人教2003课标版《8电容器的电容》优质课教案设计

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教学重点：

电容器的结构及充放电过程、电容的定义式、平行板电容器的电容

教学难点：

比值法定义电容、平行板电容器的电容

教学方法：

实验探究法

电容 概念教学之实验创新

现代教学理论告诉我们：学生形成正确的概念是发展学生认知能力、准确理解规律的重要途径。因此物理教学中应着力于引导学生参与概念规律的建立过程，并尝试采用科技手段，进行有效的探究，这样就能使学生理清概念的来龙去脉，了解概念的意义和作用，真正的理解掌握物理概念规律，从而达到高效有效的目的。本文以电容器的电容 概念教学为例，研究寻求科学建构概念、深刻理解规律的创新途径。

电容器中用 ﹨ MERGEFORMAT 公式定义物理量C，描述电容器储存电荷的本领大小，该公式 ﹨ MERGEFORMAT 的概念定义比较抽象，学生普遍反映理解起来有一定困难，因此该节教学中教师要着力解决：让学生观察、体验和发现，并要弄清楚为何对于同一个电容器来说 ﹨ MERGEFORMAT 的比值始终是一个常数？为何可以用电容量C表示电容器储存电荷本领的大小？针对这样的概念和学科特点，通常采用以下的几种方法或手段进行课堂教学：

教学方法1：类比法。结合水容器储水和电容器储电的功能相当，进行两种容器的特性量类比。电荷量Q类比于储水的体积V，电势差U类比于高度差h，实践中发现 ﹨ MERGEFORMAT 的比是一个常数，可以用横截面积S反映水容器储水本领大小（如图1所示），自然可以类比 ﹨ MERGEFORMAT 的比值也应该是一个常数，并用常数C表示电容器储存电荷本领的物理量。

教学方法2：比值法。选择两个电容器，提出问题：电容器甲在10V的电势差下，储存了600μC的电荷量，电容器乙在6V的电势差下，储存了480μC的电荷量（如图2所示），如何比较这两个电容器储存电荷本领的大小？学生也自然可以根据 、 等物理量的定义方法，只有在相同的电压下，比较储存电荷量的多少才能真正反映电容器储存本领的大小，也自然会利用比值法来定义 ﹨ MERGEFORMAT 。

教学方法3：电容器充放电法。选定某一电容器，进行多次不同电压的充电和放电（如图3所示）。电容器电压U可以通过电压表进行测量，而其上的带电量的测量由老师作出相应的交待：大量实验与理论表明，电容器放电时间很短的情况下，放电电荷量Q与I-t图像中的Imax成正比，且Imax可以通过电流表的最大偏转格数读出。根据该方法带领学生进行充放电和数据测量等实验，并记录相关的数据，通过Excel数据分析可以间接得出 ﹨ MERGEFORMAT 的比值关系，并由此定义电容器的电容C（表1中分别选用4700μF和3300μF的两种规格的电容，电表选用是50mA量程指针式万用表）。

以上三种教学方法基本上很顺利地完成了电容器的概念教学，也能帮助学生认识到电容量C是反映储存电荷本领的物理量，还可用公式 计算电容C。但认真反思，就会发现：方法1、2中虽然利用了科学的类比法、比值法，但只是帮助学生形成了定性的认识，电荷电量及电压并没有具体测量， ﹨ MERGEFORMAT 的比值是否真的是一个不变的常数？为什么可以 ﹨ MERGEFORMAT 比值来定义电容量C，学生的认识也是人云亦云，没有亲自的参与体验，没有具体真观的数据验证，这样形成的概念终究是不深刻的，也是很牵强的。方法3虽然采用了直观的实验手段，也让学生参与了半定量的观察和测量，所不足的是电量的测量方法，是否合理？是否方便？还必须要依赖于“Q大小与放电最大电流Imax成正比规律”来铺垫，所提示规律是否来路清晰，观点正确？学生心中仍有疑问，加之笔者在该实验的实际测量中发现，当电容器上的电势差U越来越大时，Q/U的比值并不稳定且越来越大。可见这种做法虽然稍优于前两种方法的单一的猜想和定性抽象，但仍显得有诸多问题和不足，无形之中在形成正确的概念的过程增加了认识上负担和诸多干扰。不过鉴于方法3在课堂中学生有充分的体验，学生参与热情高，也有定量或半定量的实验测量，无疑给我们有很大的启发：科学解决电容器电量Q的测量瓶颈，创新尝试实验改进，就能突破教学的难点，保证优良的教学效果。

创新方法1：电容器电量减半放电法。 选购两个完全相同的电容器（如4700μF），将电容器1充电后，用数字万用表测量电势差为U1，将充电后的电容器1与不带电的电容器2接线柱对接后，这时电容器1的电量就减为原来一半，测出电势差为U2；再次将该电容器与完全放掉电的电容器2对接，实现了电容器1的带电量再次减半，测量其电压U3……，记录有关实验数据（如表2示），并利用Excel分析发现：当电容器的电荷量成倍减小的同时，其两端的电势差也几乎成倍减小，从而证明了 ﹨ MERGEFORMAT 是一个常数（如图4所示）。该方法较简易直观，便于实验操作和测量分析。

创新方法2：电容器电量的DIS测量法

利用DIS数字化实验系统对i-t图形的“面积”统计功能来测定电量。通过课本中“做一做”的阅读讨论及初中已熟知的Q=It公式，对i-t图像的“面积”可以表示电量Q并没有认识上的障碍，因此实验中可以把图2中把电流表换成电流传感器，并清楚地得到不同电压下的电容器放电曲线，选中包围曲线的矩形区域，点击菜单“数据分析”对电流I“积分”，就能通过放电量得到1.5V、3.0V、4.5V等不同电压下的电容器上的带电量Q(如图5、6、7所示)，记录数据如表格3所示。同样利用Excel进行分析（如图8所示），很清晰准确地反映出电容器上电量与电压的直线规律，同样也很轻松地帮助学生形成了 ﹨ MERGEFORMAT 定义和同一电容器的C为一常数的正确概念。该方法原理简单，测量精确。

以上两种创新实验中，不仅再次将库仑定律扭秤实验中电量倍减的方法完美运用，而且让学生直观地观察到电容器充放电的动态过程，同时还尝试了用“图表”“面积”等科学方法进行了实验测量和分析，图景直观易懂，实验数据精确，给参与的同学们留下了非常深刻的印象，也为正确认识电容量C，且建立 ﹨ MERGEFORMAT 的概念打下了坚实的基础。实验中笔者选用的两个电容器容量分别是4700μF和3300μF，用DIS实验测量并用图表分析出来的图像斜率值与电容器的标称值C几乎一模一样，足可以让学生惊叹不已！这两种实验方法的创新改进，无疑收到了良好的教学效果。

当然，由于学校条件的限制，可能无法尝试用DIS等先进的技术来实施电容器电容等诸多物理概念的教学，但在形成概念认识规律时，善于研究学科特点，力求方法优化组合，并通过实验建构真实图景的方法来引导学生共同参与和发现，应成为我们教学中的共识：让学生在做中学，学中思，思中辩，概念越辩越清，规律越辩越明，这样既有经历概念规律的建构过程，同时又能在实践中动手动脑，科学探究，深刻理解，从而真正达到实现认知能力全面飞跃的目标。

教学过程：

引入：热词：新能源汽车

介绍超级电容汽车：在一个站点充电30-45秒，空调车可续航6公里，不开空调可连续开15公里（公交线路的全程）。

问题1：电容器的内部构造是怎样的？

展示日光灯启辉电容

电容器：导体、靠近、绝缘 符号：