物理概念教學 二(3 / 3)

4.質量是3噸,以18千米/小時的速度前進的汽車,要使它停止下來,需要多大的衝量?

5.(1)質量不等,動量相等的兩個運動物體,受到相等的阻力作用,停止下來所需要的時間是否相等?

(2)質量不等,速度相同的兩個運動物體,受到相等的阻力作用,停止下來所需要的時間是否相等?

教學小結:

1.這裏教案緊扣教材,動量概念的引入,建立,脈絡是清楚的。學生關於物體動量的定義、計算、方向性和即時性都是能夠掌握的.

2.速度、動量、動量變化跟衝量之聯係,尚深入討論的不夠,效果也不理想,下節課應在此基礎上逐漸使學生加深對上述概念的理解.

(北京市豐盛中學焦樹霖)

三、電容器電容

[教學目的]

掌握電容這一概念;理解平行板電容器電容的定義公式.

[重點和難點]

重點是電容的定義及定義公式.難點是學生沒有接觸過有關電容的問題,而讀了這一段以後又要過好久才再見到它,所以接受起來,容易覺得生硬.因此,要盡可能結合實際講,並要把道理盡可能講明白,避免學生死背公式.

[教具]

靜電計、平行板電容器、枕形導體、有機玻璃板、有機玻璃棒、絲綢、幾種常見的電容器.

[教學過程]

(一)介紹電容器

(1)演示:將平行板電容器的一板A放在靜電計上,將靜電計外殼接地.用絲綢摩擦過的玻璃棒使A帶正電,靜電計張開一個角度,然後用不帶電的枕形導體B接近A,看到靜電計張角減小,用手摸B,張角更小,問為什麼?學生不知從何想起,或者隨便說出一些不正確的理由,也可能有人會從電荷移動上解釋.

剖析答案中的錯誤,指明思考問題要有根據,要解釋張角的變化,首先要弄清張角大小由什麼決定.告訴學生這個儀器叫靜電計,與初中見過的驗電器類似,它的張角的大小由指針和外殼之間的電勢差決定。這點現在不便論證,大概說,這個電勢差越大,則靜電計內場強越大,活動指針受力越大,張角越大.現在外殼接地,電勢為0,A與指針相連,所以指針與外殼間的電勢差即A的電勢.再讓學生解釋剛才的實驗現象,學生就可能有正確的思路了.

最後總結:A帶正電後,電勢為正的某一值,對應一個張角.B接近A,產生靜電感應,近端帶負電,遠端帶等量正電,他們分別都在A處產生負、正電勢.負電近,影響大,所以A電勢下降,張角減小(可舉數字例子說明).摸B,即B接地,正電荷到地球上,A電勢更低,張角更小.

(2)由此實驗看到:A、B二導體接近,在A帶電不變的情況下,可使A與地(即A與B)間電勢差減小。若使A、B間恢複原來的電勢差,則A需帶更多的電量.所以二導體接近時在一定電勢差下,可以“容納”較多的電量.從這個含義出發,人們把互相靠近而又彼此絕緣的兩個導體叫做電容器.

介紹常見的電容器是兩個正對的、互相平行的、距離很近,彼此絕緣的金屬板.給學生看實際的紙介電容器及可變電容器,告訴學生這些電容器在收音機、電視機及其他儀器中用的很多,收音機調台時旋的旋鈕就聯結這個可變電容器.

(3)電容器的充、放電:

把電容器一板接地,使另一板帶電,則接地板會感應出等量異號電荷(等量,暫不解釋但要讓學生記住),或把電容器兩板接電池兩端,兩板也帶等量異號電荷.這都叫充電.把充了電的電容器兩板用導線連接一下,則正、負電中和,叫放電.

(二)電容器的電容

(1)演示:用圖8-6實驗,去掉枕形導體,手拿平行板電容器的另一板B(相當B接地),放於正對A的一個位置,在A帶正電後,靜電計有一張角.手拿B使之更接近A,張角減小.

問:為什麼?

根據前一演示,學生中會有人能解釋.

總結:B上負電量與A上正電量相等.B更靠近A時,負電荷在A處產生的負電勢的絕對值更大,A的電勢更低,所以張角減小.

(2)此實驗說明:A、B距離更近,在板上帶電量不變的情況下,A、B電勢差更小,即在相同的電勢差下,A、B越近時,電容器可“容納”更多的電量.為了把電容器可“容納”電量多少的能力描述出來,我們引入一個物理量叫電容.(“容納”不是科學術語,暫這樣用,下麵再說明.)

問:我們應該怎樣去比較電容器所帶電量呢?如電容器A每板帶電2庫侖時,板間電壓為2000伏,電容器B每板帶電3庫侖時,板間電壓為4000伏,能否說B可“容納”電荷的能力大呢?

答:否,它們的電壓不同,應在相同電壓下比較.

肯定其答案.上例電容器A每板帶2庫侖時,電壓為2000伏,折成

A的電容(C).它的單位由剛才計算得知是庫侖/伏特.叫做法拉(F).1法拉=1庫侖/伏特.

電容的物理意義是電容器兩板電壓為1個單位時,每一個板的帶電量.電容大意味著電壓相同時,帶電量多,或帶電量相同時,板間電壓小.

電容的正式定義也是用比值定的;即一個板的帶電量與兩板間電壓

(3)著重聲明:電容器“容納”電荷的能力相當於直筒形容器“容納”水。電容相當於直筒形容器的底麵積.底麵積越大,水位(水勢)升高1個單位,“容納”的水越多,電容越大,則二板電勢差升高1個單位,板間“容納”的電荷越多.“容納”隻能這樣理解,而不是指電容器板兩板可帶的最大電量.直筒形容器能裝的最大水量除底麵積外還要取決於它的高度,即它可達到的最高水位.電容器可帶的最大電量除電容外要取決於它可達到的最高電勢差.(當兩板間電勢差大到某一值時,板間電介質會被擊穿而放電,此電勢差叫擊穿電壓.)所以電容器可帶的最大電量Q=CU擊穿,即電容與擊穿電壓的乘積.

(4)介紹微法與皮法(微微法):微(μ)=10-6;皮(p)=10-12,所以1μF=10-6F,1pF=10-12F.

(三)平行板電容器的電容由哪些因素確定

平行板電容器的電容進行分析.

從前一演示已看到:當板間距離減少時,在Q不變的情況下,U減

實驗證明電容C反比於板間距離d.

再用上述裝置作實驗,保持板間距離不變,將B左移,使兩板正對

兩板的正對麵積的減小而減小.精確實驗同樣證明電容C與正對麵積S成正比.

再用此裝置實驗,使板間距離及正對麵積不變,而在板間插入有機玻璃板,可見張角減小,即電勢U減小,但電量沒有改變,說明C增大了.精確實驗證明:電容C和充滿板間的電介質的介電常數成正比.

解釋:如圖8-7,介質極化,介質上靠近正板的負電荷使正板電勢降低,而靠近負板的正電荷使負板電勢升高,所以二極電壓減小.

綜合以上三方麵可得結論:平行板電容器電容和充滿板間的電介質的介電常數成正比,和兩板的正對麵積成正比,和板間距離成反比.理論證明C=εS/4πkd.在國際單位製中,

(四)布置作業

1.課後複習:電容器定義、電容定義、單位、平行板電容器的電容及公式.

2.作業:中學教材p.49練習六(1)(3)(4).