高中物理選修《了解電容器》教學(xué)設(shè)計(jì)

【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1.知道電容器是儲(chǔ)存電荷的一種裝置，知道電容器的基本構(gòu)造；2.認(rèn)識(shí)常見(jiàn)電容器，了解電容器的充放電過(guò)程；3.理解電容器的電容概念；4.知道平行板電容器電容的決定因素。【重點(diǎn)】理解電容的概念。【難點(diǎn)】了解平行板電容器電容的決定因素。【知識(shí)復(fù)習(xí)】1.帶電粒子的加速：（1）運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析：帶電粒子沿與電場(chǎng)線平行的方向進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)，受到的電場(chǎng)力與運(yùn)動(dòng)方向在同一直在線，做運(yùn)動(dòng)。（答案：勻加（減）速直線）（2）用功能觀點(diǎn)分析：粒子動(dòng)能的變化量等于靜電力對(duì)它所做的功（電場(chǎng)可以是______電場(chǎng)或_______電場(chǎng)）。若粒子的初速度為零，則：，v=；若粒子的初速度不為零，則：，v=。2．帶電粒子的偏轉(zhuǎn)（勻強(qiáng)電場(chǎng)）：（1）運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析：帶電粒子以速度v0垂直于電場(chǎng)線方向飛入勻強(qiáng)電場(chǎng)時(shí)，受到恒定的與初速度方向_____的電場(chǎng)力作用而做運(yùn)動(dòng)。（2）粒子偏轉(zhuǎn)問(wèn)題的分析處理方法類(lèi)似于的分析處理。沿初速度方向做______________運(yùn)動(dòng)，分速度vx=分位移x=______________。沿電場(chǎng)力方向做______________運(yùn)動(dòng)，分速度vy=分位移y=______________。離開(kāi)電場(chǎng)時(shí)的偏移量y=__________。合速度v=離開(kāi)電場(chǎng)時(shí)的偏轉(zhuǎn)角tan=____________。【課前預(yù)習(xí)】1.電容器由兩個(gè)___________、___________的導(dǎo)體構(gòu)成。2.電容器的電荷量是指上帶電荷量的________。使電容器帶電的過(guò)程叫__________。使電容器兩極板上電荷中和的過(guò)程叫_________。兩板間存在__________，從電源獲得的能量?jī)?chǔ)存在電場(chǎng)之中，稱(chēng)為_(kāi)__________，電場(chǎng)具有能量是電場(chǎng)___________的重要表現(xiàn)。3.電容：①定義：電容器所帶的__________跟它的兩極板間的___________的比值，叫做電容器的電容。②定義式：___________③單位：法拉,符號(hào)________,1F=________F=_________pF④決定平行板電容器電容的因素：平行板電容器的電容與兩極板間的___________成正比，與___________________成反比，并跟______________________有關(guān)，即?！局仉y點(diǎn)知識(shí)】1.電容器、電容：(1)電容器的充放電過(guò)程分析：(課本24頁(yè)觀察與思考)(2)電容器的電容：①定義：②定義式：③單位：④物理意義：2.決定電容的因素：控制變量法(1)保持兩極板正對(duì)面積不變，改變極板間的距離：增大電容器平行極板間的距離，觀察靜電計(jì)的偏角的變化，思考電容變大還是變小。(2)保持極板的間距不變,改變平行極板的正對(duì)面積：減小電容器平行極板的正對(duì)面積，觀察靜電計(jì)的偏角的變化，思考電容變大還是變小。(3)保持兩極板正對(duì)面積和間距不變，在平行板電容器內(nèi)插入電介質(zhì)，觀察靜電計(jì)的偏角的變化，思考電容變大還是變小。(4)綜合以上實(shí)驗(yàn)，你能得出怎樣的結(jié)論？【重難點(diǎn)突破】例題1.電容器動(dòng)態(tài)分析：(1)平行板電容器在充電后，繼續(xù)保持電容器的兩極板與電池的兩極相連，電容器的d、S、變化將引起電容器的C、Q、U、E怎樣的變化。分析：(2)平行板電容器在充電后，切斷與電池的相連，電容器的d、S、變化將引起電容器的C、Q、U、E怎樣的變化？分析：例題2.如圖所示，平行板電容器兩極板間電壓恒定，帶電的油滴在極板間靜止，斷開(kāi)開(kāi)關(guān)后，再將極板間距離增大些，則油滴運(yùn)動(dòng)將A．向上運(yùn)動(dòng)B．仍然靜止C．向下運(yùn)動(dòng)D．向左或向右運(yùn)動(dòng)【解析】油滴靜止在極板間，說(shuō)明他受到的重力和電場(chǎng)力平衡，電場(chǎng)力向上。斷開(kāi)電源時(shí)，電容器的極板間的電荷量Q不變。由平行板電容器內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)知；可見(jiàn)，平行板電容器內(nèi)部電場(chǎng)強(qiáng)度與d無(wú)關(guān)。與電荷Q和平行板電容器的正對(duì)面積S有關(guān)。Q/S為電荷密度，E與電荷密度相同。故雖上下移動(dòng)極板，但Q、S不變，E就不變。油滴受到的電場(chǎng)力就不變。故仍然靜止?！敬鸢浮緽題型變換（1）將題變?yōu)閷㈦娙萜髋c電源斷開(kāi)后，又將兩板間距減小，帶電液滴將如何運(yùn)動(dòng)？答案為仍靜止。分析與上題相同。題型變換（2）閉合開(kāi)關(guān)K使電容器充電后，帶電的油滴恰好靜止在極板間，下列說(shuō)法正確的是[]A.不斷電源，當(dāng)兩極板錯(cuò)開(kāi)使正對(duì)面積減小時(shí)，油滴向下運(yùn)動(dòng)。B.不斷電源，當(dāng)兩極板間的距離增大時(shí)，油滴向下運(yùn)動(dòng)。C.斷開(kāi)電源，當(dāng)兩極板錯(cuò)開(kāi)使正對(duì)面積減小時(shí)，油滴向下運(yùn)動(dòng)。D.斷開(kāi)電源，當(dāng)兩極板間的距離減小時(shí)，油滴向下運(yùn)動(dòng)。【解析】油滴靜止在極板間，說(shuō)明他受到的重力和電場(chǎng)力平衡，電場(chǎng)力向上。不斷電源，電容器極板間的電勢(shì)差不變，因極板間的距離不變，故E不變，則油滴在其間受的電場(chǎng)力不變，油滴仍靜止不變。當(dāng)距離增大，由E=U/d知，E減小，油滴受到的電場(chǎng)力減小，故油滴向下運(yùn)動(dòng)。B正確。當(dāng)充電后斷開(kāi)電源時(shí)，電容器的極板間的電荷量Q不變，當(dāng)正對(duì)面積減小時(shí)，E增大，油滴受到的電場(chǎng)力增大，油滴將向上運(yùn)動(dòng)。C錯(cuò)；斷開(kāi)電源時(shí)，極板間的電荷量Q不變，面積S不變，故E不變，油滴仍靜止。D項(xiàng)錯(cuò)誤?！敬鸢浮緽ABP題型變換（3）如圖所示．平行板電容器中懸浮一帶電微粒ABP今把A、B兩半方形金屬盒相對(duì)插入，當(dāng)A、B合攏時(shí)，對(duì)微粒運(yùn)動(dòng)情況的結(jié)論是（）A．向上運(yùn)動(dòng) B．向下運(yùn)動(dòng)C．仍保持靜止D．條件不足，無(wú)法判斷【解析】金屬盒合攏時(shí)，就形成了靜電屏蔽，故在金屬盒內(nèi)的合場(chǎng)強(qiáng)為零，帶電微粒只受重力，故向下運(yùn)動(dòng)。【答案】B題型變換（4）如圖，平行板電容器充電后與電源分離，上板帶負(fù)電，下板帶正電且與大地相接，在兩板間固定一個(gè)負(fù)電荷(電量很小)，現(xiàn)將電容器兩板水平錯(cuò)開(kāi)一段距離(兩板間距保持不變)，則（）A．電容器兩板間電壓變大B．電容器兩板間的場(chǎng)強(qiáng)變大C．負(fù)電荷所在處的電勢(shì)升高D．負(fù)電荷的電勢(shì)能變大【解析】先組織討論，然后歸納，根據(jù)上述思路，本題中電容器所帶的電量Q不變，當(dāng)電容器兩板水平錯(cuò)開(kāi)時(shí)，兩極板的正對(duì)面積S減小；由電容決定式判知，電容器的電容C變小，再由電容定義式判知，電容器兩板間電壓U變大，又由E=U/d判知，兩極板間的場(chǎng)強(qiáng)E變大。由“沿電場(chǎng)線方向電勢(shì)降低”判知，負(fù)電荷所在處的電勢(shì)低于零電勢(shì)，故負(fù)電荷所在處的電勢(shì)Uq=-Ed＇，式中d＇為負(fù)電荷所在處到電容器下板(即電勢(shì)零點(diǎn))的距離。由此式可判知，隨著兩板間場(chǎng)強(qiáng)E的變大，負(fù)電荷所在處的電勢(shì)降低，再由“負(fù)電荷放于電勢(shì)低處比放于電勢(shì)高處電勢(shì)能大”判知，該負(fù)電荷的電勢(shì)能變大．綜上可知選項(xiàng)A、B、D正確?！敬鸢浮緼、B、D【能力訓(xùn)練】（1.BCD；2.CD；3.3.0×10-7F,1.2×10-6C；4.C；5.C；6.D；7.AC8.D；9.1.對(duì)于水平放置的平行板電容器,下列說(shuō)法正確的是（）A.將兩極板的間距加大,電容將增大B.將兩極板平行錯(cuò)開(kāi),使正對(duì)面積減小,電容將減小C.在下板的內(nèi)表面上放置一面積和極板相等,厚度小于極板間距的陶瓷板,電容將增大D.在下板的內(nèi)表面上放置一面積和極板相等,厚度小于極板間距的鋁板,電容將增大CυQυCυQυ0υAυCυUυ0υBυCυQυ0υCυQυUυ0υDυ3.一平行板電容器,使它每板電量從Q1=3.0×10-6C增加到Q1=3.6×10-6C時(shí)，兩極板間電勢(shì)差從U1=10V增加到U2=12V，這個(gè)電容器的電容多大？如要使兩板電勢(shì)差從10V降為U4．要使平行板電容器兩極板間的電勢(shì)差加倍，同時(shí)極板間的場(chǎng)強(qiáng)減半，可采用：（）A．兩板電量加倍，距離為原來(lái)的4倍B．兩板電量加倍，距離為原來(lái)的2倍C．兩板電量減半，距離為原來(lái)的4倍D．兩板電量減半，距離為原來(lái)的2倍5．如圖：先接通開(kāi)關(guān)S使電容器充電，然后斷開(kāi)S.當(dāng)增大兩極板間距離時(shí)，電容器所帶電荷量Q、電容C、兩極板間電勢(shì)差U、電容器兩極板間場(chǎng)強(qiáng)E的變化情況是：()A.Q變小,C不變,U不變,E變小B.Q變小,C變小,U不變,E不變C.Q不變,C變小,U變大,E不變D.Q不變,C變小,U變大,E變小BA6．如圖所示的實(shí)驗(yàn)中，平行板電容器的極板A與一靈敏的靜電計(jì)相接，極板B接地，若極板BBAA．兩極板間的電壓不變，極板上的電量變小B．兩極板間的電壓不變，極板上的電量變大C．極板上的電量幾乎不變，兩極板間的電壓變小D．極板上的電量幾乎不變，兩極板間的電壓變大7．一平行板電容器，兩板之間的距離d和兩板面積S都可以調(diào)節(jié)，電容器兩板與電池相連接，以Q表示電容器的電荷量，E表示兩極板間的電場(chǎng)強(qiáng)度，則A.當(dāng)d增大，S不變時(shí)，Q減小，E減小B.當(dāng)S增大，d不