《电容器电容》教学设计

张冬来

一、教材分析

本节知识与生活联系比较紧密，几乎所有电气设备都要用到电容器，学生学习兴趣比较浓厚，因此，教材首先讲解了电容器的功用，通过介绍电容器的构造及使用，使学生认识电容器有储存电荷的本领，同时介绍了电容的概念、定义式，再讲解电容器的电容与哪些因素有关。电容器的充放电现象和电容概念，是高中物理教学的重点和难点之一。

二、学情分析

学生没有接触过有关电容的问题，比较抽象，所以接受起来容易觉得生硬。因此，要充分利用实验和多媒体等直观手段，多增加一些实验来增强教学效果。

三、教学目标

（一）知识与技能

通过观察思考、合作探究，学生掌握电容这一概念；理解平行板电容器电容的定义公式。

（二）过程与方法

1.通过对平行板电容器电容的定义公式推导的学习，学生经历科学探究、分析、归纳的思维过程；2.教育学生在处理实际问题时，如何忽略次要因素，抓住主要因素，抽象出物理模型，从而对学生进行物理研究方法的培养。

（三）情感态度与价值观

在主动学习合作探究过程中，体验和谐、流畅、民主、愉悦的学习情境，在满怀热望的探究中不断获得美的感受和成功的喜悦。

四、重点和难点

重点是电容的定义及定义公式，难点是学生没有接触过有关电容的问题，而读了这一段以后又要过好久才再见到它，所以接受起来容易觉得生硬。因此，要尽可能结合实际讲，并要把道理尽可能讲明白，避免学生死背公式。

五、教学用具

静电计、平行板电容器、枕形导体、有机玻璃板、有机玻璃棒、丝绸几种常见的电容器。

六、教学方法

启发探究式教学、多媒体辅助教学。

七、课时安排

一节课

八、教学过程

（一）介绍电容器

图1

1.演示；将平行板电容器的一板A放在静电计上，将静电计外壳接地，用丝绸摩擦过的玻璃棒使A带正电，静电计张开一个角度，然后用不带电的枕形导体B接近A，看到静电计张角减小，用手摸B，张角更小，问为什么？

先要弄清张角大小由什么决定，告诉学生这个仪器叫静电计，与初中见过的验电器类似，它的张角的大小由指针和外壳之间的电势差决定，这点现在不便论证。

总结：A带正电后，电势为正的某一值，对应一个张角，B接近A，产生静电感应，近端带负电，远端带等量正电，它们分别都在A处产生负、正电势。负电近，影响大，所以A电势下降，张角减小（可举数字例子说明）。摸B，即B接地，正电荷到地球上，A电势更低，张角更小。

2.由此实验看到：A、B两导体接近，在A带电不变的情况下，可使A与地（即A与B）间电势差减小。若使A、B间恢复原来的电势差，则A需带更多的电量，所以两导体接近时在一定电势差下，可以“容纳”较多的电量。从这个含义出发，人们把互相靠近而又彼此绝缘的两个导体叫做电容器。

（二）电容器的电容

1.演示：用图1实验，去掉枕形导体，手拿平行板电容器的另一板B（相当B接地），放于正对A的一个位置，在A带正电后，静电计有一张角，手拿B使之更接近A，张角减小。

问：为什么？

根据前一演示，学生中会有人能解释。

总结：B上负电量与A上正电量相等。B更靠近A时，负电荷在A处产生的负电势的绝对值更大，A的电势更低，所以张角减小。

2.此实验说明：A、B距离更近，在板上带电量不变的情况下，A、B电势差更小，即在相同的电势差下，A、B越近时，电容器可“容纳”更多的电量，为了把电容器可“容纳”电量多少的能力描述出来，我们引入一个物理量叫电容。（“容纳”不是科学术语，暂这样用，下面再说明。）

问：我们应该怎样去比较电容器所带电量呢？如电容器A每板带电2库仑时，板间电压为2000伏，电容器B每板带电3库仑时，板间电压为4000伏，能否说B可“容纳”电荷的能力大呢？

答：否，它们的电压不同，应在相同电压下比较。

肯定其答案。上例电容器A每板带2库仑时，电压为2000伏，折成1伏时带电量应为 =1×10 库仑，我们把这个1×10 叫做A的电容（C）。它的单位由刚才计算得知是库仑/伏特。叫做法拉（F）。1法拉=1库仑/伏特。

电容的物理意义是电容器两板电压为1个单位时，每一个板的带电量电容大意味着电压相同时，带电量多，或带电量相同时，板间电压小。

电容的正式定义也是用比值定的，即一个板的带电量与两板间电压的比值，C= 。

3.着重声明：电容器“容纳”电荷的能力相当于直筒形容器“容纳”水。电容相当于直筒形容器的底面积。底面积越大，水位（水势）升高1个单位，“容纳”的水越多，电容越大，则二板电势差升高1个单位，板间“容纳”的电荷越多。“容纳”只能这样理解，而不是指电容器板两板可带的最大电量。所以电容器可带的最大电量Q=CU ，即电容与击穿电压的乘积。

4.介绍微法与皮法：微（μ）=10 ；皮（p）=10 ，所以1μF=10 F，1pF=10 F。

（三）平行板电容器的电容由哪些因素确定

C= 为电容C的定义式，C由哪些因素决定呢？我们通过讨论平行板电容器的电容进行分析。

从前一演示已看到：当板间距离减少时，在Q不变的情况下，U减小，从C= 可知C增大，说明电容随板间距离的减小而增大，精确实验证明电容C反比于板间距离d。

再用上述装置做实验，保持板间距离不变，将B左移，使两板正对面积减小，可见张角增大，即U增大，由C= ，C减小。说明电容随两板正对面积的减小而减小，精确实验同样证明电容C与正对面积S成正比。

再用此装置实验，使板间距离及正对面积不变，而在板间插入有机玻璃板，可见张角减小，即电势U减小，但电量没有改变，说明C增大了。精确实验证明：电容C和充满板间的电介质的介电常数成正比。

图2

解释：如图2，介质极化，介质上靠近正板的负电荷使正板电势降低，而靠近负板的正电荷使负板电势升高，所以二极电压减小。

综合以上三方面可得结论：平行板电容器电容和充满板间的电介质的介电常数成正比，和两板的正对面积成正比，和板间距离成反比。理论证明C=εS/4πkd。在国际单位制中，k=9×10 。

（四）布置作业

1.课后复习：电容器定义、电容定义、单位、平行板电容器的电容及公式。

2.作业：3—1教材P32练习六（1）（2）（3）（4）。

（五）板书设计

1.介绍电容器电容器是两个正对的、互相平行的、距离很近，彼此绝缘的金属板。

2.电容器的电容：C= 。

3.平行板电容器的电容由哪些因素确定C=εS/4πkd。