4. 电容器的电容（表格式教学设计） 物理人教版2019必修第三册

第4节 电容器的电容（教学设计） 年级 高二年级 学科 物理 教师 课题 第4节 电容器的电容 教学 目标 物理观念 认识电容器是储存电荷与电能的“容器”，电容 是表征其“容量”的物理量。 科学思维 (1)会用比例关系和类比思维建立与的一次函数模型，归纳出 的定义。 (2)运用变量控制法，通过实验判定 与 的关系，并用符号语言 表示。 科学探究 设计并实施平行板电容器“改变介质”“改变极板面积”“改变距离”的系列实验，记录并分析数据。 科学态度 与责任 遵守实验安全规范，了解击穿电压和额定电压的含义，培养安全用电意识 教学重难点 教学重点： 1.知道电容器的概念，认识常见的电容器，通过实验感知电容器的充、放电现象。 2.了解影响平行板电容器大小的因素，了解平行板电容器的电容公式。 教学难点： 能够对电容器的两类动态变化问题进行分析。 教学过程 教师活动 学生活动 教学引入 【提出问题】 水可以用容器储存起来，电荷也可以用一个“容器”储存起来。图中的元件就是这样的“容器”——电容器。那么，它内部的构造是怎样的？它是怎样“装进”和“倒出”电荷的呢？ 观察、联想，初步猜想电容器构造和怎样装进和倒出电荷 新课讲授 一、电容器 【板书展示】 1.定义：任何两个彼此绝缘且又相隔很近的导体就构成了一个电容器。 2.构造：两个互相靠近彼此绝缘的导体。 3.作用：存储电荷(存储电能)。 视频演示：电容器充放电实验 4.电容器的充电：将电容器两个极板带上等量异种电荷的过程，叫电容器的充电。 【提出问题】 (1)电表中是否有短暂的电流？如果有电流电流的方向是哪个方向？ (2)电容器上下极板带什么电？板间的电场方向是哪个方法？ (3)充电时，电容器储存什么能量？ (4)充电完毕，电路中是否还有电流？ 5.电容器的放电：用导线将充电后的电容器两极接通，两极失去电荷的过程，叫电容器的放电。 【提出问题】 (1)电表中是否有短暂的电流？如果有电流电流的方向是哪个方向？ (2)放电完毕，电场极板间是否还存在电场？极板的所带的电量变为多少？ (3)放电完毕，电路中是否还有电流？ 【视频演示】用传感器观察电容器的放电过程 【提出问题】 (1)在图中画一个竖立的狭长矩形，它的面积的物理意义是什么？ (2)怎样根据 I-t 图像估算电容器在全部放电过程中释放的电荷量？试着算一算。 学生识记基本内容 学生观察实验 学生根据实验观察思考问题，并分享分析结果 学生根据实验观察思考问题，并分享分析结果 学生观察实验 学生分组讨论，并分享计算结果 新课讲授 二、电容 【实验演示】电容器两极板间电势差跟所带电荷量的关系 实验结论： 实验表明，电容器的电荷量变为原来一半时，其两极板间的电势差也变为原来的一般。精确实验表明，一个电容器所带的电量Q与两个极板间的电势差U的比值是不变的。不同电容器，这个比值一般是不同的，可见这个比值表征了电容器储存电荷的特性。 【板书展示】 1.定义：电容器所带电荷量Q与电容器两极板间的电势差U的比值，叫电容器的电容. 2.公式： 3.单位：法拉，简称法，符号F；常用单位微法(μF)和皮法(pF)； 1F=106μF=1012pF 4.物理意义：描述电容器容纳电荷的本领。电容越大，表明在相同电势差情况下，电容器所带的电荷越多。 5.注意：电容器所带的电荷量Q是指一个极板所带电荷量的绝对值。 6.电容器与水容器的基本类比 电容器 水容器 容纳储存电荷 容纳储存水 电荷量Q 水量V 电势差U 水位差h 电容 横截面 6.击穿电压和额定电压： （1）加在电容器两极板上的电压不能超过某一个限度，超过这个限度，电介质将被击穿，这个电压称为击穿电压。 （2）电容器正常工作时两极板上的最大电压，称为额定电压。 【实验演示】探究影响平行板电容器电容的因素 【板书展示】平行板电容器的电容： 学生观察实验 学生识记基本内容 学生类比水容器物理量 学生观看实验 学生识记公式 新课讲授 三、常用电容器 【引导读书学习】 1.聚苯乙烯电容器：以聚苯乙烯薄膜为电介质，两层铝箔为极板. 2.电解电容器：用铝箔做一个极板，以铝箔上很薄一层氧化膜为电介质，用浸过电解液的纸做另一个极板。 3.可变电容器：两极由两组铝片组成，固定的一组铝片叫做定片；可以转动的一组铝片叫做动片;空气为电介质。 学生根据老师要求，看书自学此部分内容 课 堂 练 习 课 堂 练 习 课 堂 练 习 课 堂 练 习 课 堂 练 习 课 堂 练 习 课 堂 练 习 课 堂 练 习 课 堂 练 习 课 堂 练 习 1．关于电场强度、电势差和电容，下列说法正确的是（　　） A．由公式可知，电场中某点的电场强度与成正比 B．由公式可知，电容器的电容与极板带电荷量成正比 C．由公式可知，在离点电荷距离为的地方，电场强度的大小与成正比 D．由公式可知，任何电场中任意两点间的电势差等于电场强度与这两点间距离的乘积 【答案】C 【详解】A．公式采用比值定义法，电场强度由电场本身决定，与试探电荷所受的力无关，故A错误； B．公式中，电容由电容器结构决定，与和无关，故B错误； C．公式中，场源电荷的大小直接决定电场强度，当固定时，与成正比，故C正确； D．公式仅适用于匀强电场，且为两点沿电场方向的距离，故D错误。 故选C。 2．一电容为C的平行板电容器充电后断开电源，此时电容器带电量为Q，板间电压为U，板间电场强度大小为E。现增加该电容器两极板间的距离，下列说法正确的是（　　） A．Q增加 B．C增加 C．E不变 D．U不变 【答案】C 【详解】A．电容器充电后断开电源，电荷量Q无法改变，故Q不变，A错误； B．电容C与板间距d成反比（公式），d增大时C减小，B错误； C．电场强度，， 可得，Q和S均不变，故E不变，C正确； D．电压，Q不变，C减小，导致U增大，D错误。 故选C。 3．某平行板电容器的电容为，两极板间电压20V，该电容器所带的电荷量为（　　） A． B． C． D． 【答案】D 【详解】根据，可得该电容器所带的电荷量为 故选D。 4．某电容器所带电荷量Q与其两端电压U的关系图像如图所示，该电容器的电容为（　　） A．0.5F B．1.0F C．F D．F 【答案】D 【详解】由电容的定义式 可知 故图象中的斜率表示电容，故电容 故选D。 5．如图所示，下列关于该电容器的说法中，正确的是（　　） A．外壳上所标的100V指的是击穿电压 B．该电容器只有接100V的恒定电压时才能工作 C．电容器上不带电，其电容也是 D．给该电容器充电过程中电容器两端电压不变 【答案】C 【详解】A．电容器外壳标的100V是额定电压（工作电压上限，低于击穿电压），不是击穿电压，A错误； B．该电容器可在不超过100V的电压下工作（包括直流、交流，只要电压峰值不超100V），并非只能接100V恒定电压，B错误； C．电容是电容器本身的属性，由构造（极板面积、间距、介电质）决定，与是否带电无关，即使不带电，电容仍为，C正确； D．充电时，电容器电荷量增大，由（不变），故电容器两端电压增大，D错误。 故选C。 6．如图所示为自动体外除颤仪（AED），其工作原理是通过电容器对患者胸部的两个电极放电，刺激心颤患者的心脏恢复正常跳动。某次模拟治疗时，该除颤仪的电容器电容为50μF，充电后电容器的电压为6.0kV，电容器在一定时间内放电至两极板间的电压为0。下列说法正确的是（　　） A．本次放电有0.3C的电荷量通过人体组织 B．放电过程中电容器两极板间的电压保持不变 C．如果电容器放掉一半的电荷量，电容器的电容变为25μF D．电容器所带的电荷量是两个极板所带电荷量的绝对值之和 【答案】A 【详解】A．本次放电通过人体组织的电荷量Q=CU=50×10−6×6×103C=0.3C，故A正确； B．放电过程中电容器所带电量减小，电容不变，根据Q=CU可知两极板间的电压减小，故B错误； C．电容器的电容由电容器本身决定，与电容器带电量无关，故C错误； D．电容器所带的电荷量是指电容器一个极板所带电荷量的绝对值，故D错误。 故选A。 7．如图所示，两块相互靠近彼此绝缘的平行金属板组成平行板电容器，极板N与静电计金属球相连，极板M和静电计的外壳均接地，给电容器充电，保持电容器所带的电荷量不变。下列说法正确的是（　　） A．仅将M板向上平移，电容器的电容变大 B．仅将M板向左平移，极板N的电势升高 C．仅将M板向右平移，板间电场强度变大 D．仅在M、N之间插入有机玻璃板（相对介电常数大于1），静电计指针张角变大 【答案】B 【详解】A．根据电容可知，仅将M板向上平移，正对面积S减小，电容器的电容减小，故A错误； B．根据电容可知，仅将M板向左平移，两极板间d的距离增大，电容器的电容减小，结合可知，当两极板的电荷量不变时，电容减小，两极板间的电势差U增大，又因为 而M板接地，，因此极板N的电势升高，故B正确； C．根据， 结合 联立解得 因此仅将M板向右平移，两极板间的电场强度不变，故C错误； D．仅在M、N之间插入有机玻璃板（相对介电常数大于1），根据可知，电容器的电容增大，结合可知，两极板间的电势差减小，静电计的指针张角变小，故D错误。 故选B。 8．电容式位移传感器的示意图如图所示，平行板电容器的两极板和输出电压恒定的电源相连，当电介质板向右移动过程中，下列说法正确的是（　　） A．平行板电容器的电容变小 B．平行板电容器的带电量增大 C．通过电流计的电流方向为b到a D．平行板间的电场强度变小 【答案】B 【详解】A．由电容的决定式可知，在电介质板向右移动过程中，由于变大，电容C会变大，故A错误； BC．由电路连接情况可知，电容器两端的电压与电源电压相等，即U不变。由电容定义式变形得 U不变，在C增大时，电容器存储的电荷量增大，电容器充电，充电电流方向为由a到b，故B正确，C错误； D．根据可知，当电介质板向右移动过程中，由于电容器两板间电压不变，两板间距不变，所以平行板间的电场强度不变，故D错误。 故选B。 9．如图所示，A、B为水平正对放置的平行板电容器的两极板，B极板接地，电容器接在电压恒定的电源两端，闭合开关S，一带电的小球静止在两极板间的P点。现将A极板缓慢向下移动一小段距离（未碰到小球），下列说法正确的是（　　） A．小球带正电 B．小球将向上运动 C．小球的电势能将增大 D．电容器所带的电荷量减少 【答案】B 【详解】A．A极板带正电，电场强度方向竖直向下，小球受到重力和电场力，由于带电小球静止，根据二力平衡可知电场力竖直向上，故小球带负电，故A错误； D．闭合开关S，将A极板缓慢向下移动一小段距离，两极板间距离减小，根据电容的决定式分析可知，电容变大，由电容的定义式分析可知，电容器的电荷量增加，故D错误； B．U不变，d减小，根据分析可知，两极板间场强增大，则，故小球将向上运动，故B正确； C．根据 其中变大，则增大，又因为，故增大，根据 可知小球的电势能减小，故C错误。 故选B。 10．电容器的极板A、B分别接在恒压直流电源的两极上，G是灵敏电流计。熔喷布匀速从两极板间穿过，当熔喷布的厚度变薄时会导致相对介电常数变小。下列说法中正确的是（　　） A．熔喷布变薄，电容器两端电压会变大 B．熔喷布变薄，电容器的电容会变大 C．熔喷布变厚，电容器的电荷量保持不变 D．熔喷布变厚时，电流计中会有自b向a的电流 【答案】D 【详解】AB．熔喷布变薄，电容器一直与恒压直流电源连接，所以电容器两端电压不变；根据，由于相对介电常数变小，所以电容器的电容会变小，故AB错误； CD．熔喷布变厚，根据，由于相对介电常数变大，所以电容器的电容会变大；根据，由于电容器两端电压不变，所以电容器的电荷量会增加，则电流计中会有自b向a的电流，故C错误，D正确。 故选D。 11．（多选）如图所示，M、N是平行板电容器的两个极板，为定值电阻，、为可调电阻，用绝缘细线将质量为m、带正电的小球悬于电容器内部．闭合电键S，小球静止时，悬线偏离竖直方向的夹角为。调节、，关于的大小判断正确的是（    ） A．保持不变，缓慢增大时，将变大 B．保持不变，缓慢增大时，将变小 C．保持不变，缓慢增大时，将不变 D．保持不变，缓慢增大时，将变小 【答案】BC 【详解】AB．保持不变，缓慢增大时，电路中的电流将减小，两端的电压减小，电容器两端的电压减小，两极板间的电场强度减小，对小球受力分析如图所示 根据小球受力平衡可知 所以变小，即将变小，故A错误，B正确； CD．保持不变，缓慢增大时，两端的电压不变，电容器两端的电压不变，两极板间的电场强度不变，所以不变，将不变，故C正确，D错误。 故选BC。 12．（多选）如图所示的电路中，AB是两金属板构成的平行板电容器，G是灵敏电流计。保持电键K始终闭合，将B极板向下移动一小段距离，已知初末态两极板AB间的电压不变，下列说法正确的是（　　） A．电容器的电容变大 B．电容器内部电场强度大小变小 C．B极板移动过程中灵敏电流计中有从左向右的电流 D．P点电势增大 【答案】BCD 【详解】A．将B板向下平移一小段距离，由可知，电容器的电容变小，故A错误； B．将电键K闭合，两极板的电势差不变，由 可知将B板向下平移一小段距离，电容器内部电场强度大小变小，故B正确； C．根据可知电容器的电荷量减小，故电容器放电，所以B极板移动过程中灵敏电流计中有从左向右的电流，故C正确； D．根据 可得变小，其中不变，则变大，即P点电势增大，故D正确。 故选BCD。 13．（多选）如图所示的电路中，两金属板沿水平方向放置，并与灵敏电流计G串联后接在电源两端，D是理想二极管。单刀双掷开关S接1时，带电小球刚好静止在两极板间P点，A极板接地。下列说法正确的是（　　） A．小球的电势能为负 B．单刀双掷开关S接1时，仅将A板向上移动少许，则P点的电势会升高 C．单刀双掷开关S接2时，仅将B板向上移动少许，则小球向上运动，且流过灵敏电流计G的电流方向向右 D．单刀双掷开关空置，在AB间插入电介质，则小球向下运动，且电容器电压减小 【答案】BD 【详解】A．单刀双掷开关S接1时，AB板间电场强度方向竖直向上，带电小球刚好静止在两极板间，则小球所受电场力方向也是竖直向上，故小球带正电，A板接地，电势为零，AB板间电势都为正，根据电势能，可知小球电势能为正，A错误； B．单刀双掷开关S接1时，电容器的电压E不变，仅将A板向上移动少许，板间距离变大，则电场强度E场强变小，P点与B板电势差减小又可知升高，B正确； C．单刀双掷开关S接2时，仅将B板向上移动少许，板间距离变小，但是由于二极管的单向导电性，电容器的电量不变，板间电场强度大小不变，小球仍保持静止，C错误； D．单刀双掷开关S空置，电容器电量不变，插入电介质，电容变大，由可知，电压减小。极板之间的电场强度电容器电容联立解得知插入电介质后场强E减小，小球向下运动，D正确。故选BD。 14．（多选）目前智能手机和平板普遍采用了电容触摸屏，其原理可简化为如图所示的电路。平行板电容器的上极板 A为可动电极，下极板B为固定电极。当用手指触压屏幕上某个部位时，可动电极的极板会发生形变，使 A、B两板间距离减小，形变过程中，电流表G中有从b到a的电流，则（　　） A．手指触压屏幕时，电容器的电容减小 B．手指触压异幕时，电容器的电容增大 C．电容器上极板A带负电 D．电容器上极板A带正电 【答案】BD 【详解】AB．手指触压屏幕时，两板间距减小，根据可知电容器的电容增大，故A错误，B正确； CD．两板间电压不变，而电容C增大，根据 可知，电容器所带电荷量增大，电容器充电，电流表G中有从b到a的电流，则说明电容器上板带正电，故C错误，D正确。故选BD。 15．（多选）如图所示，两块较大的金属板A、B平行放置并与一个电源相连，其中A板接地（取大地电势φ=0）。S闭合后，两板间有一个质量为m、电荷量为q的油滴恰好处于静止状态。以下说法正确的是（　　） A．保持S闭合，若将A板向上平移一小段位移，则油滴向下加速运动，G中有b→a的电流 B．保持S闭合，若将A板向左平移一小段位移（油滴仍处于两极板之间），则油滴仍然静止，G中有a→b的电流 C．若将S断开，再将A板向左移动一小段位移，油滴向下运动 D．若将S断开，再将B板向下平移一小段位移，油滴将仍然静止 【答案】AD 【详解】A．开始时，重力和电场力平衡，故 将A板上移，由可知，E变小，故油滴应向下加速运动；根据，可知，电容器电量减小，故G中有b→a的电流；故A正确； B．若将A板向左平移一小段位移，则E不变，油滴仍静止，但由于S减小，则C减小，电容器电量减小，故G中有b→a的电流；故B错误； C．若将S断开，Q不变，将A板向左移动一小段位移，S减小，C减小，则U增大，E增大，则油滴向上运动，故C错误； D．若将S断开，Q不变，再将B板向下平移一小段位移，根据可知，场强E不变，则油滴仍静止，故D正确。故选AD。 板 书 设 计 第4节 电容器的电容 一、电容器 1.构成：两个彼此绝缘且相距很近的导体 2.作用：储存电荷、电能 二、电容 1.定义： 2.平行板电容器电容： 三、常用电容器 1.聚苯乙烯电容器 2.电解电容器 3.可变电容器 课 堂 小 结 作 业 布 置 1. 完成课后作业：“练习与应用” 2. 配套同步作业 教 学 反 思 课堂结构紧凑，生活类比生动，动手测激发兴趣，学生讨论热烈，核心概念顺利建构，探究意识初显。 但变量控制实验提示不足，部分同学忙于数据忽视现象，致关系归纳偏差。后续应明确观察要点，留足讨论并点拨。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $