第六节 电容 电容器 第1课时 电容器的电容（表格式教学设计）物理沪科版必修第三册

该高中物理教学设计聚焦“电容器的电容”核心，以超级电容车情境导入，衔接静电学基础，通过“概念建构—实验探究—规律抽象—应用迁移”梳理电容器构造、充放电现象及电容定义，为后续电路学习搭建支架。 亮点在于融合科学思维与科学探究，用水容器类比建构电容比值定义（模型建构），实验探究平行板电容器影响因素（科学推理），动态分析培养逻辑能力，结合实际应用渗透社会责任，助力学生深化物理观念，便于教师落实素养教学。

9.6 电容 电容器 第1课时 电容器的电容（教学设计） 年级 高二 学科 物理 课时数 课题 9.6 电容 电容器 第1课时 电容器的电容（教学设计） 教学 目标 1. 知道什么是电容器及电容器的主要构造。 2. 理解电容的概念及其定义式。 3. 了解电容器充电和放电现象及能量转换。 4. 会应用平行板电容器的电容公式分析有关问题。 教材 分析 本节内容位是学生在学习了库仑定律、电场强度、电势差等静电基础概念后的第一次系统接触“储能器件”的知识点。电容器既是电学基本元件，又是连接宏观电路与微观电场的重要纽带，其“电容”概念是后续电路、电磁振荡、交变电流、电磁波以及信息技术模块的关键。本课时以“电容器的电容”为核心，通过“概念建构—实验探究—规律抽象—应用迁移”四环递进，让学生理解电容器的构造、充放电现象、电容的定义及平行板电容器的决定式，并能解决简单实际问题。教材在结构设计上由生活化情境切入，逐步过渡到抽象物理模型，符合“情境—问题—应用”新课标理念，易于教师开展深度学习与核心素养培养。 教学重点 1. 电容概念与定义式的理解及应用。 2. 平行板电容器电容的决定式的推导与影响因素分析。 教学难点 1. C 与 Q、U 无关”思想的建立与迁移。 2. 充放电两种不同连接状态下（与电源连接/断开）的动态分析。 教学过程 教师活动 学生活动 导入新课 现今在城市我们每天都能看到新能源公交汽车在路上行驶，其中超级电容车是典型的代表，作为城市公交的一分子为市民提供交通服务。下图是上海公交11路车，它是世界上首条使用超级电容车实现快速充电技术商业化的公交线路。 超级电容车借助车上安装的“超级电容器”，可以通过车顶的充电设备从充电站的电缆上实现几十秒的快速充电，然后继续行驶。超级电容车行驶所需的能量贮存在“超级电容器”里。 结合实际情况展开思考 学习新课 一、电容器 带电体放在空中，它所带的电荷是会慢慢地失去的，为了保存电荷，我们就需要有一个能像存水的“装电荷的容器”—电容器。 能盛装东西的物体称为容器，能盛水的容器就可以称为水容器，以此类推，能容纳电荷的容器称为电容器。那么什么样的物体能有效地容纳电荷呢？ 1. 电容器 （1）电容器：把能存储电荷和电能的装置叫做电容器。 （2）基本构造：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。 （3）电容器符号 （4）电容器的作用：用来容纳(存储)电荷的装置。注意：蓄电池储存的不是电荷，是化学能。 （5）平行板电容器的构造：在两个相距很近的平行金属板中间夹上一层绝缘物质（电介质）,就组成一个简单的平行板电容器。 （6）带电特点：两极板电荷等量异号，分布在相对的两板内侧。（“电容器所带的电荷量”指一个极板所带电荷量的绝对值） （7）板间电场：匀强电场，方向垂直于板面。 掌握电容器的基本构造、符号、作用 学习新课 二、电容器如何存储和释放电荷 1. 电容器的充电 （1）充电：把电容器的两个极板和电池的正负极相连，两个极板就分别带上了等量的异种电荷，这个过程叫充电。 注意：若电容器保持与电源连接，则板间电压U不变；若断开电源，则极板所带电量Q不变。 （2）充电过程的特点： a、充电电流：充电瞬间有短暂的电流，电流方向从电源正极流出，电流由大变小。 b、与电源正极相连的极板带正电，电容器所带电荷量增加。 c、两极板间电压升高。 d、两极板间电场强度增大。 e、其它形式能转化为电场能。 （3）充电完成后： A.两极板带等量异种电荷 B.两极板间有电压（与电源电压相等） C.两极板间有电场 D.两极板间有电场能 2. 电容器的放电 ①放电：把充电后的电容器两极板接通，两极板上的电荷中和失去电荷，电容器不再带电，这个过程叫放电。 （2）放电过程的特点： a、放电电流：电流方向从电容器正极板流出，电流由大变小。 b、电容器所带电荷量减少。 c、两极板间电压降低。 d、两极板间电场强度减小。 e、电场能转化为其它形式的能。 （3）放电完成后 A.两极板带量为0 B.两极板间电压U=0 C.两极板间电场E=0 D.两极板间无电场能 放电过程实质：是正、负电荷中和的过程。 3、电容器的电荷量Q 电容器的电荷量Q ：一个极板所带电量的绝对值。 （1）若保持与电源连接，则板间电压 U 不变； （2）若断开电源，则极板所带电量 Q 不变。 掌握电容器充电过程的特点 掌握电容器放电过程的特点 学习新课 三、如何描述电容器存储电荷本领的强弱 1. 电容器储存电荷本领的表征 既然电容器是用来储存电荷的，怎样描述电容器容纳电荷的本领呢？ 圆柱型水容器的储水问题: （1）水位每升高 h，试比较 A、B、C 的储水量？ （2）如何反映其储水本领？ 【思考与讨论】那电容器储存电荷的本领如何表征呢？ 2. 电容 （1）定义：电容器所带电荷量Q与电容器两极板之间的电势差U之比。 （2）定义式：C＝ 或 （3）单位：电容的国际单位是法拉，符号为F，常用的单位还有微法和皮法，1 F＝ 106 μF＝1012 pF。 （4）物理意义：电容器的电容是表示电容器容纳电荷本领的物理量，在数值上等于使两极板之间的电势差为1V时，电容器所带的电荷量。 （如果一个电容器带1C电量时，两极间电压是1V，这个电容器的电容就是1F） （5）对电容器和电容的理解 ①电容器是电学元件，而电容是物理量，它表征了电容器容纳电荷的本领。 ②电容C是比值法定义的，C＝，由电容器本身的性质决定，与Q、U无关，不能认为C与Q成正比、与U成反比。 ③说明单位电压下储存电荷量越多的电容越大。 ④电容器Q不可能无限增大，当Q足够大时会使空气电离。 （6） 【例1】根据电容器的电容的定义式 C＝，可知（ D ） A.电容器带的电荷量Q越多，它的电容C就越大，C与Q成正比 B.电容器不带电时，其电容为零 C.电容器两极之间的电压U越高，它的电容C就越小，C与U成反比 D.电容器的电容大小与电容器的带电情况无关 【针对训练】如图所示是描述对给定的电容器充电时电荷量Q、电压U、电容C之间相互关系的图像，其中错误的是（ A ） 【例2】有一充电的平行板电容器，两板间的电势差为3 V，现使它的电荷量减少3×10－4 C，于是电容器两板间的电势差降为原来的 ，则此电容器的电容是多大？电容器原来带的电荷量是多少？若将电容器极板上的电荷量全部放掉，电容器的电容是多大？ 【解析】电容器两极板间的电势差的变化量为ΔU＝U＝×3 V＝2 V， 由C＝，得C＝ F＝1.5×10－4 F＝150 μF 设电容器原来所带的电荷量为Q，则Q＝CU＝1.5×10－4×3 C＝4.5×10－4 C 电容器的电容是由电容器本身决定的，与是否带电无关，所以电容器放掉全部电荷后，电容仍然是150 μF 掌握电容的定义、定义式、单位和物理意义 学习新课 四、平行板电容器的电容 1. 平行板电容器的电容 （1）【探究】平行板电容器由两块平行放置的金属板组成.利用平行板电容器进行如下实验： ①如图所示，保持Q和d不变，减小两极板的正对面积S，观察电势差U(静电计指针偏角)的变化，依据 C＝，分析电容C的变化。 答案　实验结论：S减小，电势差U增大，电容C减小。 ②如图所示，保持Q和S不变，增大两极板间的距离d，观察电势差U(静电计指针偏角)的变化，依据C＝，分析电容C的变化。 答案　实验结论：d增大，电势差U增大，电容C减小。 ③如图所示，保持Q、S、d不变，插入电介质，观察电势差U(静电计指针偏角)的变化，依据 C＝，分析电容C的变化。 答案　实验结论：插入电介质，电势差U减小，电容C增大。 （2）平行板电容器的电容公式： ①板间是真空时： ②板间充满介质时： 式中s 表示两板的正对面积，d 表示两板间的距离，k 是静电力常量, εr是电介质的相对介电常数，与电介质的性质有关。 ③公式是平行板电容器决定式，成比例关系。 （3）C＝ 与C＝ 的比较 【例3】（多选）下列哪些措施可以使电介质为空气的平行板电容器的电容变大些( ABD )　 A．使两极板靠近些 B．增大两极板的正对面积 C．把两极板的距离拉开些 D．在两极板间放入云母 【例4】对于一个确定的电容器的电容正确的理解是( D )　 A．电容与带电量成正比 B．电容与电势差成反比 C．电容器带电量越大时，电容越大 D．对确定的电容器,每板带电量增加,两板间电势差必增加 2. 平行板电容器的动态分析 （1）电容器始终与电源连接，U保持不变。 ①由C＝判断电容C的变化。（C随εr 、S、d的变化而变化。） ②由Q =CU判断Q的变化。 ③由判断E的变化。 （2）电容器充电后与电源断开，Q保持不变。 ①由C＝判断电容C的变化。（C随εr、S、d的变化而变化。） ②由判断U的变化。 ③由判断E的变化。 (Q不变时，E与d无关，只随εr、S变化。） 【例5】如图所示，为某电容式话筒的原理示意图，图中电压U不变，R为定值电阻，薄片P和Q为两相互绝缘的金属极板。当对着话筒说话时，P振动而Q可视为不动，在P、Q间距增大过程中（ A ） A.有向下的电流流过R B.P板电荷量增大 C.P、Q两板构成电容器的电容增大 D.P、Q两板间的场强不变 【针对训练】平行板电容器和电源、电阻、开关串联，组成如图5所示的电路.接通开关K，给电容器充电，则（ B ） A.保持K接通，减小两极板间的距离，则两极板间的电场强度减小 B.保持K接通，在两极板间插入一块铝板，则两极板间的电场强度增大 C.充电结束后断开K，减小两极板间的距离，则两极板间的电压增大 D.充电结束后断开K，在两极板间插入一块电介质，则两极板间的电压增大 【例6】“探究影响平行板电容器电容大小因素”的实验装置如图6所示，忽略漏电产生的影响，下列判断正确的是（ C ） A.静电计指针偏转角度的大小显示了平行板电容器所带电荷量的多少 B.若将A板向左移动一段距离，静电计指针偏角减小 C.若在平行板间插入介电常数更大的电介质，板间的电场强度会减小 D.若平行板正对面积减小，静电计指针偏角减小 掌握两种情况下平行板的电容公式 掌握平行板电容器的动态分析的方法 学习新课 五、常用的电容器 1. 电容器的分类 （1）按结构分：固定电容器和可变电容器。 （2）按形状分：圆柱电容器、平行板电容器、球形电容器。 （3）按电介质分：空气电容器、真空电容器、聚苯乙烯电容器、云母电容器、陶瓷电容器、电解电容电容器等。 2. 按照结构分类的电容器 （1）固定电容器 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。符号： ②电解电容器：用铝箔做一个极板，以铝箔上很薄的一层氧化膜为电介质，用浸过电解液的纸做另一个极板。有“+”、“-”极之分，不能接反，不能接交流电。 符号： （2）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。转动动片，使两组铝片的正对面积发生变化，电容相应变化。 符号： 3. 结构分类的电容器 （1）电容器的击穿电压 加在电容器两极板上的电压不能超过某一限度，超过这个限度，电介质将被击穿，电容器损坏，这个极限电压称为击穿电压。 （2）电容器的额定电压 电容器长期正常工作时所能承受的电压。电容器外壳上标的就是额定电压和电容，它比击穿电压要低。 掌握电容器的常见分类 板 书 设 计 电容 电容器 第1课时 电容器的电容 一、电容器 1. 电容器 （1）电容器：把能存储电荷和电能的装置叫做电容器。 （2）基本构造：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。 （3）电容器符号 （4）电容器的作用：用来容纳(存储)电荷的装置。 （5）平行板电容器的构造：在两个相距很近的平行金属板中间夹上一层绝缘物质，就组成一个简单的平行板电容器。 （6）带电特点：两极板电荷等量异号，分布在相对的两板内侧。 二、电容器如何存储和释放电荷 1. 电容器的充电：把电容器的两个极板和电池的正负极相连，两个极板就分别带上了等量的异种电荷，这个过程叫充电。 2. 电容器的放电：把充电后的电容器两极板接通，两极板上的电荷中和失去电荷，电容器不再带电，这个过程叫放电。 3. 放电过程实质：是正、负电荷中和的过程。 三、如何描述电容器存储电荷本领的强弱 1. 电容 （1）定义：电容器所带电荷量Q与电容器两极板之间的电势差U之比。 （2）定义式：C＝ 或 （3）单位：电容的国际单位是法拉，符号为F，常用的单位还有微法和皮法，1 F＝106 μF＝1012 pF。 （4）物理意义：电容器的电容是表示电容器容纳电荷本领的物理量，在数值上等于使两极板之间的电势差为1V时，电容器所带的电荷量。 四、平行板电容器的电容 1. 平行板电容器的电容公式： ①板间是真空时： ②板间充满介质时： 2. 平行板电容器的动态分析 （1）电容器始终与电源连接，U保持不变。 （2）电容器充电后与电源断开，Q保持不变。 五、常用的电容器 1. 电容器的分类：（1）按结构分（2）按形状分（3）按电介质分 2. 按照结构分类的电容器 作业布置 教学反思 / 学科网（北京）股份有限公司 $