《探究影响平行板电容器电容的因素实验教学》说课稿(全国实验说课大赛获奖案例)

《探究影响平行板电容器电容的因素实验教学》说课稿
一、使用教材
人教版普通高中课程标准实验教科书：《物理》选修3-1第一章第8节
二、实验器材
1、实验器材：
创新自制教具：“影响平行板电容器电容的因素探究仪”、起电机、电吹风
实验装置如图所示: 由空气隔离罩、静电计升降台、平行板滑动装置、隔离板转动装置组成。

2、自制实验器材制作
主要材料及配件：平行板（200mm）、静电计、有机玻璃板（厚4mm）、塑料棒（25mm）、有机玻璃胶（三氯甲烷）、云母板、齿条升降杆、齿轮、导线及胶水等。

制作规格图纸
制作方法与步骤
（1）用有机玻璃板制作一个长刷600mm、宽420mm、高610mm的长方体箱子，顶面可以不密封为活动板方便装配器件。

底部隔出120mm高的隔离密封层。

（2）如图4左面距隔板上方约20mm上方开一个220mm130mm的口，再装上一个滑道门（便于给平行板带电）。

前方在隔板上开一个25mm的孔，将25mm的塑料棒据成适当长度，穿过孔，在底板上做一底座，距底座20mm处安装一金属横杆，通过转动金属横杆来转动塑料棒插入和移出电介质。

（3）在隔板中央偏前方位置开一个1.3mm 3.0mm的小孔，将升降座安装在隔板的下方，升降杆穿过小孔，用玻璃胶固定好。

将调节杆加长至玻璃框外，便于操作。

（4）在升降杆上固定一绝缘平台，将静电计固定在平台上。

用白板笔将静电计的指针涂上红色，更换静电计的绝缘塞子（由有机玻璃自制）。

在静电计的指针的顶杆钻一个4mm 的孔，并攻5mm的螺丝孔。

将一个平行板安装在静电计的顶端，用5mm的螺丝固定。

（5）在顶板上安装一导轨，将另一平行板安装在导轨上，通过细麻绳拖动平行板（期间安装两个小定滑轮），使平行板左右移动。

（6）用A3纸裁出200mm的圆50张。

用胶水将50张圆纸一张张粘贴成一个纸质电介质圆盘。

用云母板制作一200mm的圆盘，用有机玻璃棒做一手柄，用螺丝将手柄固定
在竖直的塑料棒上，如图3所示。

（7) 将所有仪器组装完成，将地板密封，用塑料棒做四个脚安装在地板上。

将隔层喷上蓝色油漆，按实验方案接上导线，实验仪器即制作完成。

三、实验创新要点
1.传统实验方案的主要问题：
（1）南方的天气比较潮湿，特别容易漏电，实验基本无法操作
（2）静电计本身的电容对平行板电容器电容的影响
由于静电计的接入，实验中当改变平行板电容器的电容时，其电容器上的电量是在改变的，且变化范围是比较大的，因为静电计本身有一定的电容（11.8pF）且保持不变，静电计和平行板电容器并联，各自所带的电量与其电容大小成正比，当静电计指针变化时，即电势差改变，则静电计上所带的电量必然随着变化。

由于总电量是保持不变的，显然电容器上所带电量也必须相应发生改变。

如果将静电计和平行板当做一个整体来看，其总的电荷量是保持不变的。

所以这个实验能否达到预期的效果，关键是静电计的电容是否比平行板间的电容小很多。

(3)静电计的绝缘橡胶塞存在高压漏电现象
（4）一般电介质在插入极板间时，电容变化不是很明显
2. 本次实验教学的改进和实验仪器的优越性
（1）用有机玻璃制作箱子将实验仪器密封，用电风吹或干燥剂干燥箱子内部，解决空气潮湿漏电问题。

（2）更换静电计的绝缘橡胶塞为自制绝缘塞子，解决静电计本身高压漏电问题。

（3）自制云母板加纸盘作为电介质，使实验效果更加明显。

（4）实验的时候应尽量减少两极板间的距离，实验证明当两极板之间的距离小于2cm
时，静电计的电容对本实验的影响不大。

（5）探究仪集成板间距调节装置、正对面积调节装置、电介质板插入移出及更换装置，使实验操作简单方便。

（6）该实验仪器制作美观、实验操作方便、实验现象明显，能很好地进行课堂演示实验。

四、实验原理与设计
1、实验原理
使得Q不变，用静电计测量U的变化来说明电容C 的变化
五、实验教学内容
使用控制变量法探究平行板电容器的电容与板间距、极板正对面积、电介质性质之间的关系
具体实验步骤如下：
1.打开右侧小门，用吹风机吹干玻璃罩内空气，用起电机给极板带上电荷，并关上小门。

2.通过升降杆抬高和降低静电计的高度来改变平行板间的距离d，当d减小时，C增大，U减小，偏转角度变小；当d增大时，C减小，U增大，偏转角度变大。

3.通过调节上平行板左右移动来改变平行板间的正对面积S，当S减小时，C减小，U 增大，偏转角度变大；当S增大时，C增大，U减小，偏转角度变小。

4.通过转动边缘直杆来插入或移出电介质。

插入电介质时，C增大，U减小，偏转角度变小；移出电介质时，C减小，U增大，偏转角度变大。

六、实验教学目标
1.知识与技能
通过实验探究，使学生了解影响平行板电容器电容的因素，理解掌握平行板电容器电容和板间距、极板正对面积、电介质介电常数之间的关系并能加以实际应用。

2.过程与方法
使学生掌握实验探究物理量之间关系的方法。

3.情感态度与价值观
让学生经历和体验探究过程，尊重事实和实验，学会用科学方法积极探究规律与学习新知识，提高解决实验实际困难的能力。

七、实验教学过程
（一）提出问题
平行板电容器的电容跟什么因素有关？
请同学们结合所学的电容器的基本构造与电容的定义式思考后回答
（二）合理猜想
影响平行板电容器电容的因素可能有：
板间距？正对面积？电介质性质？其他因素？
（三）实验：探究影响平行板电容器电容的因素
1.实验目的
探究影响平行板电容器电容的因素有哪些
定性探究平行板电容器电容与其相关因素的关系
2.实验方法
控制变量法
3.实验原理
关键问题是如何测量或反映平行板电容器电容大小及其变化
使得U不变，测量Q的变化
使得Q不变，测量U的变化
4.实验器材：自制影响平行板电容器电容的因素探究仪(见前文)
5.实验步骤
（1）用吹风机将玻璃箱内空气吹干，降低空气湿度，防止实验过程中极板所带电荷量过快减少，用起电机使极板带上一定的电荷量。

（2）改变板间距d，观察和记录随着板间距的减小，静电计所测的两板间电压是增大还是减小
（3）改变极板正对面积S，观察和记录随着正对面积的减小，静电计所测的两板间电压是增大还是减小
（4）改变极板间的电介质，将一块云母片插入两极板间，观察和记录静电计所测的两板间电压是增大还是减小
6.实验结论
（1）平行板电容器的电容与两极板板间距有关，板间距越小，电容越大（2）平行板电容器的电容与两极板正对面积有关，正对面积越小，电容越小
（3）平行板电容器的电容与两极板间电介质有关，在两板间的空气中插入其他电介质，电容增大
（四）平行板电容器电容的决定公式
进一步的定量实验和理论分析表明，当平行板电容器的两极板间
是真空时，电容C与极板的正对面积S、极板间距离d的关系为：
当平行板电容器的两极板间充满同一种介质时，
电容变大为真空时的εr 倍，即：
εr 是一个常数，与电介质的性质有关，称为电介质的相对介电常数
八、实验效果评价
借助于自制的“影响平行板电容器电容的因素探究仪”，完全解决了传统静电实验中因为空气潮湿导致漏电过快无法操作的问题，学生在演示实验中观察到的现象明显，尤其是插入电介质引起电容变化以前基本看不到，多次试验后选定云母片加纸片使得实验效果非常好。

本台探究仪集成了板间距调节，正对面积调节，插入或更换板间电介质的多重功能，使实验操作高效而方便，有利于提高教学效率，加深学生印象和理解。