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1、第8節(jié)、電容器與電容
新課教學(xué)過(guò)程一
進(jìn)行新課:
1、電容器
教師:出示電容器示教板,放幻燈,使學(xué)生仔細(xì)觀察,找出電容器的共同點(diǎn),下一定義。
學(xué)生總結(jié),教師評(píng)析,得出電容器的概念:
電容器:任何兩個(gè)彼此絕緣又相隔很近的導(dǎo)體,組成一個(gè)電容器。
[指出]前面提到的平行板電容器就是一種最簡(jiǎn)單的電容器。下面以平行板電容器為例來(lái)學(xué)習(xí)有關(guān)電容器的一些基本知識(shí)。
(1)充電:電容器兩板分別接在電池兩端,兩板帶上等量異種電荷的過(guò)程。
(2)放電:充了電的電容器的兩板用導(dǎo)線相連,使兩板上正、負(fù)電荷中和的過(guò)程。
[指出]兩過(guò)程分別有短暫的充電電流,放電電流。
討論:充電后兩板間有了電場(chǎng),具
2、有電場(chǎng)能,你能分析一下充電、放電過(guò)程能量如何轉(zhuǎn)化?
[學(xué)生分析得]充電:電源能量→電場(chǎng)能;放電:電場(chǎng)能→其他形式能
[指出]電容器所帶電荷量:每個(gè)極板所帶電荷量的絕對(duì)值.
[過(guò)渡]電容器是容納電荷的容器。一個(gè)電容器容納電荷的本領(lǐng)如何描述呢?用電容器所帶電荷量描述嗎?
2、電容
[問(wèn)題]甲電容器兩板各帶2 C電量,板間電壓為2000 V,乙電容器兩板各帶3 C電量,板間電壓為4000 V,能否說(shuō)乙電容器容納電荷的能力大呢?
[學(xué)生討論得]不能。電容器所帶電量越多,板間電壓越大。對(duì)上述問(wèn)題,不能在電壓不同這種不對(duì)等情況下比較電量。應(yīng)在相同電壓下討論??扇? V電壓下對(duì)比它們的電量。
3、[學(xué)生動(dòng)手計(jì)算]甲: 乙:,所以甲容納電荷的本領(lǐng)大。
[學(xué)生總結(jié)]可用電容器所帶電量與兩板間電壓的比值來(lái)描述電容器容納電荷的本領(lǐng)。
教師指出:引入一個(gè)新的物理量——電容來(lái)描述。
[投影]電容器所帶電荷量Q與電容器兩極板間的電勢(shì)差U的比值,叫做電容器的電容,在數(shù)值上等于使兩板間電勢(shì)差為1 V時(shí)電容器所帶電荷量。
[提醒學(xué)生]這是比值定義法定義的。
[問(wèn)題]C由Q、U決定嗎?
[學(xué)生思考回答]C不由Q、U這些外界因素決定,因?yàn)橐隒是描述電容器容納電荷本領(lǐng)的,是電容器本身的特性,故C由自身?xiàng)l件決定。
[板書(shū)]
定義式:,C不由Q、U決定
Q=CU,Q由C、U決定
U
4、=,U由Q、C決定
物理意義:電容是表示電容器容納電荷本領(lǐng)的物理量。
單位:法拉 符號(hào):F 1F=1 C/V
1 F=106μF=1012pF
[引導(dǎo)學(xué)生類(lèi)比理解]
電容器 水容器
↓ ↓
容納電荷的能力 容納水的能力
↓ ↓
單位電壓電容器所帶電量 單位深度水容器所帶水量(體
5、積V)
↓ ↓
(橫截面積)
↓ ↓
確定的電容器C確定 確定的水容器S確定
即:C由電容器自身決定 即:S由水容器自身決定
[問(wèn)題]那C由電容器自身的哪些因素決定?
3、平行板電容器
[介紹]靜電計(jì):測(cè)量電勢(shì)差。它的金屬球接一導(dǎo)體,金屬外殼接另一導(dǎo)體,從指針的偏角可測(cè)出兩導(dǎo)體間的電勢(shì)差。
[演示]將平行
6、板電容器的一板A固定于鐵架臺(tái)上且與一外殼接地的靜電計(jì)的金屬球連接,手持有絕緣柄的板B,將B板接地,用電池組給電容器充電后斷開(kāi)電源,將B靠近A,靜電計(jì)指針偏角反映A、B兩板間電勢(shì)差。
[現(xiàn)象]指針偏角減小。
[引導(dǎo)學(xué)生分析]給電容器充電后斷開(kāi)電源,電源不再繼續(xù)對(duì)電容器充電,同時(shí)也沒(méi)有導(dǎo)線將兩板相連,電容器也不會(huì)放電.即此時(shí),電容器所帶電荷量不變。
[學(xué)生分析現(xiàn)象]根據(jù),∴Q不變而U減小,∴C增大.即d越小,C越大。
[告知學(xué)生]精確實(shí)驗(yàn)告訴我們,C和d成反比。
[演示]減小兩板正對(duì)面積。
[現(xiàn)象]指針偏角偏大。
[學(xué)生分析]由,S越小,U越大,C越小。
[告知學(xué)生]精密實(shí)驗(yàn)表明:
7、C與S成正比。
[演示]B板不動(dòng),在兩板間插入一塊電介質(zhì)板。
[現(xiàn)象]指針偏角減小。
[學(xué)生分析]板間插入電介質(zhì),U減小,由,則C增大。
[告知學(xué)生]板間充滿某種介質(zhì)時(shí),C會(huì)變?yōu)榘彘g為真空時(shí)的若干倍,這一倍數(shù)叫這種介質(zhì)的介電常數(shù),用ε表示。精確實(shí)驗(yàn)表明C與ε成正比。課本中給出幾種電介質(zhì)的介電常數(shù)。
[指出]電容器的電容是由兩個(gè)導(dǎo)體的大小和形狀,兩個(gè)導(dǎo)體的相對(duì)位置及極板間的電介質(zhì)決定的。
[引言]精確實(shí)驗(yàn)可得電容器的決定式。
[出示板書(shū)]
決定式:(平行板電容器),式中k為靜電力常量。
說(shuō)明:真空中介電常數(shù),充滿某種介質(zhì)時(shí),電容變大為真空時(shí)的倍,是一個(gè)常數(shù),與介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān),稱(chēng)
8、為介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)。
所以上式又寫(xiě)為:
4、常用電容器
[出示電容器示教板]說(shuō)明電容器從構(gòu)造上看,分固定電容器和可變電容器。
[投影片出示問(wèn)題]讓學(xué)生圍繞問(wèn)題看書(shū)。
①電解電容器的電容為什么一般較大?
②可變電容器通過(guò)改變什么因素來(lái)改變電容?
③課本圖1.7-5甲、乙的電容器上寫(xiě)著兩個(gè)數(shù)字,它們各表示什么?
[學(xué)生答]
①因其介質(zhì)為很薄的一層氧化膜,所以二極板可相距極近,所以電容值大。
②正對(duì)面積。
③一個(gè)是電容值,一個(gè)是額定電壓值。加在電容器兩極上的電壓超過(guò)某一值(擊穿電壓)時(shí),板間電介質(zhì)被擊穿。額定電壓應(yīng)小于擊穿電壓,電容器工作時(shí)的電壓不應(yīng)超過(guò)額定值。
[指出]電
9、容值及額定電壓值是電容器的兩個(gè)重要參量。使用前,應(yīng)看清它的這兩個(gè)參量才能正確使用。其他電器元件也有它的參量,學(xué)生應(yīng)養(yǎng)成使用前先了解它們的參量的習(xí)慣。 電解電容器的正負(fù)極不能接錯(cuò)。如課本圖1.7-5乙中的電解電容器兩個(gè)引線一長(zhǎng)一短,短者為負(fù),使用時(shí)注意區(qū)分。
讓學(xué)生注意各種電容器的表示符號(hào)。
課堂總結(jié)、點(diǎn)評(píng)
通過(guò)本節(jié)學(xué)習(xí),主要學(xué)了以下幾點(diǎn):
1、電容器的充電:電容器與電源相連,電源能量→電場(chǎng)能
電容器的放電:電容器與導(dǎo)線相連,電場(chǎng)能→其他形式能
2、電容:描述電容器容納電荷的本領(lǐng)。
,C不由 Q、U決定
,C由、S、d電容器自身因素決定。
3、學(xué)到了一種處理問(wèn)題的方法:遇
10、到不易理解的問(wèn)題可以用熟知的東西類(lèi)比理解
實(shí)例探究
☆基本概念和規(guī)律的應(yīng)用
【例1】平行板電容器充電后,繼續(xù)保持電容器的兩極板與電源相連,在這種情況下,如增大兩板間距d,則板間電勢(shì)差U、電容器所帶電量Q,板間場(chǎng)強(qiáng)E各如何改變?
平行板電容器充電后,切斷與電源的連接。在這種情況下,如增大d,則U、Q、E各如何改變?
解析:充電后,繼續(xù)保持電容器與電源相連,電容器兩板間電勢(shì)差U不變.如增大d,則由,C將減小,再,Q減小,依E=U/d,E將增大。
【例2】平行板電容器充電后,與電池兩極斷開(kāi)連接,當(dāng)兩極板間的距離減小時(shí) ( )
A.電容器的電容C變大
B.電容器極板的帶電量Q變
11、大
C.電容器兩極間的電勢(shì)差U變大
D.電容器兩極板間的電場(chǎng)強(qiáng)度E不變
解析:平行板電容器的電容。當(dāng)兩極間距離d減小時(shí),電容C變大,選項(xiàng)A正確。
充電后,切斷電容器與電源的連接,電容器所帶電荷量Q不變,B項(xiàng)錯(cuò)誤。減小d,C增大而使U減小,選項(xiàng)C錯(cuò)誤。由,則E不變,選項(xiàng)D正確。
答案:A、D
說(shuō)明:求解平行板電容器問(wèn)題,首先要分清是U不變還是Q不變,然后用確定C的變化,再用確定Q或U的變化,最后用確定E的變化。記住兩個(gè)結(jié)論:①保持電容器和電源連接,U不變;②電容器充電后斷開(kāi)電源,Q不變。
☆電容器知識(shí)的綜合應(yīng)用
【例3】如圖所示,S閉合的瞬間和平行板電容器充電穩(wěn)定后增大兩
12、極板距離的過(guò)程中,對(duì)電阻R來(lái)說(shuō),有無(wú)電流通過(guò),如果有,方向怎樣?
解析:S接通的瞬間,盡管電流無(wú)法通過(guò)電容器,但電容器充電,即上板充正電,下板充負(fù)電,故R上有從A到B的電流。待充電完畢后,由于U不變,增大兩極板間距離d,C變小,也變小,故電容器放電,R上有從B到A的電流。
說(shuō)明:電容器充電、放電過(guò)程中,即電容器的電量變化時(shí),電路中會(huì)形成瞬間電流。
★課余作業(yè)
書(shū)面完成課本“問(wèn)題與練習(xí)”第2、3題;思考并回答第1、4題。
★教學(xué)體會(huì)
電容器雖不屬本章教學(xué)的重點(diǎn),但近年高考中平行板電容器的命題頻率較高,且本章在高考考查中最頻繁的帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng),其中的勻強(qiáng)電場(chǎng)一般就采用平行板電容器帶電后產(chǎn)生。所以電容器這一節(jié)的教學(xué)也很關(guān)鍵。
電容是描述電容器容納電荷本領(lǐng)的,所以電容是本節(jié)的重點(diǎn)。為了便于大家正確理解電容,教材采用了利用水容器作比喻,使大家可以根據(jù)生活熟知的東西來(lái)類(lèi)比學(xué)習(xí),可以起到好的效果。