10.4电容器的电容（学案二）-2023-2024学年高二物理素养提升学案（人教版2019必修第三册）

高中物理必修三素养提升学案 第10章 静电场中的能量 第4节　电容器的电容 【学习目标】 1.理解电容概念及其定义方法,掌握电容的定义公式、单位,并会用来进行有关的计算。 2.围绕平行板电容器的电容公式,知道改变平行板电容器的电容大小的方法,经历由简单到复杂、由特殊到一般的科学推理和论证过程,提高数形结合、数理结合解决问题的能力,体会极限的科学思维方法。 3.运用数字化实验仪器进行演示实验,通过问题、证据、解释和交流完成科学实验过程,提高使用数字化实验设备解决问题的能力。 【科学素养要求】 1. 物理观念 (1)理解电容的概念，知道电容的单位。 (2)了解电容器的类型、特性及作用。 2. 科学思维 (1)通过实验，观察电容器在充、放电过程中电流与电压变化，分析电荷量变化及能量变化情况。 (2)了解影响平行板电容器电容大小的因素。 3. 科学探究 通过实验探究电容器两极板间电势差与所带电荷量关系和用物理量之比定义电容的过程。 4. 科学态度与责任 养成观察、比较、归纳、分析的良好习惯。 【学习资源】 物理教材必修第三册 【学习方法】 通过自主学习、合作探究、互动展示完成本节课的学习。 【学习过程】 [课前准备] 复习上节课所学的电容的基础知识。 解析课后作业。 【理论探究报告】 【探究主题】[情境引入]展示实验器材:内外附锡箔纸的大塑料杯、感应起电机。 学生演示实验:让两个学生到讲台前将感应起电机与塑料杯上外附的锡箔纸接触,摇动感应起电机,然后让感应起电机与锡箔纸分离。让一名学生接触塑料杯内附锡箔纸。(学生被电了一下) (一)电容器构造 任何两个彼此绝缘又相距很近的导体都可以看成一个电容器。通常用符号表示。 两个导体间的绝缘物质也叫电介质。空气也是一种电介质。 最简单的电容器是由两个相距很近彼此绝缘的金属平行板构成的平行板电容器。 (二)电容器带电原因分析 【实验演示】电路图如图所示 单刀双掷开关先接通1,再接通2,观察实验现象。 问题:你观察到什么实验现象了? 你认为电容器接电源后与接电源前相比有何变化?为什么这么认为? 问题:什么时候电容器充电完毕? (三)电容 【实验探究】电容器所带电荷量与电容器两端的电势差有何关系? 关键问题:1.电容器带电后两极板间的电势差如何测量? 2.电容器所带的电荷量如何测量? 【仪器介绍】电流传感器,与计算机相连,可以测出电容器的放电电流随时间变化关系图像。 【实验演示】用电流传感器测2 V充电电压下电容器(104 μF　25 V)的放电电流随时间的变化关系。 问题:电流图像与时间轴所包含的面积的物理意义是什么?为什么这么认为? 实验思路总结: 1.测同一电容器在不同的充电电压下所带的电荷量: (1)接开关1让电容器充电,充电完毕电容器两端电压等于电源电压; (2)接开关2让电容器放电测放电电流,求出电荷量填入表格。 2.换用不同的电容器重复实验。 3.数据处理。 4.分析总结。 【实验演示】如图所示,学生电源电压可变。 电容充放电I-t图像 电容充放电Q-U图像 实验一 Q1/C 0.020 7 0.040 9 0.062 0 0.081 5 0.101 9 U1/V 1.96 4.00 6.05 8.07 10.09 实验二 Q2/C 0.009 6 0.019 3 0.029 3 0.038 6 0.047 9 U2/V 1.96 3.99 6.05 8.07 10.10 　　【归纳总结】 1.对于同一电容器,电势差增大,两极板间的电荷量增多,但是电荷量和电势差的比值不变; 2.不同电容器Q/U的比值不同; 3.对于不同的电容器在电势差相同的情况下,Q/U比值大的电容器容纳的电荷多。 结论:Q/U比值反映了电容器容纳电荷的本领,叫电容。用符号C表示。 电容:C=Q/U 单位：法拉;符号:F,1 F=1 C/V,1 F=106 μF=1012 pF 问题：:电容器的充电电压是否可以不断地增大? (四)平行板电容器的电容 猜想:电容器的电容是由电容器本身的性质决定的,那么大家猜想一下平行板电容器的电容与哪些因素有关系呢?为什么? 猜想平行板面积、间距、电介质、材料等因素,并简单定性解释。 【实验演示】探究平行板电容器的电容与平行板的正对面积、平行板间距、电介质有什么定性关系? 【仪器】电容表、平行板电容器。 【趣味实验】找两个学生分别与电容表两个探针接触、分开、靠近、蹲下、站立让学生看出电容表示数变化。 【启发】采用什么实验方法?(控制变量法) (五)常用电容器 1.从构造上来看:固定电容器和可变电容器()。 2.由于所用的电介质不同,固定电容器又可分为聚苯乙烯电容器、纸介电容器、云母电容器、瓷介电容器、电解电容器()等