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      《電容器的電容》教學(xué)

       新用戶65120Joi 2022-06-20 發(fā)布于山西
      本節(jié)難點(教參原文):
            1.理解電容器的充、放電過程。電容器的充、放電過程抽象,持續(xù)時間較短。學(xué)生需要通過可測的物理量(電流、電壓)推斷抽象且不易測量的物理量(電荷量與能量)。需要靠演示實驗突破此難點。

        2.通過實驗建構(gòu)電容的概念。需要設(shè)計實驗探究電器兩極板間電勢差與所帶電荷量的關(guān)系,而電荷量的測量是困難的。 

      設(shè)計思路:
             三個實驗+分析實驗。實驗認(rèn)真參考教參,分析實驗重在運用本章已學(xué)知識。
      實驗一.利用自制電容器放電引入課題


            器材:用保鮮膜絕緣的兩不銹鋼盤、PVC管、毛皮。為了提高學(xué)生的參與度,可在學(xué)生中公開“招標(biāo)”器材,應(yīng)該不難搞到。
            事先可試驗單盤和雙盤的帶電效果。
            通過實驗一:1可使學(xué)生直接觀察到電容器的基本結(jié)構(gòu),有點小故事大道理的味道。2可使學(xué)生認(rèn)識到電容器一個容納“看不見”的電荷的“容器”。水容器容水可見,電容器容電不可見,通過實驗使其“可現(xiàn)”。
       實驗二.電容器的充、放電實驗
              
            電壓表用數(shù)字式的,電容、電阻按照教參給定值設(shè)定就行,電流表用靈敏電流計。有條件可用電流、電壓傳感器。
            觀察電容器充放電時靈敏電流計指針偏轉(zhuǎn)方向,確定充放電時電流的方向;觀察電流、電壓大小“匹配”關(guān)系;確定充電時電容器極板電性與電源正負(fù)極的關(guān)系。
      實驗三.探究電容器儲存電荷量與電勢差的關(guān)系
      兩個容器規(guī)格相同,電壓表同樣用數(shù)字式的。
      按照教材指導(dǎo),細(xì)致觀察電壓表的示數(shù)變化情況。

      分析實驗結(jié)果:
      實驗一
            異種相吸,不離不棄,同生死,共患難。孤立導(dǎo)體實質(zhì)也可以儲存電荷,但儲存效果差,易漏。孤掌難鳴,獨木難成林,獨行俠干不過團(tuán)隊。
      實驗二:
             遵循電荷守恒定律。
             追蹤溯源,充電時電容器上的電荷從何而來?
              放電時電容器上的電荷去向何處?
              從放電的中和(電荷的相聚)倒推充電的分離。為何電容器和電源連接時就能充電?
             電源有何法力?
             從電勢差、電場力、靜電平衡、電勢能,運用前面所學(xué)逐步分析。
      實驗三:
            電容器并聯(lián),可作圖示,直接去掉導(dǎo)線,直接將極板對接。等效于極板擴(kuò)大面積。
            電荷面密度如何變化?
            每個電容器極板電量如何變化?
            電場線的疏密如何變化?
            兩極板間電勢差如何變化?
            電荷量與電勢差的比值如何變化?
      連環(huán)追問,規(guī)范板畫,形象化電荷量與電勢差之間的關(guān)系??赏茝V至并聯(lián)多個電容器的情景。
             以上完成了本節(jié)內(nèi)容的主要環(huán)節(jié)。探究平行板電容器電容的影響因素實驗的理論分析可在實驗三的基礎(chǔ)上分析??傻贸稣龑γ娣e和極板間距對電容的影響。
             本節(jié)疑問:

            1.前面幾節(jié)內(nèi)容涉及到勻強(qiáng)電場時,文字、插圖都配的是平行板電容器。已默認(rèn)平行板電容器間的電場是勻強(qiáng)電場。本節(jié)還是默認(rèn),教材中沒給學(xué)生做出解釋,中學(xué)階段感覺從靜電平衡時導(dǎo)體表面的電場線分布特點解釋較好,畢竟不講授通路定理和積分方法。文字說明:相距很近的一對帶等量異種電荷的平行金屬板,它們之間的電場除邊緣外,可以看作勻強(qiáng)電場。相距很“近”,參考物“遠(yuǎn)”,“參考物”是何物?學(xué)生會有疑問。幾幅插圖感覺不太符合實際。


         2.平行板電容器兩極板所帶電荷為何是嚴(yán)格的等量異種?電荷為何規(guī)矩到如此地步?

          理想化電容器,電場線為有源線,從電場線特點說明。從正電荷發(fā)出,在平行板內(nèi),也只能終于負(fù)電荷,又是勻強(qiáng)電場,電場線也無法曲線救國。有始有終,只能一對一。

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