2022年高二物理 含有電容器的直流電路教案 新人教版選修3-1

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1、2022年高二物理 含有電容器的直流電路教案 新人教版選修3-1 一、教學(xué)目的 1．通過實(shí)驗(yàn)和例題的計(jì)算理解在直流電路中加入電容器對電路的影響。 2．學(xué)會利用比較的方法來判斷電路動態(tài)變化問題。 二、重點(diǎn)和難點(diǎn) 1．重點(diǎn)：含電容電路的計(jì)算。 2．難點(diǎn)：①穩(wěn)定狀態(tài)下，電容支路上的電阻無電壓降；②對電容充放電過程的理解及充放電量的計(jì)算。 三、教具 電流表，電壓表，三個(gè)電阻，電容器一個(gè)，開頭一個(gè)，干電池兩節(jié)，導(dǎo)線。 四、主要教學(xué)過程 （一）引入新課 復(fù)習(xí)直流電路的相關(guān)知識。 1．全電路歐姆定律I=E/（R+r） 2．電阻串并聯(lián)的基本特性。 練習(xí)：如圖，R1=4Ω，R2=6Ω

2、，R3=3Ω，E=100.5Ω，r=0。求S1閉合前后U1/Uˊ1=？（6/7） 如果把R3支路加上一個(gè)C=30uF的電容器，又會怎樣？ 為此，我們來復(fù)習(xí)一下電容器的有關(guān)知識。 1．電容的定義：C=Q/U=ΔQ/ΔU 2．能充上電的條件是電容器接在與其有電勢差的電路上。 電路有變化時(shí)，如電路中S打開、閉合時(shí)，我們怎么去討論？ （二）教學(xué)過程 　　例１．如圖，求：（１）閉合開關(guān)Ｓ，求穩(wěn)定后通過Ｒ１的電流；（２）將開關(guān)Ｓ斷開，求這以后通過Ｒ１的總電量。 　　分析：（1）S斷開狀態(tài)：（目前狀態(tài)） 提問：①電勢的高低情況；②電流的情況；③電容器極板帶電情況。請學(xué)生逐一回答。 在圖上

3、用不同顏色的粉筆標(biāo)明電勢的不同。 問：進(jìn)一步提問，為什么這樣？R1兩端的電勢是否相同？ 答：R1兩端電勢相同。因?yàn)闆]有構(gòu)成回路，所以電路中各處電流強(qiáng)度均為零，所以可畫出等勢的情況及帶電情況。 問：為什么電流強(qiáng)度為零？ 答：因?yàn)橛须娏鞯囊粋€(gè)重要條件就是有電勢差。 必須明確的一點(diǎn)： 在電路剛接上時(shí)，相當(dāng)于把電容器接在了電源上，即有一定的電勢差，所以此時(shí)有瞬時(shí)的電流，當(dāng)儲電完畢時(shí)，不能再往里裝電荷了，所以不再有電流。這樣，就可得剛才得到的結(jié)論，前提是S斷開達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)。 此時(shí)UC=E=10V U1=0V。 閉合開關(guān)會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？ 提示：電容器帶電量發(fā)生了變化，由此我們可以判斷電

4、流的情況？請學(xué)生分析。 此時(shí)，形成了閉合電路，穩(wěn)定后UC=UR2=6V，即R3、C支路可視為斷路。U1=4V，也就是說電容器的帶電量減少了，它要放電，有一系列的調(diào)整過程，最終達(dá)到穩(wěn)定，再次畫出等電勢的情況。 Q=CUC=CU2=3X10-5X6=1.8X10-4C 通過R1的電流:I=E/(R1+R2)=10/10=1A (2)再將開關(guān)斷開,會出現(xiàn)什么變化? 肯定會有電量的改變,但最終穩(wěn)定后,又相當(dāng)于將電容器接在了電源上,與開始分析的那個(gè)狀態(tài)是一致的。 Qˊ=CU=CE=3X10-5X10=3.0X10-4C 問：電量增加了，誰提供的？ 答：應(yīng)是電源提供的，多出的電量均從電源通

5、過R1提供，充完電后，又無電流。 故斷開S，通過R1的總電量為ΔQ=Qˊ�Q=1.2X10-4C 提問：R3對計(jì)算有無影響？ 答：沒有，因?yàn)榉€(wěn)定后無電流流過該支路，所以UR=IR3=0。是不是這樣，可以用一個(gè)實(shí)驗(yàn)來看看。 介紹實(shí)驗(yàn)電路圖： 這個(gè)電路與例題中的電路差不多，只是把R3換成一電流表，充當(dāng)一個(gè)電阻，R1、R2換成燈泡L1、L2。 操作及觀察到的現(xiàn)象： 1．電路連接好，打開S，把C再接入，會看到電流表指針向右偏一下，說明有瞬時(shí)電流，屬于充電過程。 2．接通S，電流表指針向左偏，然后回到零位置，L1、L2燈亮，說明電容器放電，再用電壓表連接兩表筆，分別涮UAB，UBD

6、，會發(fā)現(xiàn)UAB=UBD，說明A、B點(diǎn)等勢，也就是說，電路中接不接R3，在計(jì)算電量時(shí)效果是相同的。 3．?dāng)嚅_開關(guān)，現(xiàn)象是電流表指針向右偏說明電容器又被充電，進(jìn)而也可知電容器兩極板間的電壓在增大。 小結(jié)： 1．充放電是一個(gè)動態(tài)變化過程，求電量的增量只需找兩個(gè)穩(wěn)定態(tài)，則ΔQ=Q前�Q后。 2．兩極板間如果電壓增大，則電容器被充電；兩極板間如果電壓減小，則電容器被放電。 以上研究的是極板上電量的變化，那么如果是平行板電容器，充電后，則在兩板間存在一個(gè)靜電場，可以利用該電場使帶電粒子加速或偏轉(zhuǎn)。 例2．如圖所示電路，平行板電容器極板水平放置，今有一質(zhì)量為m的帶電油滴懸浮在兩板之間靜止不

7、動，現(xiàn)要油滴向上運(yùn)動，可采用的方法是_____________。 分析：該電路圖可以改畫成如下形式： 問：由題目給的已知條件，可以知道些什么？ 答：因?yàn)橛偷戊o止不動，故qE=mg 由電路情況可知，兩極板帶電情況為上+下�（畫出等勢部分），所以油滴帶負(fù)電，還可以知道UC=UR4 問：電容器取下，對電路有無影響？ 答：沒有影響，因?yàn)榇穗娐贩€(wěn)定后可視為斷路。 問：現(xiàn)要使油滴上移，實(shí)質(zhì)上是要判斷什么？ 答：因?yàn)橛偷问軆蓚€(gè)力，而mg恒定不變，所以只需qE↓，而最終是要R4兩端電壓增大。 請同學(xué)分析，若R1增大，結(jié)果如何？ 在學(xué)生回答同時(shí)，給出關(guān)系圖。 R1↑→I↑→UCD↓ICM↓→IMD↑→UMD↑→UMC↓ 還有沒有其它可行的方法？ 最終答案：R1↓或R2↑或R3↓。 （三）課后小結(jié) 今天這節(jié)課我們所研究的是含有電容器的直流電路，對于電容器的作用可從兩方面來說：①利用其電場；②利用電容器對電路的某種調(diào)節(jié)作用。當(dāng)電路某部分變化時(shí)，電路中的電流往往也會隨之變化，且是很復(fù)雜的，我們無法研究這個(gè)過程中的細(xì)節(jié)問題。研究它的方法，我們只能采用抓住穩(wěn)態(tài)過程進(jìn)行對比，來判斷其變化。如果要計(jì)算實(shí)際的量值，不妨就把有電容器的支路視為斷路再計(jì)算，這樣不會影響其結(jié)果。 五、說明 此專題是一個(gè)較為復(fù)雜的問題，采用實(shí)驗(yàn)可以使學(xué)生對它有較深的理解。