设计实验定量探究电容器带电量 Q和电势差 U、电容 C的关系

设计实验定量探究电容器带电量 Q和电势差 U、电容 C的关系

王小敏

安徽省歙县中学 245200

教学背景

（一）教材分析

电容是描述电容器储存电荷本领的重要物理量。人教版物理选修3-1教材中关于电容这个物理量的定义是这样的：“实验表明，电容器所带的电荷量Q与两极板间电势差U成正比，比值Q/U是一个常量”。然而对于这一关系的得出课本上没有安排具体的实验，学生只能被动接受这一结论，而缺少了经历探究物理规律的过程。同时课本上根据电容C的定义式直接经过数学变形得到公式Q=CU，这在物理规律的建构上缺乏物理情境与相关实验的支持，显得甚为突兀。

（二）课标分析

课程标准中指出：“科学探究，旨在将学习重心从过分强调知识的传承和积累向知识的探究过程转化，从学生被动接受知识向主动获取知识转化，从而培养学生的科学探究能力、实事求是的科学态度和敢于创新的探索精神。”因此，引导学生运用已有的物理知识设计一个实验去探究该关系的成立就显得尤为重要。

（三）学情分析

本实验的授课对象为高二年级学生，学生对DIS实验器材已有接触，对电荷均分办法在前面《库仑定律》的学习中也有所了解。初中也已交代过电流强度和电量之间的关系，所以只要老师加以合适的引导，在实际教学过程中是可以设计实验完成对电容器Q、C、U三物理之间关系进行定量探究的。

二、核心素养

1、物理观念：

（1）明确电容C的概念

（2）科学准确理解Q=CU

2、科学思维：

（1）领会实验的设计思路,知道利用电荷均分办法处理电容器的带电量Q。

（2）会使用电流传感器记录电容器放电过程，用Dislab软件得到放电的I-t图像，再用软件确定电量值。

3、科学探究：

科学设计实验，制作实验仪器定量探究Q、C、U三物理量定量关系

4、科学态度与责任：

（1）经历实验的探究过程，体会通过实验探究自然规律的科学方法，让学生形成认真严谨的科学态度及养成良好的探究习惯。

（2）通过实验，激发学生对物理知识的学习兴趣，培养科学思维方法与能力。

三、教学重难点

设计实验，并通过自制实验仪器根据控制变量法的思想，全面、准确探究电容器Q、C、U三物理量之间的定量关系。

四、教学过程

本次实验课，我将从以下三个环节去展开我的教学 ，突出重点，突破难点，达成预定的教学目标。

（一）实验设计

实验设计一：根据相同电容器电荷均分原理，采用电量倍减法改变电容C₀电量，同时每次用数字电压表测出相应电压值，获得多组数据

对 数据进行分析，得出结论。

但是上述实验中电容器电量的改变具有特殊性不具有任意性，也只用了一个电容器进行实验，这些数据是否具有代表性呢，得出的结果是否准确呢？同时用该套实验仪器我们也不能探究Q-C之间的定量关系。为了全面、准确地探究Q、C、U三者之间的定量关系，体现物理学科核心素养的“科学探究”、“科学态度与责任”。我们又设计了第二套实验。

实验设计二：利用Dislab软件结合计算机得到某一电容器的放电的I-t图像，用软件积分功能确定电容器放电的电量值，相应每次通 过可调可读电源调节和读出电容器两端电压值，获得多组Q-U值

同时利用该套实验仪器，我们也可以在保持充电电压相同条件下，给不同电容器充电，来定量分析Q-C之间的定量关系

（二）数据分析

利用计算机做出Q-U图像探究他们之间的定量关系

电 压不变时，数据分析Q-C之间的定量关系:

（三）实验结论

分析图象和数据得出实验结论：

1、电容器的带电量Q和两极板间电势差U成正比，不同电容器比值不同，比值越大，储存电荷的本领越强。2、Q与C成正比关系。3、Q、C、U三物理量定量关系Q=CU

五、反思评价

本节课，我利用学生已有知识和方法引导学生设计了新的实验，既是对教材内容的延伸和拓展，又锻炼了学生的思维能力和动手能力，更能有效的提高学生的科学素养。

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