高中物理人教必修三第10章第4节 电容器的电容教学设计

教版高中物理必修3电容器的电容教学设计
出示图片：平行板电容器
实验：观察电容器的充、放电现象
1.实验器材：把直流电源、电阻、电容器、电流表、电压表以及单刀双掷开关
2. 实验电路
电容器的充、放电
实验步骤
1.把开关S接1，此时电源给电容器充电，观察实验现象。

出示：电源给电容器充电动画视频
（1）现象：通过观察电流表可以知道，充电时电流由电源的正极流向电容器的正极板。

同时，电流从电容器的负极板流向电源的负极。

随着两极板之间电势差的增大，充电电流逐渐减小至0，此时电容器两极板带有一定的等量异种电荷。

另外，在充电过程中，还可以看到电压表示数迅速增大，随后逐渐稳定在某一数值，表示电容器两极板具有一定的电势差。

出示电容器的充电完成的电路图
（2）充电：使原本不带电的两板带上等量异种电荷的过程
两板分别带等量异种电荷，每个极板带电量的绝对值叫电容器的带电量。

出示图片：平行板电容器
注意：即使断开电源，两极板上的电荷由于相互吸引而仍然被保存在电容器中。

2.把开关S接2，电容器对电阻R放电。

学生观看动画
了解实验器
材、实验电路、
实验步骤并动
手操作，观察
实验现象
锻炼学生的实验
动手操作能力和
总结能力
出示电容器放电动画视频
（1）现象：观察电流表可以知道，放电电流由电容器的正极板经过电阻R流向电容器的负极板，正负电荷中和。

此时两极板所带的电荷量减小，电势差减小，放电电流也减小，最后两极板电势差以及放电电流都等于0。

出示电容器的放电完成的电路图
（２）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。

出示电容器用导线将充电后的电容器两极接通的图片
解释：电容器两极正负电荷通过导线中和。

电容器的充、放电现象视频
总结：电容器充电的过程中，两极板的电荷量增加，极板间的电场强度增大，电源的能量不断储存在电容器中；
放电的过程中，电容器把储存的能量通过电流做功转化为电路中其他形式的能量。

拓展学习用传感器观察电容器的放电过程
1.实验电路和器材如图
实验步骤（1）照图连接电路。

电源用直流8 V 左右，电容器可选几十微法的电解电容器。

（2）先使开关S 与 1 端相连，电源向电容器充电，这个过程可在短时间内完成。

（3）然后把开关S 掷向2 端，电容器通过电阻R 放电，传感器将电流信息传入计算机，屏学生观看动画
学生阅读拓展
学习了解实验
了解放电现象
了解用传感器观
察电容器的放电
过程
幕上显示出电流随时间变化的I-t 图像
思考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？
一个电容器放电的I-t 图像
根据图象的含义，因Q=It，所以竖直狭长矩形的面积表示为：在0.1s内电容器的放电量。

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。

参考答案：根据横轴与纵轴的数据可知，一个格子的电量为0.08×10-3C，由大于半格算一个，小于半格舍去，因此图象所包含的格子个数为42，所以释放的电荷量是：Q=0.08×10-3C×42=3.4×10-3C；
出示用传感器观察电容器的充电、放电过程视频
二、电容
电容器充电的实验中，当电容器两极板之间的电势差增大时，电流表的示数不为0，这表明电容器所带的电荷量也在增加。

出示电容器的放电完成的电路图
那么，电容器所带的电荷量跟两极板间的电势差是否存在某种定量关系？
实验：探究电容器两极板间电势差跟所带电荷量的关系
实验器材：电容器A、电容器B、开关、导线、电源（几节干电池）、数字电压表等。

实验步骤学生观察一个
电容器放电的
I-t 图像并回
答问题
让学生进一步理
解用传感器观察
电容器的放电过
程，锻炼学生处
理实际问题的能
力
（1）按照如图所示电路图连接电路。

（2）把开关S 1 接1，用几节干电池串联后给A 充电，可以看到 A 充电后两极板具有一定的电压。

（3）把开关 S 1 接 2，使另一个相同的但不带电的电容器 B 跟A 并联。

观察电压表的示数。

现象：电压表示数变为原来的一半。

（4）断开开关 S 1 ，闭合开关 S 2 ，让 B 的两极板完全放电，随后再断开开关 S 2 ，把 B 和 A 并联，观察电压表的示数。

现象：电压表示数再次减少一半。

（5）重复步骤4，观察电压表示数。

实验结论
电容器的电荷量变为原来的一半时，其两极板间的电势差也变为原来的一半。

精确的实验表明，一个电容器所带的电荷量Q 与两极板之间的电势差U 之比是不变的。

1．电容定义：电容器所带的电荷量跟它的两极板间的电势差的比值，叫做这个电容器的电容，用 C 表示。

2. 定义式： U
Q
=
C Q 指每一个极板带电量绝对值，U 表示电容器两板的电势差—电压
电容器电容定义式也可以写成： U
ΔQ
Δ=
C 数值上等于使两极板间的电势差增加1V 时，所需要的电荷量。

学生动手操作并观察电压表的示数
阅读课文了解
电容器电容的基础知识并记忆
帮助学生理解电容器的电容的影响因素
锻炼学生的自主学习能力
3、单位：法拉（F）；微法（uF）；皮法（pF）
关系：1F=106uF=1012pF
4、物理意义：
电容是反映电容器储存电荷的本领的物理量。

5.电容器的电容由本身结构决定。

与所带的电荷Q和所加的电压U无关。

说明：即使电容器不带电，其电容仍然存在，并且是个确定值。

6. 电容器的电容在数值上等于使两极板间的
电势差为1 V 时电容器需要带的电荷量，电荷量越多，表示电容器的电容越大。

这类似于用不同的容器装水。

如图，要使容器中的水深都为1 cm，横截面积大的容器需要的水多。

7.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。

这个极限电压叫作击穿电压。

8.额定电压
电容器外壳上标的是工作电压，或称额定电压，这个数值比击穿电压低。

拓展学习平行板电容器的电容
平行板电容器是最简单的，也是最基本的电容器。

几乎所有电容器都是平行板电容器的变形。

平行板电容器的电容是由哪些因素决定的呢？
1.实验器材
静电计、平行板电容器、电介质（例如有机玻璃板）阅读课文了解
击穿电压和额
定电压
知道击穿电压大
于额定电压
2.实验步骤
（1）保持极板上的电荷量 Q 不变，两极板间的距离 d 也不变，改变两极板的正对面积 S ，观察静电计指针的变化得到两极板之间电势差的变化。

根据电容的定义式 U
Q
=C ，得到正对面积 S 对电容 C 的影响。

如图减小两极板的正对面积 S ，静电计指示的电势差增大，C 减小。

（2）保持极板上的电荷量 Q 不变，两极板的正对面积 S 也不变，改变两极板间的距离 d ，通过静电计指针的变化可得到两极板之间的距离 d 对电容 C 的影响。

如图增大两极板间的距离 d ，静电计指示的电势差增大，由
U
Q =C 知C 减小。

（4）保持 Q 、S 、d 都不变，在两极板间插入电介质，例如有机玻璃板。

通过静电计指针的变化可得到两极板之间电介质的存在对电容 C 的影响。

学生阅读实验
步骤观察静电
计指针的变化 说出实验现象
锻炼学生的观察总结能力
短，储存电能多，放电功率大，使用寿命长。

这些
优点展现了它作为新型动力电源的广阔发展前景。

课堂练习
1.电容是表征______________的物理量．如果
某电容器的电量每增加10-6C，两极板之间电势差
增加1V，则该电容器电容为____，影响电容器电
容大小的因素为____、____和____。

学生练习巩固本节的知识答案：电容器容纳电荷本领；10-6F；两极板间
距离，两极板正对面积；电介质
2．如图为电容C与电压U，的电源连成的电
路．当电键K与1接通, 电容器A极板带____电，
B板带____电，这一过程称为电容器___________ ，
电路稳定后，两极板间电势差为____。

当K与2接通，流过导体acb的电流方向为
____________ ，称为电容器______ 。

答案：负；正；充电过程；U；b→c→a；放电
3.下列关于常用电容器，说法正确的是( )
A．电解电容器的极性固定，作用时极性不能错
B．可变电容器是通过改变铝片正对面积来改变
电容
C．电容器的额定电压就是击穿电压
D．额定电压是长期工作所承受电压，比击穿电
压小
答案：ABC
4．据国外某媒体报道，科学家发明了一种新型
超级电容器，能让手机几分钟内充满电。

某同学假
日登山途中用该种电容器给手机电池充电，下列说
答案：A。