高中物理8 电容器与电容教学设计

含有电容器的直流电路

一、教学目的

1．通过实验和例题的计算理解在直流电路中加入电容器对电路的影响。

2．学会利用比较的方法来判断电路动态变化问题。

二、重点和难点

1．重点：含电容电路的计算。

2．难点：①稳定状态下，电容支路上的电阻无电压降；②对电容充放电过程的理解及充放电量的计算。

三、教具

电流表，电压表，三个电阻，电容器一个，开头一个，干电池两节，导线。

四、主要教学过程

（一）引入新课

复习直流电路的相关知识。

1．全电路欧姆定律I=E/（R+r）

2．电阻串并联的基本特性。

练习：如图，R1=4Ω，R2=6Ω，R3=3Ω，E=100.5Ω，r=0。求S1闭合前后U1/Uˊ1=？（6/7）

如果把R3支路加上一个C=30uF的电容器，又会怎样？

为此，我们来复习一下电容器的有关知识。

1．电容的定义：C=Q/U=ΔQ/ΔU

2．能充上电的条件是电容器接在与其有电势差的电路上。

电路有变化时，如电路中S打开、闭合时，我们怎么去讨论？

（二）教学过程

　　例１．如图，求：（１）闭合开关Ｓ，求稳定后通过Ｒ１的电流；（２）将开关Ｓ断开，求这以后通过Ｒ１的总电量。

　　分析：（1）S断开状态：（目前状态）

提问：①电势的高低情况；②电流的情况；③电容器极板带电情况。请学生逐一回答。

在图上用不同颜色的粉笔标明电势的不同。

问：进一步提问，为什么这样？R1两端的电势是否相同？

答：R1两端电势相同。因为没有构成回路，所以电路中各处电流强度均为零，所以可画出等势的情况及带电情况。

问：为什么电流强度为零？

答：因为有电流的一个重要条件就是有电势差。

必须明确的一点：

在电路刚接上时，相当于把电容器接在了电源上，即有一定的电势差，所以此时有瞬时的电流，当储电完毕时，不能再往里装电荷了，所以不再有电流。这样，就可得刚才得到的结论，前提是S断开达到稳定状态时。

此时UC=E=10V U1=0V。

闭合开关会出现什么现象？

提示：电容器带电量发生了变化，由此我们可以判断电流的情况？请学生分析。

此时，形成了闭合电路，稳定后UC=UR2=6V，即R3、C支路可视为断路。U1=4V，也就是说电容器的带电量减少了，它要放电，有一系列的调整过程，最终达到稳定，再次画出等电势的情况。

Q=CUC=CU2=3X10-5X6=1.8X10-4C

通过R1的电流:I=E/(R1+R2)=10/10=1A

(2)再将开关断开,会出现什么变化?

肯定会有电量的改变,但最终稳定后,又相当于将电容器接在了电源上,与开始分析的那个状态是一致的。

Qˊ=CU=CE=3X10-5X10=3.0X10-4C

问：电量增加了，谁提供的？

答：应是电源提供的，多出的电量均从电源通过R1提供，充完电后，又无电流。

故断开S，通过R1的总电量为ΔQ=Qˊ�Q=1.2X10-4C

提问：R3对计算有无影响？

答：没有，因为稳定后无电流流过该支路，所以UR=IR3=0。是不是这样，可以用一个实验来看看。

介绍实验电路图：

这个电路与例题中的电路差不多，只是把R3换成一电流表，充当一个电阻，R1、R2换成灯泡L1、L2。

操作及观察到的现象：

1．电路连接好，打开S，把C再接入，会看到电流表指针向右偏一下，说明有瞬时电流，属于充电过程。

2．接通S，电流表指针向左偏，然后回到零位置，L1、L2灯亮，说明电容器放电，再用电压表连接两表笔，分别涮UAB，UBD，会发现UAB=UBD，说明A、B点等势，也就是说，电路中接不接R3，在计算电量时效果是相同的。

3．断开开关，现象是电流表指针向右偏说明电容器又被充电，进而也可知电容器两极板间的电压在增大。

小结：

1．充放电是一个动态变化过程，求电量的增量只需找两个稳定态，则ΔQ=Q前�Q后。

2．两极板间如果电压增大，则电容器被充电；两极板间如果电压减小，则电容器被放电。

以上研究的是极板上电量的变化，那么如果是平行板电容器，充电后，则在两板间存在一个静电场，可以利用该电场使带电粒子加速或偏转。

例2．如图所示电路，平行板电容器极板水平放置，今有一质量为m的带电油滴悬浮在两板之间静止不动，现要油滴向上运动，可采用的方法是_____________。

分析：该电路图可以改画成如下形式：

问：由题目给的已知条件，可以知道些什么？

答：因为油滴静止不动，故qE=mg

由电路情况可知，两极板带电情况为上+下�（画出等势部分），所以油滴带负电，还可以知道UC=UR4

问：电容器取下，对电路有无影响？

答：没有影响，因为此电路稳定后可视为断路。

问：现要使油滴上移，实质上是要判断什么？

答：因为油滴受两个力，而mg恒定不变，所以只需qE↓，而最终是要R4两端电压增大。

请同学分析，若R1增大，结果如何？

在学生回答同时，给出关系图。

R1↑→I↑→UCD↓ICM↓→IMD↑→UMD↑→UMC↓

还有没有其它可行的方法？

最终答案：R1↓或R2↑或R3↓。

（三）课后小结

今天这节课我们所研究的是含有电容器的直流电路，对于电容器的作用可从两方面来说：①利用其电场；②利用电容器对电路的某种调节作用。当电路某部分变化时，电路中的电流往往也会随之变化，且是很复杂的，我们无法研究这个过程中的细节问题。研究它的方法，我们只能采用抓住稳态过程进行对比，来判断其变化。如果要计算实际的量值，不妨就把有电容器的支路视为断路再计算，这样不会影响其结果。

五、说明

此专题是一个较为复杂的问题，采用实验可以使学生对它有较深的理解。