廣東省中山市卓雅外國語學校-高中物理創(chuàng)新實驗說課-電容器的電容

第7頁電容器的電容使用教材：人民教育出版社課程研究所.普通高中課程標準實驗教科書〔物理〕.高二選修3-1第一章第八節(jié).人民教育出版社實驗器材：電容器〔3300uF〕、開關、干電池、平面鏡、多塊同樣規(guī)格玻璃板和PVC發(fā)泡板、數(shù)字多用表、支架展臺、實物投影儀實驗改良要點：尋找表征電容器儲存電荷特性的物理量教材中的方案：教學實施中存在的問題：教材并未給出此實驗的具體方案，如果沒有實驗探究，僅憑講解，學生很難理解QU改良方案：電容器所帶電荷量不易直接測得，受到庫侖扭秤實驗的啟發(fā)，可以將 將帶電量為Q的電容器與不帶電的相同的電容器并聯(lián)，屢次操作，可使 電容器的帶電量改變?yōu)镼2，Q4如果使用指針式電壓表直接測兩極間的電壓，電容那么會通過電壓表放 電，電荷量發(fā)生改變，而且放電過程中電壓表讀數(shù)快速減小，無法準確讀 數(shù)。通過不斷嘗試，發(fā)現(xiàn)用數(shù)字式多用電表〔電壓擋〕測電容器兩極間電 壓U時，由于數(shù)字電壓表內阻大，電容器幾乎不放電，讀數(shù)精確、穩(wěn) 定、易讀。因此，本實驗采用數(shù)字式多用電表〔電壓擋〕測量電容器 兩端的電壓。實驗裝置實物圖：圖1尋找表征電容器儲存電荷特性的物理量實驗裝置圖探究影響平行板電容器的電容大小的因素教材中的方案教學實施中存在的問題：精度不高。實驗中利用靜電計指針的偏角大小判斷電勢差大小比擬粗 略，實驗誤差較大；實驗很難操作。靜電計所帶電荷量不多但電壓高，容易因為空氣潮 濕或者絕緣性能不佳而漏電，影響實驗的效果，甚至導致實驗的成功率較 低；不便于定量研究。很難定量改變極板間距離和正對面積。教材中的實驗方案設計巧妙、儀器簡單、操作方便。但是由于漏電的影響，導致平常教學中實驗很難成功，所以大局部教師選擇用動畫、視頻或者純理論來替代實驗的教學。改良方案：用數(shù)字多用表的電容擋直接測量電容器的電容；將手持式裝置改為固定式裝置；通過在兩極板間添加多塊相同厚度的玻璃板、錯開正對面積實現(xiàn)極板 間距離、正對面積的定量改變；通過在兩極板間改變電介質材料實現(xiàn)介電常數(shù)的改變。實驗裝置實物圖：圖1正對時的實驗裝置圖圖2錯開后的裝置圖圖3極板接線裝置圖4玻璃板抽拉裝置實驗原理：尋找表征電容器儲存電荷特性的物理量通過電荷平分使一個電容器的帶電量定量改變?yōu)镼等比倍數(shù)，測出相對應的電容器兩極間的電勢差U，列表得出同一個電容器比值Q探究影響平行板電容器的電容大小的因素利用控制變量法，研究一個平行板電容器的電容大小與極板間距離d、正對面積S之間的定量關系和電容大小與兩極間電介質的定性關系。實驗教學目標：通過實驗探究得出一個電容器所帶的電荷量Q與電容器兩極間的電勢差U成正比，比值QU通過實驗探究影響平行板電容器的電容大小的因素；通過運用“控制變量法〞探究影響平行板電容器的電容大小的因素，進一步體會科學探究的過程與方法；在教學過程中滲透決定事物本質的是自身的因素，而與外部因素無關的思想。實驗教學內容：尋找表征電容器儲存電荷特性的物理量將帶電量為Q的電容器與另一個不帶電的相同電容器并聯(lián)，屢次操作，可使該電容器的帶電量定量改變?yōu)镼2，Q4。用數(shù)字式電壓表測出該電容器兩端對應的電壓U，觀察得出QU是一個常量的事實。探究影響平行板電容器的電容大小的因素用控制變量法，在正對面積不變時，在平行板間放入3、2、1塊有機玻璃板，對應的間距變?yōu)?d、2d、d；間距保持為d時，正對面積通過錯開的方式由S變?yōu)閟2、s4、。分別測出對應的電容，記錄在實驗表格中，觀察得出平行板電容器與相關因素的定量關系。改變兩極板間電介質，測出對應的電容，得出電容C與兩極間電介質有關。實驗教學過程：尋找表征電容器儲存電荷特性的物理量將帶電量為Q的電容器與另一個不帶電的相同電容器并聯(lián)，依次操作，可使該電容器的帶電量改變?yōu)镼2，Q4，用數(shù)字式電壓表測出該電容器兩端對應的電壓U；將實驗數(shù)據(jù)記錄在實驗一的表格中；實驗說明，一個電容器所帶的電荷量Q與電容器兩極間的電勢差U成正比，比值QU是一個常數(shù)，這個比值表征了電容器儲存電荷的特性。探究影響平行板電容器的電容大小的因素正對面積保持為S不變時，在平行板間放入3、2、1塊有機玻璃板，對應的間距變?yōu)?d、2d、d；分別測出對應的電容，將實驗數(shù)據(jù)記錄在實驗二的表格中；將玻璃板全部抽出，極板間有一層極薄的絕緣膜，間距保持不變，正對面積通過錯開的方式由S變?yōu)閟2、s4。分別測出對應的電容，將實驗數(shù)據(jù)記錄在實驗三的表格中；正對面積為S時，電介質替換為厚度為d的PVC發(fā)泡板。測出對應的電容，將實驗數(shù)據(jù)記錄在實驗四的表格中；實驗說明，平行板電容器的電容與正對面積成正比，與極板間距成反比，與電介質材料有關。實驗參數(shù)電路板中電容器電容為3300uF，電池為一節(jié)干電池，平面鏡、玻璃板、PVC發(fā)泡板尺寸：長500mm，寬500mm，厚度d=5mm.實驗教學評價：優(yōu)點：尋找表征電容器儲存電荷特性的物理量用電量等分的方法巧妙化解了電荷量難以定量測量的問題，非?？旖?地得到電容的帶電量與電勢差成正比的關系，大大降低了學生對電容定義 理解的難度；雖然降低了教學難度，卻沒有降低教學要求，同時復原了物理本質問 題。探究影響平行板電容器的電容大小的因素在“探究影響平行板電容器的電容大小的因素實驗〞中并未直接測出 平行板間距和正對面積，在平行板間放入假設干塊相同厚度的玻璃改變對應 的極板距離，通過改變錯開面積的方式得到不同的正對面積。簡化了實驗 過程，實驗可操作性強；實驗儀器取材方便，平面鏡、玻璃、數(shù)字多用表都是常見的材料和儀 器，儀器組裝方便，整套儀器價格也不高，適宜推廣。誤差分析：電容的定義電量等分時兩個電容不一樣〔選用更大的電容誤差更小〕；數(shù)字式多用表電勢差擋的誤差。探究影響平行板電容器的電容大小的因素平面鏡反面金屬極板鍍有一層很薄的絕緣材料，玻璃板之間有空氣間 隙，導致極板間距并不是準確的3d、2d、和d〔選用介質常數(shù)大的電介質 材料誤差更小〕；平行板電容器的邊緣效應〔