7/7第5節科學探究：電容器教學目標1．知道電容器的概念，掌握電容器充、放電的原理和電流變化情況。2．掌握電容的相關概念。3．掌握影響平行板電容器電容的因素。4．認識一些常用電容器。教學重難點教學重點電容的概念公式和影響平行板電容器電容的因素。教學難點充放電過程中電容器相關物理量的動態變化。教學準備多媒體設備、靜電計、帶絕緣支架的導體圓板(兩個)、起電機、電介質板(泡沫塑料板)、各種常用電容器。教學過程新課引入展示圖片：電容器教師：通過視頻我們知道，瓶子不但可以裝水，還能裝電。那么，萊頓瓶是如何裝電的呢？又是怎么把電取出來呢？今天我們就來學習新時代的萊頓瓶——電容器。講授新課一、觀察電容器的充、放電現象教師展示電容器的圖片，同時拿出實物電容器給學生觀察。教師講解：能儲存電荷的電學元件稱為電容器，兩塊彼此絕緣的平行金屬板可組成最簡單的電容器，即平行板電容器。注意通過定義，我們知道電容器是由兩個導體組成。組成電容器的導體稱為電容器的兩個極板。又因為電容器要彼此絕緣，所以兩個極板之間要用絕緣體隔開，也就是說電容器極板中間的物質是絕緣體，我們稱為電介質。教師提問：怎么讓電容器儲存電荷呢？學生回答：給電容器充電。教師講述：給電容器充電就是讓電容器兩極板帶上等量異種電荷的過程。我們用如圖所示的電路圖給電容器充電，當開關閉合，在電源的作用下，正電荷不斷地聚集在電容器上極板上，同時下極板不斷聚集負電荷。由于正負電荷的聚集使電容器兩極板之間形成一個勻強電場，同時兩極板之間也產生了電勢差也就是電壓。直到我們的電壓等于電源電壓，充電結束，此時電路中沒有了電流。注意，在充電過程中，我們如果以順時針方向規定為電流正方向。那么，電容器充電時電路中的電流如右圖所示，開始電流很大，然后逐漸減小，直到電容器充滿電時電流為零。這樣電容器就儲存上了電荷。在這里大家要注意，我們以后所說的電容器所帶電荷量是指電容器一個極板所帶電荷量的絕對值。通過電容器充電的過程，我們能夠知道電容器充電是將電源的能量轉化為兩極板之間的電場能。教師提問：那我們如何把電荷從電容器中取出呢？學生回答：給電容器放電。教師講述：對，同學們說的很對，那怎么給電容器放電呢？其實給電容器放電就是使充電后的電容器電荷中和失去電荷的過程。我們用導線將電容器的兩個極板直接連接起來，使正電荷和負電荷通過導線中和，讓電容器失去電荷，這個過程就是電容器的放電。電容器放電時的電流圖像如右圖所示，從圖像可以看出，開始時電流也是較大，然后逐漸減小到零。但放電時電流的方向和充電時電流的方向是相反的，這一點大家要注意。電容器放電是把兩極板的電場能轉化為其它形式的能。（3）電容器充電時的特點：①充電電流方向為從電源的正極流出的電流的方向。②電容器所帶電荷量增加。③電容器兩極板間電壓升高。④電容器中電場強度增大。⑤充電過程中電容器從電源獲取的能量為電能。電容器放電過程特點：電電流方向是從正極板流出的電流的方向。容器兩極板上電荷量減少。容器兩極板間電壓降低。容器中電場強度減小。⑤電容器的電場能轉化成其他形式的能量。二、電容器的電容教師：我們學習了電容器，知道電容器能夠儲存電荷，那么一個給定的電容器能儲存多少電荷呢？我們用一個新的物理量——電容，來表示電容器能存儲電荷的多少。引導學生分析：兩極板積累異號電荷越多，其中帶正電荷一極電勢越高，帶負電荷一極電勢越低，從而電勢差越大。可類比于水容器(柱形)，Q電量類比于水的體積，電勢差U類比于水深，U越大，Q越大，水的體積與水的深度比值為橫截面積不變。理論上可得Q/U比值也不變，類比于橫截面積，我們把這個比值稱為電容。1.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。2.公式：C=Q/UQ：每一個極板帶電量的絕對值。U：電容器兩極板之間的電勢差——電壓。理解：電容C與Q、U無關，由電容器本身決定。3.物理意義：表征電容器容納電荷本領的大小。4.單位：國際制單位為法拉，簡稱法，符號為F。1F=1C/V。常用單位有微法(μF)、皮法(pF)1F=106μF=1012pF。說明：對于給定電容器，相當于給定柱形水容器，C(類比于橫截面積)不變。這是量度式，不是關系式。在C一定情況下，Q=CU，Q正比于U。所以Q－U圖象是一條過原點的直線(如圖所示)，其中Q為一個極板上所帶電荷量的絕對值，U為兩板間的電勢差，直線的斜率表示電容大小，因而電容器的電容也可以表示為C＝?Q三、平行板電容器的電容電容器中具有代表性的一種。構成：兩塊平行相互絕緣金屬板。可強調一下：①兩極間距d；②兩極正對面積S。教師播放交互動畫：《影響電容大小的有關因素》。教師：通過實驗我們得到平行板電容器電容大小的決定式是 S--兩極板正對面積；k--靜電力常量；d--兩極板的正對距離；εr--介電常數。教師：我們知道了電容的定義式，也學習了平行板電容器的決定式，現在同學們來思考這樣兩個問題，然后互相討論一下。展示問題：(1)電容器充電后保持和電源連接，如果增大兩極板之間距離d，這時，則U、Q、E如何變化?(2)電容器充電后斷開和電源連接，在這種情況下，如果增大d，則U、Q、E如何變化?引導學生討論，尋找那些量變化，那些量不變等。教師總結：分析電容器動態變化問題的步驟。始終與電源連接充電后與電源斷開不變量U不變Q不變自變量dS因變量E＝U/d，d變大，E變小；d變小，E變大E＝4πkεrsQ，S變大，E變小；SQ＝εrs4πkdU，d變大，Q變小；dU＝4πkdεrsQ，S變大，U變小；Sa.明確電容器與電源連接情況，從而確定是電壓不變還是電荷量不變。b.由C=εrs/4πkd，根據εr、S、d的變化確定C的變化。c.由C＝Q/U確定Q或U的變化。d.根據E＝U/d＝4πkεrsQ四、常見電容器及其應用教師展示各種常用電容器。教師解釋電容器上銘牌(0.1F、350V)的含義：“0.1F”為電容，表示電容器容納電荷本領的物理量。“350V”為額定電壓，電容器長期工作所能承受的電壓。簡單講解幾種常用的電容器：聚苯乙烯電容器，在兩層鋁箔中間夾有聚苯乙烯薄膜，一起卷繞成圓柱體，就制成了聚苯乙烯電容器。改變鋁箔的面積和聚苯乙烯薄膜的厚度，可以制成電容大小不同的電容器。陶瓷電容器又稱為瓷介電容器或獨石電容器。顧名思義，瓷介電容器就是介質材料為陶瓷的電容器。根據陶瓷材料的不同，可以分為低頻陶瓷電容器和高頻陶瓷電容器兩類。按結構形式分類，又可分為圓片狀電容器、管狀電容器、矩形電容器、片狀電容器、穿心電容器等多種。電解電容器的內部有儲存電荷的電解質材料，分正、負極性，類似于電池，不可接反。正極為粘有氧化膜的金屬基板，負極通過金屬極板與電解質(固體和非固體)相連接。特點是容量大、體積大、有極性，一般用于直流電路中作濾波、整流。典型例題例1下列說法中正確的是()A.電容器所帶的電荷越多，電容就越大B.電容器兩極板間電壓越高，電容就越大C.電容器所帶電荷增加一倍，則兩極間的電壓也一定增加一倍D.電容表征電容器容納電荷的本領的物理量E.平行板電容器保持帶電量不變而增大板距時，兩板間電壓要減小F.平行板電容器一板帶電＋Q，另一板帶電－Q，則此電容器不帶電答案：CD例2連接在電池兩極上的平行板電容器，當兩極板間的距離減小時()A.電容器的電容C變大B.電容器極板的帶電量Q變大C.電容器兩極間的電勢差U變大D.電容器兩極板間的電場強度E變大答案：ABD例3在下圖所示的實驗裝置中，平行板電