“电容”定义的创新教学设计

龚文军

(湖北省武汉六中　400016)

一、教学内容

《电容器的电容》第一课时

二、教学目标

1.知识与技能

知道常用的电容器的结构以及电容的概念；

通过实验感知电容器的充、放电现象，知道电容器的作用；

通过实验探究理解电容的定义式C=Q/U.

2.过程与方法

类比的思路在研究物理学新问题时的迁移；

培养学生的科学探究能力、实验能力，观察能力和思维能力.

3.情感、态度与价值观

通过引导对库伦实验的逻辑迁移，使学生体会思维创新，激发探究兴趣.

三、教法学法

类比法、实验探究法、演示实验法、计算机辅助教学

1.教学用具

教师示教准备：

自制电容器示教板，电解电容器(4700μF,25V； 2200μF,25V； 1000μF,25V等电解电容器；聚苯乙烯电容器；钽电容器等)，9.0V电池；学生电源，万用电表，简易灯座(配小灯泡)，大小不同的水容器两个，平行板电容器，多媒体课件.

学生实验准备：(两个同学一组，视学生多少成套准备)简易灯座(配小灯泡)2个，电解电容器(4700μF,16V； 2200μF,16V； 1000μF,16V)各2个，学生直流电源(或9.0V电池)，多功能数字电表，部分拨开的纸质电容器.

2.教学过程设计

(1)演示实验，引入新课

实验演示：电容器(电解电容器4700μF,16V)本来不能使简易灯座上的小灯泡发光，通过9V电池充电后可以使小灯泡发光.

介绍电容器是容纳电荷的容器.

Ppt展示：各种各样电容器的图片，了解电容器有很多种，

观察：学生动手拆解纸质电容器，观察纸质电容器的构造.介绍无论什么样的电容器都具有相似的结构.

归纳电容器的一般结构，介绍电路图符号.

(2) 师生互动，探究新知

提问：这么简单的结构是怎么容纳电荷的呢？

实验提示：同学们也有刚才的实验器材，你会不会用电容器来容纳电荷呢？

学生实验：电容器充电后，通过小灯泡放电使灯泡发光.学生有多种规格电容器，提示依次试试.学生交流实验结果.

老师结合实验介绍电容器的充放电.

[指出]电容器的电量：指一个极板所带电量的绝对值，类比水杯容纳水的多少.

设疑：盛水的容器有大有小，电容器的容纳电荷的本领有区别吗？

实验一

演示：相同的电压(9V电池)给不同的电容器(4700μF,16V； 2200μF,16V)充电后，放电时同一只小灯泡亮度不同.

发现不同的电容器容纳电荷的本领不同.

设问：怎么描述电容器容纳电荷的本领大小呢？

学生讨论：通过对实验的讨论，得出，同一个电容器不同电压充电后电荷量不同；不同的电容器用相同电压充电后带电量也不同.

发现：可能与带电量Q和两极板间电势差有关.

设问：能不能研究电容器带电量Q、与极板间电势差U的关系？

(1)怎么研究Q？

介绍库伦研究电荷相互作用时用相同的导体球平分电荷，从而可以不用知道电荷量具体是多大又可以研究电荷量的事例.启发学生均分电荷的思路：根据库伦研究电荷的思路，用相同规格的不带电的电容器均分已充电的电容器的电荷，可以实现不需要测量电荷量又可以控制电容器电荷量有规律折半.这样就可以设计实验，研究电容器所带电荷量与极板间电势差的关系……

(2)怎么研究电势差？数字万用电表测量！

引导讨论实验可行性，并得出实验操作注意事项：电解电容器有正负极，充电时应注意电池的极性；测量极板间电势差时操作要迅速以减少空气放电；测量过程不能用手接通两极，因为人体也是导体；提醒相互配合以提高实验效率.

拟定实验方案并交流讨论实验实施具体步骤.

实验二

学生探究一

探究内容：研究同一个电容器的电荷量与极板间电势差的关系.

引导讲解：用相同规格的不带电的电容器均分已充电的待测电容器的电荷，即可以实现不需要测量电荷量又可以控制电容器电荷量有规律折半.在平分电容器电荷过程中用一只数字多用电表及时检测电容器不同电荷量时极板间电势差并作好记录.

学生活动：合作探究电容器带电量Q与极板间电势差的关系

学生讨论并得出实验探究方案：用电池(或学生电源直流档)给电容器充电后，立即测出两极间电势差.用一个完全相同的不带电的电容器两极与已经充电的电容器两极接通，分开后立即测出两个电容器极间电势差.数据填入设计的表格.

实验数据记录：设充电后初始电荷量为Q0

学生集体讨论发现实验结论：多次实验，可以发现同一只电容器当电荷量变成1/2,1/4,1/8……时，极板间电势差刚好也变成原来充电电压的1/2,1/4,1/8……

得出结论：同一个电容器，Q/U比值总是不变的.

实验三

学生探究二

探究内容：不同电容器两极板间的电势差与所带电荷量的关系

用不同规格电容器充分放电后与已充电电容器并联，测量并联前后极板间电势差.

结合实验二的结论，得出：并联后的不同规格电容器极板间电势差相同，但所带电荷量不同.可见两个不同的电容器，电荷量与极间电压比值不一样.

实验四

演示：三种电容器(电解电容器4700μF,16V；2200μF,16V； 1000μF,16V)，通过9V电池充电后使简易灯座上的小灯泡发光的亮度明显不同.

可以粗略得出结论：当不同电容器两极间电势差相同时，不同电容器极板上所带电荷量不同.发现课程开始的实验中，有些同学已经用相同的电池给不同的电容器充电后再通过同一个小灯泡放电时，小灯泡亮度与所选择的电容器有关.

引导讨论并得出结论：同一个电容器容纳电荷的本领一样，Q/U的比值相同.两个容纳电荷本领不同的电容器Q/U比值不同，其中容纳电荷本领强的电容器Q/U的比值较大.

这说明：Q/U的值描述了电容器容纳电荷的本领.

科学家们通过更精密的实验发现Q/U的比值描述了电容器容纳电荷的本领.于是用Q/U比值定义了电容，C=Q/U.

电容：定义式C=Q/U

介绍：“电容”是描述电容器容纳电荷本领的物理量.

使一个电容器两极间电压升高1V所需要充入极板的电荷量越多，这个电容器容纳电荷的本领就越强.我们就说这个电容器的电容越大.(类比)就好比直筒形水杯，使水位上升单位高度需要的水量的越多就代表了水杯容水的本领越强.

介绍电容的单位1F=1C/V，以及常用单位：1μF=10-6F；1pF=10-12F

介绍常见电容器(Ppt).

布置作业：了解身边的电容器，并了解其容量大小.

教学后记：

电容定义式的教学是个难点.人教版教材中三者的关系也是直接给出结论，学生接受有困难.本堂课设计定量探究弥补.先用均分电荷思路得出相同电容器电荷量与极板电势差成正比，再利用此结论得出不同电容器极板电压相同时电荷量不同，进而推导得出电容的定义式.思路贯通，学生对电容的定义式的理解就水到渠成.

在实际教学过程中，用来均分电荷的电容器需要充分放电.数字电表不可以改为指针式电压表，不仅是更方便读数，两种表的内阻相差很大，影响不可忽略.实验环境对于空气放电也是有影响的，所以测量要迅速.