资源简介

学校 课题 电容器的电容（第 1 课时）
年级 高二 学科 物理
教材分析 “电容器的电容”选自人教版高中物理必修三第十章第四节。是学生们学习了“静电场”之后的一节介绍电子元件的课程，该部分内容是对静电场知识的延伸，也是对静电场知识的巩固，在必修三教材中既承接了静电场章节，又为学生后续学习恒定电流电路大小基础。教材编写基于学生的思维发展为基础，引导学生一步一步认识电容器，了解生活中电容器的应 用， 从而达到教学目标。本节内容从电容器的构造到了解电容器的工作原理，从而引出电容器的充放电过程，接着定量探究电荷量 Q 与电势差 U之间的关系，顺利引出电容的概念，最后得出电容的物理意义。
学情分析 本节课面对的是高二的学生，他们已经具备了一定的实验探究能力和分析总结能力，并且有自己的思维思考方式，可以自主的对一定的现象进行整理、分析，并在教师指导下进行实验设计。在本节的学习前，学生已经掌握了电场力的性质、电场能的性质和电荷的定向移动形成电流的规律，同时学生们也对比值定义法有一定的了解，这为学生学习电容器的理论知识奠定了基础。但学生对电容器并不熟悉，生活中很少将电子仪器拆解观察内电路构造，因此对电容器元件的理解比较困难，尤其是对于充放电过程以及电容概念的理解。因此在教学中首先需要通过直观的认识让学生了解电容器的构造，接着通过直观的实验现象和实验数据拟合让学生充分理解新出现的物理量电容的含义。
教学目标 1. 物理观念：学完本节内容，学生可以说出电容器的构造，列举生活中常见的电容器; 通过观察电容器的充放电过程，学生能写出容器的定义式，理解其物理意义并能利用定义式计算一般电容器的电容大小。 2. 科学思维：学完本节内容，学生能养成通过类比和比值定义法得到电容物理意义的思维能力。 3. 科学探究：学完本节内容，学生在定量探究电荷量和电势差的关系时，能充分理解恒流电源和电磁继电器的功能，学会利用画图法记录数据，通过实验探究培养学生探究能力和归纳总结能力。 4. 科学态度与责任：通过本节课的学习培养学生追求真理的精神; 通过探究实验，培养学生自主学习的精神和实事求是的科学态度。
教学重难点 1. 教学重点：电容器的结构、电容概念、电容定义式 2. 教学难点：电容器充电过程和放电过程、电容器的Q-U关系
教学准备 多媒体设备、课件、excel 表格处理、实验仪器（电源、继电器、电容器、传感器）、智慧平板、课堂随堂出题
教学环节 教学内容 教师活动 学生活动 智慧课堂应用及分析 时长
创设情境导入新课 以展现超级电容器的特殊放电现象揭开课堂序幕，引起学生对电容器的好奇心和探索欲望。 教师播放视 频，语言引 导学生发现 电容器放电 损毁铁皮， 提到电容器 是可以储电放电的容 器。 认真观看 视频，听教师讲 解，思考 电容器为 何能充放电。 \ 2 分钟
层层剖析理解概念 详细介绍电容器的发现历史，让学生了解莱顿瓶的结构，知晓莱顿瓶是历史上第一个电容器。让学生将莱顿瓶与纸质电容器的内部结构做对比，请学生总结不同电容器内部结构的相似之处，使学生通过自行探索发现电容器内部 都是由两层导电材料夹着一层绝缘材料构成，以此引出电容器的基本构造。随后通过简化电容器模型，向学生介绍最简单的电容器——平行板电容器，同时在屏幕上展示出平行板电容器的结构模型图和电路图。 教师切换幻 灯片，展示 莱顿瓶、纸 质电容器的 实物图和结 构图，利用 语言介绍两 款电容器的 内部结构， 并启发学生 自行探索两 种电容器结 构上的相似之处。随 后，教师请 一位同学阐 述自己对两 类电容器构 造上相似之 处的理解， 对其回答给 予肯定和分 析，最后用 语言介绍常 用电容器、 平行板电容 器的内部结 学生认真 听教师讲 解介绍电 容器的发 展历史， 仔细观察 两类不同 电容器的 结构。一 位同学起 立回答教 师提出的 问题，随 后根据教 师讲解， 各位同学 认真填写 学案，经 历认识电 容器结构 的过程。 \ 3 分钟
构，并切换幻灯片展示平行板电容器电路图。
演示实验建立概念 对电容器的功能、结构有了基本了解之 后，下一步就是要通过演示实验帮助学生充分认识电容器为什么能够储存电荷、为什么能够放出电荷。 本环节中旨在介绍电容器充放电电路图， 通过教师操控实验电路，电流传感器、电压传感器实时采集电路中的电流电压数据并将 I-t、U-t 图像投屏到学生的平板以及大屏幕上。让学生根据图像和电路图填写学案中关于充放电分析的部分并进行分组讨论。填写讨论完毕后由学生分组汇报填写内容，教师予以肯定并纠正细节后用语言总结电容器如何储存电荷和放出电流。 教师语言介绍实验装 置，提醒学 生注意观察 实验现象， 随后教师拨 动开关，进行充电实 验。充电实 验操作完毕 后，教师引 导学生将实 验结果填入 学案，随后 请一位同学 来汇报学案 上所填的内 容，结合回 答情况，教 师给予正面 的肯定和辅 助说明，和 学生一起总结充电规 律。之后教 师进行另一组放电实 验，实验结 束后仍然让 学生填写学 案，再次找 同学们汇报 填写结果， 完成对电容 器充放电过 学生认真 观察电路 图，倾听 了解实验 用到的传 感器的作 用，实验 开始后注 意观察传 感器采集 绘制的图像的变 化，并认 真完成学案的填 写。随后 学生根据 老师讲解 的内容修 正学案内 容，完成 对电容器 功能的进一步认 知。 1. 功能选 择：平板投屏2. 应 用 价 值 ：通过投屏能实现和学生的互动，把实验结果直接通过平板展现给学生，让每个学生都能近距离观察传感器采集数据页面，使学生获得参与感和直观视觉感受。 3. 评价体 现：教师巡 视，学生观察图像并填写学案，最后在老师的要求下起来汇报，各位同学和老师一起判断回答问题的同学填写内容是否正 确，教师予以纠正和肯定，最后完成对充电与放电部分内容内容的理解。 10 分钟
程的总结。
定量实验探索发现 通过前面环节的定性演示实验，教师启发学生发现：对于同一个电容器，Q 、U 的变化情况存在一定的关联。为了探究这个关联，教师带领学生进行现场定量实验。实验之前，教师给学生展示并介绍为实验自制的恒流定时充电装置，该装置由恒流源和时间继电器（用于定时控制电路的导通断开）组成。强调按一次开关可以使恒流电源对电容器以 4mA 的电流充电，且每次充电 0.2s，这样每次按下开关后，通过 q=It 这个计算公式就能知道电源向电容器充入多少电荷，再通过电压传感器读出冲入电荷后电容器两极间的电势差，就可以得到电容器的 QU 数 据。为了探究不同电容器的 Q-U 关系，本次实验使用两个不同的电容器进行研究。 教师用平板实物展台功能展示实验装置后连接传感器，随后对两个电容器分别按下五次继电器开关，各采集五组不同的 QU 数据。实验采集数据完成后，教师先带领学生分析实验过程中每次按下开关后电势差的变化情况并引导学生读数，之后让学生 教师向学生 讲解实验原 理和实验装 置构造，并 利用平板的 实物展台功 能让学生清 晰观察到实验装置结 构。随后教师将 phyphox 软件画面投屏 到学生平板 上，精确定 点帮助学生采集数据。随后教师引 导学生利用 采集到的数 据在学案上绘制 Q-U 图像，并在绘 制过程中给 予指导和修 正，学生完 成绘制图像 后教师对几 位同学的绘 图结果进行 拍照对比， 并结合学生 的绘图情况进行讲解。 学生认真 听讲，明 确教师新 介绍的测 量电容器 携带电荷量的方 法。认真 观察实验 过程中电 容器两极 间电压随 时间变化 的情况， 随后在学 案上记录测量数 据。前三 组同学在 坐标系中 画出第一 个电容器的 Q-U图像，后 三组同学 在坐标系 中画出第 二个电容器的 Q-U图像。通 过作图， 学生自行 发现不同 电容器的Q-U 图像都是过原 点的倾斜直线。 1. 功能选 择：平板投屏+实物展台+平板操控大屏填写 excel 表格绘图＋拍照对比讲解 2. 应 用 价 值 ：通过实物展台清楚的让学生看到复杂的实验装置和操控台，通过平板投屏及时展示电容器两极间电压的变化情况并采集对应数据，通过平板操控大屏可以把电脑上常见的线性拟合 软 件 excel展示到平板上 , 让学生观察电脑生成的Q- U线 型 图 象 ，直观准确的发现规律。通过拍照对比可以清楚的比较学生绘制出来的不同电容器的Q-U图 像 都 是过原点的倾斜直线。 3. 评价体 现：教师在学生绘图过程中下讲台巡视，对坐标系单位长度确立不正确的同学，教 15 分钟
把每个电容器对应的Q-U 图像在学案上的坐标系中画出，并根据学生所画出的图像带领学生分析一个电容器的 QU 之比为定值。学生绘制图像的时候，教师将数据输入平板上的 excel 软件中， 由软件绘制规范图像，在学生画完图像并予以总结之后展示电脑绘图结果， 双方比对得到最终的结论：电容器的 Q-U图像为过原点的倾斜直线，同一个电容器的 Q 、U 之比为定值。 师予以指正和鼓励，在巡视的过程中，教师可以亲身感受到学生对数据处理的掌握程度以及绘图能力。将部分优秀同学绘制的图像用拍照讲解功能展 示，可以起到表扬鼓励的效果，同时可以提醒其他画错图像的同学以此为参考，修改自己画出的图像。
总结规律构建新知 实验完成后，学生已经明确了一个电容器的 Q 、U 比值和电容器本身的性质有关，以此为切入点教师引入对电容定义的介绍， 并帮助学生利用比值定义法定义电容，详细介绍电容器电容的物理意义、定义、定义式及单位。运用类比法将电容器类比于圆柱形水桶，通过水桶盛装水的能力帮助学生更好的理解不同电容器拥有不同的承装电荷的能力。再通 教师讲解电 容器电容的 定义、定义 式、单位、 物理意义以 及击穿电压 和工作电压 的定义，督 促学生填写 学案。最后 教师发布练 习，提醒学 生及时完成 练习并提交 结果，对着 学生的做题 结果进行试 实验数据 处理完成 后，学生 再次认真 听讲，并 将电容的 相关内容 以及击穿 电压、工 作电压的 定义填写在学案 上。最 后，学生 在平板上 完成教师 发布的选 1. 功能选 择：随堂出 题，系统统计学生正答率 2. 应 用 价 值 ：通过完成随堂选择练习题并及时获取学生的答题情况 , 可以帮助教师及时获取学生的学习理解情况，并辅以讲解说明， 高效把握课堂完成度，及时接收学生的反馈 7 分钟
过水杯能盛装水的深度有上限启发学生想到电容器能承载的电压也有上限，随后引出击穿电压以及工作电压的概念，并展现实际电路中的电容器元件，让学生发现电容器外壳上标注的电压就是工作电压。最后，教师在平板上发布关于电容器电容的选择题，让学生在课上现场完成并提交答案，利用智慧课堂系统快速统计学生的正答情况，教师结合正确率讲解题目。通过对题目的讲解启发学生发现电容器的电容并不由 Q、U 决定，而是和本身的结构有 关。 题评讲。 择题，并对着正确答案理解订正，认真倾听教师的讲 解。 情况。 3. 评价体 现：智慧课堂随堂出题系统可以直接导出学生选择题的完成情况，通过正答情况，教师可以有选择性的对题目进行评讲。评价方式高效有序科学，符合智慧课堂的宗旨。
课堂总结启发升华 回到课堂刚开始提到的问题， 向学生解释超级电容器的优越放电本领来源于它有强大的储存电荷的本领而且其本身电阻较 小，能实现对外电路的快速充电。通过渲染超级电容器及电容器的应用引起学生对电路电子元件的好奇 教师再次提 到超级电容 器，通过分 析超级电容 器储电放电 本领的优越 性，展现它 在社会各领 域中的实用 价值，并启 发学生课后 学生随同 教师一同 回顾本节 课学习的 内容，在 脑海中温 习总结并记录作 业。 \ 3 分钟
心，促使其下课自行了解探索电子元件世界，实现从理论到实践的升华。课堂的最后，教师布置本节课的作业，提醒学生及时完成作业，起到巩固提升的作用。 探索电容器 更广阔的应 用前景。随 后教师带领 学生回顾本 节课学习的 内容并布置作业。
板书设计 10.4 电容器的电容 一、电容器 二、电容器的充电与放电 三、电容 1. 定义： 2. 定义式：C=
教学反思 本次教学旨在使学生理解电容的基本概念，掌握电容器的结构、类型 、电路符号等。通过理论讲解与实验演示相结合的方式，大部分学生能够在教师的引导下，准确阐述电容的定义， 了解电容器的基本结构，分析电容器的充电与放电过程，并能够利用电容定义式进行简单的计算。 一、自我评价 为了培养学生的实验探究能力和问题解决能力，我设计了多个实验环节，如演示电容器充电放电过程中电路中的电流电压变化情况。通过演示实验，学生不仅加深了对理论知识的理解，还学会了使用电流电压传感器等现代电子测量工具。在这里我通过平板为学生展现实验结果，并要求学生填写学案，在巡视过程中我可以感受到各位同学对实验图像的理解比较充分，学案内容填写基本正确。除了自制演示实验教具之外，我还亲手制作了定量实验教具“恒流定时充电电源 ”，通过特殊电源可以快速判断出电源对电容器充入的电荷量。实验简单明了，通过我的语言讲解，绝大多数学生都可以理解实验原理，并且跟随我的引导记录数据并正确的绘制Q- U图像。在学生绘图的过程中，我在下方巡视并予以指导，纠正部分学生的画图习惯并表扬正确画图的同学。结合学生亲手绘制的图像和电脑绘图结果，让学生自己分析Q-U关系，提高学生的分析总结能力和主观能动性 , 更深刻理解电容器的特性。 在理论讲授环节，我采用了多媒体辅助教学，结合实物展示，辅以比值定义发、类比法等科学方法，使抽象的概念具体化、生动化。通过介绍电容器在日常生活、工业生产及高科技领域中的广泛应用，激发了学生对
电子技术的兴趣与好奇心，让物理课堂的影响延续到日常生活中。课堂末尾，我利用平板发布了一道随堂练习，通过练习检验了本节课学生学习的成果和知识点掌握的情况。答题反馈验证了几乎所有同学都基本掌握了本节课的主要内容，都能正确的做出选择，只有一位同学少选了一个选项。 总体来说，本节课的教学任务全部完成，教学方法及教学设计十分新颖，环节安排得当，绝大多数学生通过本节课的学习有了极大的收获。 二、问题反思 在课后复盘反思的过程中，我发现本次课堂教学也存在一些需要改进的问题。首先，在电容器充放电实验演示完毕时，我为了节省时间，没有介绍传感器采集到的I-t图像和U-t图像，导致有小部分同学对图像的理解存在偏差，无法很好的利用图像填写学案、回答问题。 完成充电放电过程的研究后，我只利用语言对实验结果进行总结，没有留时间给学生修改学案上填写的内容，导致部分学生没有及时记录下正确答案，增加了它们课后复习总结的难度。其次，本次课堂上由于设备和时间限制，我没有设置分组实验和分组讨论，部分同学在课堂上没有亲自动手参与实验，也没有和其他同学互相交流看法，没有充分调动学生的学习积极性。在反思过程中，我更深刻的认识到单一的讲授模式可能限制了学生的主动性，未来应增加更多的互动环节，如提问、讨论、案例分析等 , 以激发学生的学习兴趣和思考能力。 实验教学虽然是本次教学的亮点之一，然而，在实验设计上， 由于实验装置的特殊性，我没有把设计实验的任务交给学生，实验的层次性和梯度性不够，没有满足基础薄弱学生的需求，也没有为学有余力的学生提供挑战自我的机会。由于时间并不充裕，课堂容量大，课堂最后只设置了一道练习题，题目难度较小，没有区分度，无法满足不同层次的学生的需求。 总的来说，本节课最大的不足还是在于缺少师生互动，虽然每一位同学都有课堂任务，部分同学也站起来回答问题和教师互动，但整体氛围较严肃，学生参与度有待提高。在信息技术日益发达的今天，如何将信息技术与物理教学深度融合，是我们面临的新课题。本次教学中，我尝试利用传感器定性定量描绘电容器的性质，取得了一定的效果。但未来还需进一步探索更多元化的信息技术手段，如在线课程、虚拟实验室等， 以丰富教学资源，提高教学效率。 三、教学重建 针对以上问题，我对本节课教学策略进行重新建构与改进，注重理论知识的讲解的同时，更注重学生实际操作能力的提升，从而培养学生的创新意识和实践能力。具体教学策略如下：
1. 理论与实践相结合：在讲解电容器电容的理论知识时，结合实际电路中的例子，让学生直观地理解电容器的应用。例如让学生观察有电容器的实际电路连接板。同时利用仿真软件或实验器材进行实验操作，让学生亲身体验电容器的实际应用， 比如给学生展示超级电容小车，将超级电容器与遥控小汽车连接，建或者利用超级电容器改装充电器，让充电器对手机充电， 以此构模型与现实生活的练习，进一步的拓展本节课学习的内容，激发学生的好奇心和求知欲。 2. 引入实际案例：结合日常生活和工业生产中的实例，让学生了解电容器的应用领域和作用。通过分析具体案例，加深学生对电容器的认识和理解。 3. 强化小组合作：在教学中设置一系列与电容器Q-U比值相关的问题，引导学生通过思考、讨论和实验等方式解决问题。给学生部分电路元件，让学生分组讨论如何利用已有器材探究电容器的Q-U关系， 自行设计实验电路，并猜测可能得到的结果，最终探索处理数据的方法。通过问题的解决 , 学生在合作中互相学习、互相帮助，通过小组讨论、交流和分享，培养学生的团队合作能力和沟通能力。由于实验装置是由学生亲自设计并完善的，学生的科学探究科学实践能力得到了进一步的提升。 4. 完善评价体系：建立更加完善的评价体系，如分层练习、课堂随机抢答互动、小组pk等方式，对学生的学习情况进行全面、客观的评价。通过评价结果的反馈，及时调整教学策略和改进教学方法。 四、总结 通过准备并亲身完成对电容器部分内容的授课，我受益匪浅，除了对现代现金教学技术有了更进一步的认知之外，我对如何处理课堂师生互动 、提高学生的课堂参与度有了自己的理解和体会。本节课总体上是较为成功的，但仍有需要完善的地方等待我去实践探索。 在未来的教学中，我将会吸取经验，更加注重学生的实际需求和掌握情况，采用更加多样化的教学方法和手段，以此提高教学效果，加强对学生的引导，培养学生的实际操作能力和问题解决能力，让学生们能够通过课堂学习更好的应用所学知识解决实际问题。

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