动画模拟演示的放电过程。‎ ‎（板书） 2. 放电 师：有的同学要问，我们仅仅是猜想电容器两极板的正、负电荷会中和，而计算机也仅仅是模拟此过程，我们能否用图 2的装置来进行实验验证呢？请同学们对此问题进行研究和分析。‎ ‎（教师根据同学们的讨论引导学生得出验证步骤）‎ 验证步骤如下：‎ ‎①用表笔A接电源“ +”极，给电容器充电；‎ ‎②待电流计指针静止后，将表笔 A接电源“—”极，放电。若电流计指针向左偏转，则说明有放电电流存在，当电流为零时，指针复零；‎ ‎③再次用表笔 A接电源“ +”极，给电容器充电后，拿开表笔悬空；‎ ‎④用导线直接连接电容器的两个极板后再拿开导线；‎ ‎⑤用表笔 A接电源“—”极，观察电流计指针是否偏转，若没有偏转，说明已经放电。‎ 师：我们已经用实验亲自验证了刚才的猜想，知道了电容器的两种工作方式：充电和放电。‎ 下面我们就来研究电容器充电时，它的带电量 Q与两极板间的电压 U的关系。‎ ‎（板书） 二、 实验研究 Q与 U的关系 师：如图6所示电路是电容器模拟的充放电的电路，电源E的输出电压可调节，C为电量计，G为电流计，K为单刀双掷开关。 这样我们可以研究 Q与 U的关系问题了。‎ 下面我就向同学们介绍一下实验步骤。‎ ‎①电压选择开关拨至 8伏档，将此电压填入学生随堂实验报告单中；‎ ‎②用开关K接电源“ +”极，给电容器充电；‎ ‎③待电流计指针静止后，将表笔A接电源“—”极，放电，记下此过程中电量计的读数——80微库（此读数即为电容器每个极板上充电时的电量）将此读数填入学生随堂实验报告单中。‎ ‎④将电压分别拨至 10伏、 12伏、 14伏、 16伏档，再将分别测得的电量100微库、120微库、140微库、160微库填入随堂实验报告单中。‎ ‎⑤利用所得的数据研究 Q与 U的关系，并将作好了Q—U坐标的透明纸发给学生，让学生根据所得数据作图。‎ 收集已作图的透明纸约 ‎ 10张，用幻灯显示在屏幕上请同学们对所得的正比例函数图象进行分析、讨论，自己得出下面五点结论：‎ ‎①所得的图象是一条正比例函数图象；‎ ‎②Q与U 的比值是一个与 Q和 U的大小无关的恒量；‎ ‎③对同一种电容器来讲，比值 Q/U 是一个恒量，对不同的电容器来讲，此恒量一般又不相同；‎ ‎④ 比值反映了电容器容纳电荷方面的性质。‎ 师：因为 的 Q/U 比值反映了电容器容纳电荷的本领。我们把它叫做电容器的电容。‎ ‎（板书） 三、 电容 ‎1.定义：电容器的带电量与它两极板之间的电压的比值 ，叫做电容器的电容，用 C 表示。‎ 师：计算电容的公式是怎样的？‎ 生： C =Q/U ‎（板书） 2. 公式 师：电容器的单位叫法拉，它由电量和电压的单位来定义。法拉是一个较大的单位，因此电容器的常用单位还有微法和皮法。‎ ‎（板书） 3. 单位 : C=Q/U 师：刚才电脑模拟实验中显示的电容器的电容是多大？‎ 生：10微法。‎ ‎1法 =1库/1伏 =微法 =皮法。‎ 师：为了帮助同学们进一步理解电容器，请同学们看电脑显示的图10：水容器与电容器的对比图。如图 7 (电脑显示： 水容器与电容器的对比图，引导学生得出）‎ 水容器： V∝ h = S 电容器： Q∝ U = C ‎①水的体积和水的深度变化了，但水容器的底面积不变。同理，电容器的带电量和电压变了，但电容器的电容不变。‎ ‎②水容器不装水时，水容器的底面积不变。电容器不带电时电容器的电容不变。‎ 师：图8中，在相同的电压下，两个电容器的电量是否一样？若不一样，说明什么问题？‎ 生：不一样。说明不同电容器在相同电压下，容纳电荷的本领是不一样的。‎ 四、小结：（教师引导学生总结出三点知识）‎ ‎1.电容器是由两个金属板和它们之间的绝缘物质组成 ‎2.电容器的充电过程，是电容器两个极板带上等量异种电荷的过程，同时也是储存电场能的过程。电荷分布在极板的内表面上。电容器的放电过程，是电容器两个极板上正、负电荷中和的过程。本节课开始时的电容器的火花放电的能量，就是由电场能转化而来的。‎ ‎3.电容是反映电容器容纳电荷的本领的物理量，它与电容器的带电量的多少和两板间电压的大小无关。‎ 五、作业布置：‎ ‎1.阅读本节课文；‎ ‎2.预习课文“平行板电容器的电容”。‎