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視頻標簽：電容器的電容
所屬欄目：高中物理優質課視頻
視頻課題：人教版高中物理選修1-1第一章1.4電容器的電容-陜西省 - 西安
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1-4 電容器的電容
一、 教材分析
電容器是一種重要電學元件，有著廣泛的應用。教材第一部分講解了電容的功用，通過介紹電容器的構造及充、放電，使學生認識電容器有儲存電荷的本領，在此基礎上介紹了電容的概念、定義式，進一步探究平行板電容器的電容與哪些因素有關，最后回到生活，介紹生活中的常用電容器。本節課的學習，為學生LC振蕩電路、交變電流的學習打下基礎。本節課的核心是應用靜電場的有關知識研究電容器。電容的概念是本節課的重點，也是難點。影響平行板電容器電容大小的因素是本節教學內容的又一難點，做好教科書中的演示實驗是突破該難點的好辦法。 二、學情分析
學生在本節課前已經學習了研究電容器需要設計的電勢差、電場強度、電荷量等物理量，因此本節課的教學應突出培養學生應用所學知識解決新問題的能力。本節課對于學生來說是一個非常陌生的情境，學生對本節知識也充滿了好奇與期待，教師在教學中應盡量聯系靜電場所學知識，讓學生熟悉情境，配合物理實驗，也會進一步激發學生學習物理的興趣。
三、教學目標 （一）知識與技能
1、通過媒體展示電容器實物讓學生知道什么是電容器及常見的電容器的構成；
2、通過電容充、放電現象的實驗演示讓學生理解電場能的基本概念，知道電容器充電和放電時的能量轉換；
3、通過水容器與電容器的類比，使學生理解電容器電容的概念及定義式，并能用來進行有關的計算；
4、通過探究平行板電容器的決定因素，使學生分析問題與解決問題的能力提高。 （二）過程與方法
結合實物觀察與演示，通過學生的親自實踐與體會，在具體練習的推理過程中理解掌握電容器的相關概念、性質。 （三）情感態度與價值觀
體會電容器在實際生活中的廣泛應用，培養學生探究新事物的興趣；電容器兩極帶等量異種電荷，讓學生體會物理學中的對稱美。 四、教學重、難點 1．重點 電容的概念 2．難點
電容的概念；影響平行板電容器電容大小的因素； 3．解決辦法
通過充好電的電容器放電火花對比，讓學生體會不同電容器在相同電壓下，帶電量
2
不同；通過類比水容器，讓學生建立起來電容器容納電荷的本領與電容器是否帶電、帶電量的多少無關；通過展示廢棄電容器內部構造，給學生猜測平行板電容器電容大小提供猜測的依據。 五、教具
起電機、各類電容器（“380V，450μF”、“450V，25μF”電容器各一只、一個可用來拆開的紙制電容器、平行板電容器）、輕質金屬球、充放電電路示教板、學生電源、變壓器、毛皮、橡膠板、靜電計、攝像頭、導線若干。 六、新課教學 【引入】
老師：同學們，我們來看一個非常有趣的實驗。兩平行銅盤置于絕緣底座上，用導線將靜電起電機的兩個金屬桿分別與銅盤相連，在中間懸掛一個輕質金屬球。請同學們注意觀察，當老師停止轉動靜電起電機手柄后，通草球在兩銅盤之間如何運動？ 【演示實驗】靜電擺球
學生：通草球在兩個銅盤之間持續擺動。 Q：為什么通草球會在兩銅盤之間持續擺動？
學生：通草球與銅盤碰撞，得到一些電荷，從而維持在兩銅盤間的擺動。
老師：這位同學說的非常好。通草球在兩個金屬板之間擺動多次最后停下，說明兩個互相靠近的銅盤儲存了一定的電荷。但是要具體解釋清楚這個神奇現象背后隱藏的真相，本節課我們要來學習一種新的電學元件——電容器。
通過剛才實驗，我們發現兩個互相靠近的銅盤可以儲存電荷，我們就把這樣儲存電荷的元件稱為電容器。
一、電容器——容納電荷的元件 1.電容器的構造
正對的平行金屬板中間夾上一層絕緣物質(電介質)，就構成了最簡單的電容器，叫平行板電容器。兩個金屬板叫電容器的極板。
【展示】平行板電容器，強調此時兩極板間絕緣介質為空氣。
電容器在電路中的表示方法——電容器和電阻類似，是電學中常用元件。 任意兩個彼此絕緣又相隔很近的導體，都可以看成是一個電容器。
電容器和水杯較相似，我們給水杯起一個物理味道濃一些的名字——水容器。根據生活經驗，我們可以給一個水杯倒滿水，也可以把水倒出去。同樣的，對于電容器，也應該可以儲存上電荷，也會把電荷導走？下面我們討論電容器充、放電的特點 2.電容器的充、放電 攝像頭展示電路圖
老師：這是電容器充、放電的電路圖。電路中有電源、電容器、小燈泡、保護電阻、單刀雙擲開關。當單刀雙擲開關打到A的位置，充電電路導通；當單刀雙擲開關打到B的位置，放電電路導通。請同學們注意觀察小燈泡的亮度變化。 【演示實驗】電容器充電、放電 Q：小燈泡的亮度在如何改變？ 學生：瞬間亮、逐漸熄滅。
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Q：小燈泡閃亮后熄滅可以說明什么？
學生：閃亮后熄滅，說明充、放電過程中有短暫電流通過。單刀雙擲開關接A，燈閃亮說明充上電了，之后熄滅說明充電結束；單刀雙擲開關接B：燈閃亮再次說明之前充上電，也說明放了電，之后熄滅說明放電結束。
Q：在充電過程中，哪個極板帶正電，哪個極板帶負電呢？
學生：上極板帶上正電荷、下極板帶上負電荷，且為等量異種電荷。
老師：兩極板帶上等量異種電荷，在極板內部形成電場，電荷量增加，電場能增加。 Q：增加的電場能是從哪兒來的呢？
學生：電源消耗化學能。即充電的過程是將其他形式能轉化為電場能；
Q：同一極板上，帶同種電荷，彼此間為斥力，為什么電荷未導走？反而儲存起來？ 學生：異種電荷互相吸引，儲存起來。 充電總結
電容器帶電量Q：電容器一個極板所帶電量。
eg：電容器充電后，上極板+1C、下極板-1C，則電容器帶電量是1C。 老師：若把單刀雙擲開關接到B，構成放電電路。
Q：放電電路中，電容器的作用和哪個電學元件作用相似？ 學生：電源。
放電實質：使兩極板電荷中和的過程；將電勢能轉化為其他形式的能量；
充電后的電容器的兩極板間有電勢差，電容器帶了一定的電荷量；放電后的電容器兩極板間電勢差為0，電容器電荷量為0；從這里我們可以看出電勢差U和電容器所帶電荷量Q有關。
Q：同學們能否根據電場所學知識，判斷當兩極板間距d一定時，電容器兩極板間電勢差U與Q有何定性關系？
學生：d一定時，利用電場的知識分析得到：U越大、Q越大； 老師：這樣的分析嚴謹嗎？同學們請看下面實驗。
【演示實驗】定性探究電容器所帶電荷量與其兩極板間電勢差的關系。通過電火花大小判斷電容器帶電量Q的大小
同一電容器，不同電壓下，放電火花對比
不同電容器，相同電壓下，放電火花對比（該實驗危險系數較高，學生私下不得嘗試） 老師：同一個電容器，電勢差U增加，Q增加；不同電容器，U相同，Q一般不同。這個現象可以說明什么？
學生：不同的電容器能夠儲存電荷的能力（本領）是不一樣的。 Q：那可以通過什么方法衡量電容器儲存電荷的本領？ 學生：用
Q
U
表示電容器容納電荷的本領。 老師：實際上，通過大量定量實驗表明：對于一個確定的電容器，Q
U
是一個定值。不
同電容器，這個比值一般不同。因此我們就用Q
U
表示電容器容納電荷的本領，給它起
4
個名字，叫做電容。 三、電容（C）
1.物理意義：表征電容器容納電荷本領的大小。
2.定義：電容器所帶電量與兩極板間電勢差的比值，叫電容器的電容。用C表示。
3.定義式：Q
CU
（比值定義法）
理解：（1）量度式，可測量某一電容器電容大小；
（2）比值定義法定義的物理量，所以C的大小與電容器帶電量、兩極板電勢差無關。
類比水容器
【演示】空燒杯、裝上部分水的燒杯
比如燒杯，裝不裝水都不影響燒杯裝水的本領；燒杯裝水一部分水，裝水的本領有改變嗎？沒有，裝水只是更直觀變現水容器具有裝水的本領。
（3）無論電容器是否帶電，或帶電多少都不會影響電容器儲存電荷的本領。 老師：電容的定義式除了定義了電容這個物理量之外，也定義了電容的單位。
4.單位：國際制單位中給電容規定了一個單位，叫做法拉，簡稱法，符號為F。根據前面單位制的學習，我們可以知道國際單位制下，1F=1C/V 含義：如果一個電容器兩極板電壓若為1V，帶的電荷量為1C時，則該電容器電容為1F。
法拉是一個很大的單位，常用單位有微法（μF）、皮法（pF）。6
1
21F=10
μF=10pF
eg：藍色的電容器電容只有450μF，從這兒就可以反映出法拉確實是非常大的單位。 Q：在生產生活中，比如電力系統中，我們希望電容器的電容越大越好，那怎么提高電容器的電容呢？即電容器的電容和哪些因素相關？ 【展示】可拆電容器
老師：同學們請看，我們將一個和藍色電容器類似的廢棄電容器拆開，觀察內部結構。在塑料紙的兩側鍍上金屬膜，卷了很多圈得到。實際上，生活中幾乎所有的電容器都是平行板電容器的變形。研究清楚平行板電容器，其他電容器我們也就可以討論清楚。 Q：同學們，根據剛才廢棄電容器的構造，能否猜想出平行板電容器的電容可能跟哪些因素相關？
極板間距、正對面積……
Q：根據什么方法，可以量度電容器的電容大小呢？ 學生：根據Q
CU
可以直接進行電容器電容大小的計算。 老師：電容器帶不帶電，不影響它容納電荷的本領，不會改變C。但是通過使電容器帶電，可以直接測出C。可是由于實驗室條件有限，我們不好去測量Q、U的大小。但是我們可以定性判斷，當我們改變上述參量后，電容器的電容是增加還是減少？ Q：通過什么方式，可以判斷電容器的電容是增加還是減少？ 學生：控制變量。
老師：在實驗中，我們通過控制電荷量不變，觀察電壓變化，得到電容變化。
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充電結束后與電源斷開，由于異種電荷互相吸引，電荷被保存下來。若空氣足夠干燥，則在較長時間內，我們可以近似看作電荷量不變。
在初中，同學們學過用電壓表測電壓，本節課，我們采用靜電計來測量電壓。靜電計指針偏角越大，可反映它金屬桿與金屬外殼之間電勢差越大。 Q：如何用靜電計測量平行板電容器兩極板間的電勢差？
利用導線將靜電計的金屬桿和平行板電容器一個極板相連，它倆等勢，靜電計的金屬外殼和平行板電容器另一個極板相連，它倆等勢。即靜電計兩個極板的電勢差就等于平行板電容器兩極板的電勢差，即我們可以通過偏角反映平行板電容器兩極板間電勢差的變化。
通過理論分析表明：
當平行板電容器的兩極板為真空時，4S
CKd
，k為靜電力常量。
當兩極板間充滿同一種介質時，電容變為真空時的倍r，4S
rCKd
，r是一個
常數，與電介質的性質相關，稱為電介質的相對介電常數。給出表達式中各個物理量的
單位及大小。
空氣的相對介電常數與1非常接近。因此在一般性研究中，空氣對電容器的影響可以忽略不計。
這些是我們本節課學習的主要內容。 板書設計
1-8 電容器和的電容
一、電容器
充電：使電容器兩個極板帶上等量異種電荷的過程； 放電：使電容器兩極板上電荷中和的過程。 電容器帶電量Q
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二、電容（C）
1、物理意義：電容是表示電容器容納電荷本領的物理量。XK] 2、定義式:
C與電容器是否帶電、所裝電荷量、兩極板間電勢差無關，由電容器本身結構決定。
3、單位：法拉（F） 1F=1C/V 1F=106F=1012pF
三、研究影響平行板電容器電容大小的因素
電容的決定因素：S，d，電介質
平行板電容器電容的決定式： 七、課堂小結
本節課我們學習了一種容納電荷的元件——電容器，認識電容器的充放電。知道可以利用電容描述電容器容納電荷的本領、知道了電容的定義式及平行板電容器電容的決定式。 八、作業
1.靜電擺球的實驗中，為什么通草球會在兩銅盤之間快速擺動？ 2.在“探究影響平行板電容器電容的因素”的實驗中，
（1）為什么不用電壓表測量平行板電容器兩極板的電勢差？
（2）為什么靜電計指針偏角大小可以反映指針與外殼間的電勢差大小？ 九、教學反思
本節課是一節概念教學，教學重難點是幫助學生建立起來關于電容的正確概念，并掌握電容的定義式及決定式。因此通過將水容器和電容器類比，讓學生感悟電容器容納電荷的本領與它是否帶電、帶電量的多少無關；通過電容器放電火花對比，讓學生感悟不同電容器容納電荷本領的不同；通過探究平行板電容器的電容與哪些因素有關，讓學生學會思考問題、將難測量的量保持不變，通過控制變量，分析定性關系。但由于環境潮濕，靜電實驗現象可能不太好觀察，因此通過小太陽，提供較干燥空氣，近似認為相對較長時間內平行板電容器帶電量保持不變。本節課需聯系學生前面學過的電場的相關知識，難度較大，考慮到學生層次，可適當在一些重點問題上花時間解釋。
視頻來源：優質課網 www.www.fsyixinda.com
