1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上基于核心素養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計(jì)電容器 電容劉迪超（浙江省杭州第十一中學(xué) 杭州 ）一、教學(xué)目標(biāo)素養(yǎng)類別教學(xué)目標(biāo)物理觀念認(rèn)識(shí)常見的電容器，知道電容器的結(jié)構(gòu)和功能。通過實(shí)驗(yàn)感知電容器的充、放電現(xiàn)象。知道電容器充電過后兩個(gè)極板的電量等量異號(hào)，兩極板存在電壓且電荷量與極板電壓成正比?？茖W(xué)思維理解電容的概念及定義方法，掌握電容的定義公式、單位，并會(huì)應(yīng)用定義式進(jìn)行簡(jiǎn)單的計(jì)算。能夠控制變量，結(jié)合圖像分析電荷量與極板電壓這一對(duì)物理量之間的關(guān)系?？茖W(xué)探究能夠設(shè)計(jì)對(duì)電荷量，電壓兩個(gè)變量的控制方案，作出二者的關(guān)系圖線。通過機(jī)械電壓表測(cè)定電容器極板電壓，發(fā)現(xiàn)測(cè)量弊端并尋找修正方案。動(dòng)手操作用不帶電的電

2、容器平分同樣但帶電的另一個(gè)電容器的電荷，用數(shù)字電壓表測(cè)量極板電壓。通過“理想實(shí)驗(yàn)”的方法發(fā)現(xiàn)不同的電容器，電荷量與電壓的比值不同?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任能夠加深意識(shí)：事物是有規(guī)律的，人是可以認(rèn)識(shí)規(guī)律的。能夠認(rèn)識(shí)到，電容器的電容是由電容器本身的屬性決定的，與極板帶電量和電壓無關(guān)。用學(xué)過的物理術(shù)語，圖表交流科學(xué)探究的結(jié)果。二、教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生分析電容器是一種重要的電學(xué)元件，有著廣泛的應(yīng)用。學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了研究電容器需要涉及的電勢(shì)差，電場(chǎng)強(qiáng)度，電荷量等物理量，會(huì)使用數(shù)字多用電表，所以，本節(jié)教學(xué)的核心是應(yīng)用靜電場(chǎng)的有關(guān)知識(shí)研究電容器。著重培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決新問題的能力。本節(jié)教學(xué)內(nèi)容定位為提升學(xué)生科學(xué)探究核心

3、素養(yǎng)的課堂案例。三、教學(xué)思路任務(wù)1：識(shí)別電容器，了解其結(jié)構(gòu)和功能 任務(wù)2：探究電容器所帶的電荷量Q與電容器兩極板間電勢(shì)差U的關(guān)系任務(wù)3：建立電容概念任務(wù)4：理解電容的定義方法，單位，進(jìn)行簡(jiǎn)單的計(jì)算四、教學(xué)活動(dòng)任務(wù)1：識(shí)別電容器，了解其結(jié)構(gòu)和功能演示實(shí)驗(yàn)：如圖1所示，展示一塊計(jì)算機(jī)電路板，放大中間的電容器部分。如圖2所示，拆開一個(gè)電容器，投影放大。如圖3所示，用堿性電池組給電容器充電，然后用充電的電容器給燈泡供電。圖1 圖2 圖3 圖4任務(wù)與問題問題指向的素養(yǎng)目標(biāo)1. 請(qǐng)說說該電學(xué)器件的核心功能。識(shí)別電容器，知道其結(jié)構(gòu)與功能。感知電容器的充放電過程2. 請(qǐng)說出該電學(xué)器件的兩個(gè)工作過程及過程的本質(zhì)

4、。3. 根據(jù)觀察，了解電容器的組成結(jié)構(gòu)。圖2圖1教學(xué)建議：（1）思維引導(dǎo)建議：將電容器與水桶類比，一個(gè)用來儲(chǔ)存水，如果一個(gè)叫水容器，那么儲(chǔ)存電荷的器件可以取名電容器。結(jié)合圖4簡(jiǎn)要介紹電容器的發(fā)展來歷。（2）教學(xué)活動(dòng)建議：電容器在各種電子儀器中都有廣泛的應(yīng)用，但是學(xué)生對(duì)電容器并不熟悉，因?yàn)樗麄兒苌俅蜷_電器觀察其中的元件。教學(xué)中可以先進(jìn)行實(shí)物展示。接著拆開電容器，讓學(xué)生了解電容器的兩塊極板和極板間的介質(zhì)，介紹時(shí)要突出主要構(gòu)件極板和介質(zhì)。結(jié)合實(shí)驗(yàn)2，給出電容器的電路符號(hào)。（3）任務(wù)過渡建議：簡(jiǎn)單的極板加介質(zhì)結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)電的功能，那儲(chǔ)電的多少與哪些因素有關(guān)呢？任務(wù)2：探究電容器所帶的電荷量Q與電容器

5、兩極板間電勢(shì)差U的關(guān)系問題情景：如圖5，用同一個(gè)電池給不同的電容器充電。如圖6，用不同的電壓給同一個(gè)電容器充電。如圖7，將一個(gè)充電電容器與另一個(gè)構(gòu)造完全一樣但不帶電的電容器對(duì)接。如圖8，用機(jī)械電壓表測(cè)定帶電電容器兩極板間的電壓。 圖5 圖6 圖7 圖8任務(wù)與問題問題指向的素養(yǎng)目標(biāo)1. 比較情景5、 6，推測(cè)電容器極板所帶電量與哪些物理量有關(guān)？具有問題意識(shí)；提出可探究的物理問題；能在他人幫助下制訂科學(xué)探究方案，使用基本的器材獲得數(shù)據(jù)；用學(xué)過的物理術(shù)語，圖表交流科學(xué)探究的結(jié)果2. 演示用機(jī)械電壓表直接測(cè)量極板間的電壓（圖8 ）？請(qǐng)指出不足之處，該如何改進(jìn)？3. 電容器攜帶的電荷量能否直接測(cè)定？討論

6、如何操作實(shí)現(xiàn)電荷量改變？4. 在坐標(biāo)紙上選取合適標(biāo)度描出Q-U關(guān)系圖像，說明Q與U的關(guān)系。教學(xué)建議：（1） 思維引導(dǎo)建議：學(xué)生推測(cè)電容器極板所帶電荷量可能與電壓、電勢(shì)差，電勢(shì)能，電場(chǎng)強(qiáng)度，電容器的極板面積，板間距，質(zhì)量有關(guān)，可以引導(dǎo)學(xué)生說極板面積，板間距屬于幾何量，而且對(duì)于特定構(gòu)造的電容器，這些量不再是變量。電勢(shì)差和電壓是同一物理量。電場(chǎng)強(qiáng)度和電勢(shì)能均可以用獨(dú)立變量電壓來關(guān)聯(lián)，即U=Ed，Ep=Uq。機(jī)械電壓表測(cè)量帶電電容器兩極板間電壓會(huì)因放電而導(dǎo)致電壓表讀數(shù)逐步減為零，解決這一問題的最好辦法是用高阻抗的電壓表延緩放電，數(shù)字電壓表具有高阻抗，便捷讀數(shù)。電容器的電荷量沒有辦法直接測(cè)定，引導(dǎo)學(xué)生從

7、“探究功與速度變化的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)（圖9）中尋找靈感，“倍增實(shí)現(xiàn)橡皮筋做功數(shù)值的改變”。庫侖將一個(gè)帶電小球與完全一樣不帶電的小球接觸（圖10 ），電荷平分實(shí)現(xiàn)電量可控改變。類比連通器原理，將抽象問題形象化。 圖9 圖10（2） 教學(xué)活動(dòng)建議: 問題1是開放問題，學(xué)生討論過后自由回答，教師引導(dǎo)回歸到獨(dú)立變量U的研究。問題2以演示實(shí)驗(yàn)的情景出現(xiàn)，直觀。問題3需要老師引導(dǎo)，輔助圖片提示說明。（3） 學(xué)生實(shí)驗(yàn)活動(dòng)：學(xué)生實(shí)驗(yàn)活動(dòng)做一做如圖（a），電源對(duì)電容器充電，記錄下此時(shí)的帶電量Q，用數(shù)字多用電表測(cè)量此時(shí)極板間的電壓。如圖（b），用完全相同的另一個(gè)電容器B與A并聯(lián)，兩電容器各分得一半電量。如圖（c），測(cè)出

8、電容器A的極板電壓，并將電容器B短接放電。重復(fù)（b）（c），得到電荷量分別帶電為Q/4、Q/8、Q/16時(shí)電容器兩極板對(duì)應(yīng)的電壓，作Q-U關(guān)系圖，得到它們之間的關(guān)系。 （a） （b） （c） （d） （e）測(cè)一測(cè)電壓電荷量Q0Q0/2Q0/4Q0/8Q0/16Q0/32描一描 電荷量與極板電壓的關(guān)系： 任務(wù)3：建立電容概念問題情景：展示多個(gè)電容器 問題問題指向的素養(yǎng)目標(biāo)1. 如何計(jì)算Q與U成正比關(guān)系的比例常數(shù)？能在熟悉的問題情景中根據(jù)需要選用恰當(dāng)?shù)哪Ｐ徒鉀Q簡(jiǎn)單的物理問題。2. 該比例常數(shù)與Q和U有關(guān)嗎？3. 不同的電容器比例常數(shù)一樣嗎？教學(xué)建議：（1） 思維引導(dǎo)建議：不同的電容器，比例常數(shù)不一

9、樣。本案例沒有辦法實(shí)現(xiàn)在電荷量Q一樣時(shí)，兩極的極板電壓不一樣。可以采用“理想實(shí)驗(yàn)法”，將帶電電容器的極板切分1/3，或者1/4，依據(jù)電荷均勻分布原則，切分的電容器為新的電容器，在同等電壓的前提下，電荷量為初始值的1/3，或者1/4。依據(jù)Q與U的正比關(guān)系，做一條過原點(diǎn)的直線，可以說明不同的電容器，比值不一樣，就用這個(gè)比值定義為電容，由電容器本身的屬性決定。（2） 教學(xué)活動(dòng)建議：在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生思考過后口頭回答，難度較小。任務(wù)4：理解電容的定義方法，單位，進(jìn)行簡(jiǎn)單的計(jì)算問題情景：?jiǎn)栴}問題指向的素養(yǎng)目標(biāo)1. 下列說法中正確的是（    ）a) 電容器所帶的電荷越多，

10、電容就越大b) 電容器所帶電荷增加一倍，則兩極間的電壓也一定增加一倍c) 電容器A的電容大于電容器B的電容，則A所帶的電荷量一定大于B所帶的電荷量d) 電容器一板帶電Q，另一板帶電Q，則此電容器不帶電具有清晰的物理概念，能從物理學(xué)的視角描述，解釋物理現(xiàn)象。能應(yīng)用物理知識(shí)解決實(shí)際問題，能指導(dǎo)工作和生活實(shí)踐。1. 對(duì)于給定的電容器，在描述電容量C、帶電量Q、兩板間電勢(shì)差U的相互關(guān)系中，下列圖中中正確的是( ) 2. 電容為 5.0×10 3 pF電容器，當(dāng)極板帶電荷量為 6.0×107 C 時(shí)。求:（1）電容器的電壓;（2）若電壓或電荷量發(fā)生變化，這個(gè)電容器的電容有無變化？3. 圖示電容器的包裝信息有哪些？充滿電帶多少電荷量？五、教學(xué)設(shè)計(jì)點(diǎn)評(píng)關(guān)于電容器的定義，課本上直接給出了結(jié)論：“實(shí)驗(yàn)表明，一個(gè)電容器所帶的電荷量Q與電容器兩極間的電勢(shì)差U成正比，比值是一個(gè)常量?！辈]有說明這個(gè)結(jié)論是通過什么樣的實(shí)驗(yàn)得出的，此處實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，最大的困難就在于電容器所帶電量的測(cè)定。本設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案沒有試圖去定量精確地測(cè)定電量，而是通過引導(dǎo)學(xué)生對(duì)物理學(xué)史上庫侖二分法的回憶和遷移，用電荷均分，幾何倍減的方法得到電量間的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)結(jié)論得到的整個(gè)過程都在學(xué)生認(rèn)知理解范圍內(nèi)。在此過程中運(yùn)用物理學(xué)史上實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的方法引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)新實(shí)驗(yàn)，解決新問題，培養(yǎng)了學(xué)生的認(rèn)識(shí)方法的遷移