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(duì)電路的影響。2學(xué)會(huì)利用比較的方法來判斷電路動(dòng)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)：穩(wěn)定狀態(tài)下，電容支路上的電阻無電壓降；對(duì)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(shí)。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=4，R2=6，R3=3，E=100.5，r=0。求S1閉合前后U1/U1=？（6/7）如果把R3支路加上一個(gè)C=30uF的電容器，又會(huì)怎樣？為此，我們來復(fù)習(xí)一下電容器的有關(guān)知識(shí)。1電容的定義：C=Q/U=Q/U2能充上電的條件是電容器接在與其有電勢(shì)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?cè)趺慈ビ懻?？（二）教學(xué)過程例如圖，求：（）閉合開關(guān)，求穩(wěn)定后通過的電流；（）將開關(guān)斷開，求這以后通過的總電量。分析：（1）S斷開狀態(tài)：（目前狀態(tài)）提問：電勢(shì)的高低情況；電流的情況；電容器極板帶電情況。請(qǐng)學(xué)生逐一回答。在圖上用不同顏色的粉筆標(biāo)明電勢(shì)的不同。問：進(jìn)一步提問，為什么這樣？R1兩端的電勢(shì)是否相同？答：R1兩端電勢(shì)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(shì)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(shì)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(shì)差，所以此時(shí)有瞬時(shí)的電流，當(dāng)儲(chǔ)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(huì)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流的情況？請(qǐng)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(shì)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(huì)出現(xiàn)什么變化?肯定會(huì)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。Q=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過R1提供，充完電后，又無電流。故斷開S，通過R1的總電量為Q=Q�Q=1.2X10-4C提問：R3對(duì)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(huì)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，會(huì)發(fā)現(xiàn)UAB=UBD，說明A、B點(diǎn)等勢(shì)，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斷開開關(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(dòng)態(tài)變化過程，求電量的增量只需找兩個(gè)穩(wěn)定態(tài)，則Q=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(chǎng)，可以利用該電場(chǎng)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動(dòng)，現(xiàn)要油滴向上運(yùn)動(dòng)，可采用的方法是_。分析：該電路圖可以改畫成如下形式：?jiǎn)枺河深}目給的已知條件，可以知道些什么？答：因?yàn)橛偷戊o止不動(dòng)，故qE=mg由電路情況可知，兩極板帶電情況為上+下�（畫出等勢(shì)部分），所以油滴帶負(fù)電，還可以知道UC=UR4問：電容器取下，對(duì)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(qǐng)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。R1IUCDICMIMDUMDUMC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(duì)于電容器的作用可從兩方面來說：利用其電場(chǎng)；利用電容器對(duì)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(huì)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(duì)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(huì)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(duì)它有較深的理解。