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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(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):①穩(wěn)定狀態(tài)下,電容支路上的電阻無電壓降;②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=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(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=ΔQ/ΔU
2.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)趺慈ビ懻摚?
(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(shì)的高低情況;②電流的情況;③電容器極板帶電情況。請(qǐng)學(xué)生逐一回答。
在圖上
3、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
4、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。
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=QˊQ=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
6、,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.?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(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(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:
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(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。
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(duì)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(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。