План урока на тему: «Электроемкость. Конденсаторы и их соединения. Энергия электрического поля.»

Дисциплина: «Физика».

Тема  урока: «Электроемкость. Конденсаторы и их соединения. Энергия электрического поля».

Тип занятия: комбинированный.

Вид  занятия: изучение и закрепление новых знаний.

Цели  занятия:

1.  Обучающая:

- сформировать представление о материальности электрического поля;

- ввести  понятие  электроемкости;

- ввести понятие конденсатора, его видов, их соединения;

- ввести  понятие  энергии электрического поля.

2. Развивающая:

- развивать представление о физической картине мира;

- развивать познавательную и творческую активность студентов;

- развивать интерес и мотивацию студентов к изучению физики;

- развивать логическое и абстрактное мышление при решении задач.

3. Воспитательная:

- продолжить формировать научное мировоззрение, систему взглядов   на мир и технический прогресс;

- формировать интерес к познанию законов природы и их применению.

Материально-техническое обеспечение занятия:

• компьютер;
• мультимедийный проектор;
• презентация, созданная средствами Microsoft Office PowerPoint;
• различные виды конденсаторов;
• стенд «Конденсаторы».

Актуальность использования ИКТ на занятии:

• наглядность;
• небольшие затраты времени на объяснение;
• новизна представления информации;
• оптимизация работы преподавателя при подготовке к занятию;
• установление межпредметных связей;
• привлечение студентов к представлению практической стороны рассматриваемого занятия;
• возможность показа опытов в записи, проведенных студентами при подготовке к занятию.

Знания, умения и навыки, формируемые на занятии:

• Знать понятия электроемкости, конденсатора, характеристики конденсаторов, соединения конденсаторов в батарею.
• Уметь применять формулы электроемкости и энергии конденсаторов для решения задач.
• Уметь читать схемы с последовательным и параллельным соединением конденсаторов.
• Умение анализировать условие задачи.
• Умение обобщать и делать выводы.
• Умение применять полученные знания в измененной ситуации.
• Умение выполнять самоанализ, самооценку, самоконтроль и взаимопроверку.

Средства обучения:

инновационные – презентация «Электроемкость. Конденсаторы и их соединения. Энергия электрического поля»;

печатные - карточки с заданием;

ТСО – компьютер, мультимедийный проектор, телевизор, видеомагнитофон.

Организационные формы и методы обучения.

Традиционные: вводная беседа, лекция с элементами беседы, беседа при подведении итогов урока, практическая работа с элементами учебного исследования.

Инновационные: исследовательский метод.

План занятия.

1.     Организационный  момент.

2.     Физический диктант.

3.     Изучение нового материала:

Ø понятие о конденсаторе;

Ø история создания конденсаторов;

Ø свойства конденсаторов;

Ø виды конденсаторов;

Ø характеристики конденсаторов;

Ø обозначение конденсаторов на схемах;

Ø энергия заряженного конденсатора;

Ø соединение конденсаторов в батарею;

Ø применение конденсаторов.

4.     Закрепление. Решение задач. Беседа по вопросам.

5.     Итог занятия.

Ход  занятия:

1.  Организационный  момент  (1 - 2 мин.):

- проверка наличия  студентов;

- проверка  готовности  аудитории (техника  безопасности);

- готовность   студентов  к  занятию (тетради, учебники).

2.  Проверка  знаний  студентов  (до 10 мин.):

Слайд №2.

- физический  диктант – проверка ранее изученного материала (вариант 1 – нечетные вопросы; вариант 2 – четные вопросы);

1.       В каких единицах измеряется напряжённость электрического поля?

2.      В каких единицах измеряется электрический заряд?

3.      Записать формулу закона Кулона для вакуума в СИ.

4.      Записать формулу закона Кулона для среды в СИ.

5.      Что такое электрическое поле?

6.      Как называют поле неподвижных зарядов?

7.      Какое поле называют однородным?

8.      От каких величин зависит работа сил электрического поля?

9.      Чему равна напряжённость поля точечного заряда?

10.    Связь между напряжением и напряжённостью в однородном электрическом поле?         

- фронтальный  опрос:

1) проводники;

2) диэлектрики;

3) электрическое поле.

3. Новая тема (15 - 20 мин.):

Слайд № 3.

Преподаватель. Приходилось ли вам сталкиваться с профессией мастера по ремонту телерадиоаппаратуры? Как вы думаете, чем он занимается?

О.     Выявляет причины неисправности, осуществляет замену вышедших из строя деталей.

Преподаватель. Можете назвать эти детали?

О.     Диоды, триоды, транзисторы, конденсаторы…

Преподаватель. Какие знания по физике нужны для работы телемастеру?

О.     Устройство, назначение, принцип действия, правила включения приборов.

Преподаватель. С одной из радиодеталей познакомимся сегодня подробнее. Открыли тетради и записали тему нашего занятия.

Слайд № 4.

Слайд №5.

Преподаватель. Слово ''конденсатор'' происходит от латинского слова condensare, что означает ''сгущение''. В учении об электрических явлениях этим словом обозначают устройства, позволяющие сгущать электрические заряды и связанное с этими зарядами электрическое поле.

Слайд №6.

Преподаватель. Простейший конденсатор состоит из двух проводников, разделённых диэлектриком, толщина которого мала по сравнению с размерами проводника.

После того, как было установлено разделение тел на проводники и непроводники, а опыты с электростатическими машинами получили широчайшее распространение, совершенно естественной была попытка «накопить» электрические заряды в каком-то стеклянном сосуде, который мог их сохранить.

Слайд №7.

Среди многих физиков, занявшихся подобными экспериментами, наибольшую известность получил голландский профессор из г. Лейдена Мусхенбрук (Мушенбрек) (1692—1761 гг.).

Слайд №8.

           Зная, что стекло не проводит электричества, он (в 1745 г.) взял стеклянную банку (колбу), наполненную водой, опустил в нее медную проволоку, висевшую на кондукторе электрической машины, и, взяв банку в правую руку, попросил своего помощника вращать шар машины. При этом он правильно предположил, что заряды, поступавшие с кондуктора, будут накапливаться в стеклянной банке.

После того как по его мнению, в банке накопилось достаточное количество зарядов, он решил левой рукой отсоединить медную проволоку. При этом он ощутил сильный удар, ему показалось, что «пришел конец». В письме Реомюру в Париж (в 1746 г.) он писал, что этот «новый и страшный опыт советую самим никак не повторять» и что «даже ради короны Франции он не согласится подвергнуться столь ужасному сотрясению».

Так была изобретена лейденская банка (по имени г. Лейдена), а вскоре и первый простейший конденсатор, одно из самых распространённых электротехнических устройств.

Опыт Мусхенбрука произвел подлинную сенсацию не только среди физиков, но и многих любителей, интересовавшихся электрическими опытами.

Независимо от Мусхенбрука в том же 1745 г. к созданию лейденской банки пришел и немецкий ученый Э.Г. Клейст

Слайд №9.

Слайд № 10.

Преподаватель. Такие лейденские банки стали прототипами электрофорной машины.

Слайд №11.

Электрофорная машина – самый удивительный прибор из демонстрационного оборудования физического кабинета. Стоит обратить внимание ребят на то, что возникающие мощные электрические искры связаны со способностью конденсаторов быстро накапливать и отдавать значительный электрический заряд (энергию). Именно возможность получать мощные электрические разряды заставила ученых XVIII в. обратить внимание на лейденскую банку – простейший конденсатор.

Преподаватель.  Какими же свойствами обладает конденсатор?

Слайд №12.

Преподаватель. Основная классификация конденсаторов проводится по типу диэлектрика в конденсаторе. Тип диэлектрика определяет основные электрические параметры конденсаторов: сопротивление изоляции, стабильность ёмкости, величину потерь и др.

Слайд №13.

Преподаватель. Кроме того, конденсаторы различаются по возможности изменения своей ёмкости.

Слайд №14.

Слайд №15.

   Преподаватель.        В зависимости от назначения можно условно разделить конденсаторы на конденсаторы общего и специального назначения.

Конденсаторы общего назначения используются практически в большинстве видов и классов аппаратуры.  Все остальные конденсаторы являются специальными. К ним относятся высоковольтные, импульсные, помехоподавляющие, дозиметрические, пусковые и другие конденсаторы.

Преподаватель. Сегодня на занятии мы познакомимся с физической величиной, которая характеризует способность двух проводников накапливать электрический заряд. Эту величину называют – электроемкостью, обозначают буквой  С.

Слайд №16.

Преподаватель. Формула нахождения электроемкости.

Слайд №17.

Преподаватель. Единицы измерения электроемкости. 1Ф очень большая емкость. Если создать конденсатор емкостью в 1Ф, то пластины будут площадью примерно 100 км² при расстоянии между ними в 1 мм. На принципиальных электрических схемах номинальная ёмкость конденсаторов обычно указывается в микрофарадах (1 мкФ = 10⁶ пФ) и пикофарадах, но нередко и в нанофарадах.

Слайд №18.

Преподаватель. Так же установим, от каких величин она зависит, от каких не зависит.

Слайд № 19.

Слайд №20.

Преподаватель. Обозначение конденсаторов на схемах.

В России условные графические обозначения конденсаторов на схемах должны соответствовать ГОСТ 2.728-74 либо международному стандарту IEEE 315-1975.

Слайд № 21.

Слайд №22.

Слайд №23.

Преподаватель. По современным представлениям, электрическая энергия конденсатора локализована в пространстве между обкладками конденсатора, то есть в электрическом поле. Поэтому ее называют энергией электрического поля.

Слайд №24.

Преподаватель. Формулы, выражающие  энергию заряженного конденсатора.

Слайд № 25.

Преподаватель. Конденсаторы могут соединяться между собой, образуя батареи конденсаторов.  Мушенбрук первый соединил лейденские банки в батарею, чтобы увеличить их суммарную емкость.

Слайд №26.

Преподаватель. При последовательном соединении   одинаковыми оказываются заряды обоих конденсаторов: q₁ = q₂ = q, а напряжения на них равны. Такую систему можно рассматривать как единый конденсатор, заряженный зарядом q при напряжении между обкладками U = U₁ + U₂. 

При последовательном соединении конденсаторов складываются обратные величины емкостей.

Слайд №27.

Преподаватель. При параллельном соединении конденсаторов   напряжения на конденсаторах одинаковы: U₁ = U₂ = U, а заряды равны q₁ = С₁U и q₂ = С₂U. Такую систему можно рассматривать как единый конденсатор электроемкости C, заряженный зарядом q = q₁ + q₂ при напряжении между обкладками равном U.

  Таким образом, при параллельном соединении электроемкости складываются.

Слайд №28.

Преподаватель. Формулы для параллельного и последовательного соединения остаются справедливыми при любом числе конденсаторов, соединенных в батарею.

Конденсаторы находят применение практически во всех областях электротехники. Конденсаторы   используются для построения различных цепей с частотно-зависимыми свойствами, в частности, фильтров, цепей обратной связи, колебательных контуров и т. п.

Слайд №29.

Преподаватель. При быстром разряде конденсатора можно получить импульс большой мощности, например, в фотовспышках,   и т. п.

Слайд №30.

Преподаватель. Так как конденсатор способен длительное время сохранять заряд, то его можно использовать в качестве элемента памяти или устройства хранения электрической энергии         и т. п.

Слайд №31.

4.  Закрепление, применение  новых  знаний, умений  (25-30 мин.):

1.      Студентам раздаются по одному  комплекту конденсаторов на парту. За  две минуты, чтобы они рассмотрели устройство конденсаторов и переписали в тетрадь величины их емкости и рабочего напряжения.

 2.     Перед вами конденсатор переменной емкости. Расположите пластины конденсатора так, чтобы электроемкость была максимальной, минимальной.

3.      Вопросы:

- Что называют электрической емкостью?

- Что такое конденсатор?

- С какими видами конденсаторов вы познакомились?

- Чему равна емкость плоского конденсатора?

4.                 Решение  задач  у доски на емкость конденсатора, соединение конденсаторов в батарею.

Задача 1.    Определите общую электроемкость, если С₁ = С₂ = 4мкФ при параллельном и последовательном соединении конденсаторов. (8 мкФ, 2 мкФ).

Слайд №32.

5.  Заключительный  этап  занятия (5 мин.):

Слайд №33.

Преподаватель. Прочитайте  слова Конфуция и скажите, какой из путей приобретения знаний для вас самый приемлемый? 

«Три пути ведут к знанию: путь размышления – это путь самый благородный, путь подражания  - это путь самый легкий, и путь опыта – это путь самый горький».

 /Студенты отвечают по-разному/

В ходе занятия мы воспользовались тремя  путями, которые ведут к знаниям, по мнению философа.

- Не важно, каким путем человек получает знания, каждый индивидуален, важен результат.

 Результат нашего урока  -  приобретенные вами знания по теме: «Электроемкость. Конденсаторы и их соединения. Энергия электрического поля», и конечно заслуженные оценки. (Выставление оценок)

А теперь запишем  домашнее  задание:

Слайд № 34.

Слайд № 35.

Литература:

1.                 П. И. Самойленко, А. В. Сергеенко учебник физики, 2012.

2.                 Дмитриева В. Ф. Физика, М., изд. Центр «Академия», 2006.

3.                 Лансберг Г. С. Элементарный учебник физики, «Наука», 1995.

4.                 Жданов Л. С., Жданов Г. Л. Физика, «Наука», 1981.

5.                 Касаткин А. С., Немцов М. В. Электротехника, «Академия», 2007.

6.                 Евдокимов Ф. Е. Теоретические  основы электротехники, «Академия», 2004.

7.                 Фриш С. Э., Тиморева А. В., Курс общей физики, «ФИЗМАТГИЗ», 1982.

8.                 Ландау Л. Д., Китайгородский А. И., Физика для всех, «Наука», 1974.

9.                  Элиот Л., Уилкокс У., Физика, М., «ФИЗМАТГИЗ», 1983.

Краткое описание документа:

Цели занятия:

1. Обучающая:

- сформировать представление о материальности электрического поля;

- ввести понятие электроемкости;

- ввести понятие конденсатора, его видов, их соединения;

- ввести понятие энергии электрического поля.

2. Развивающая:

- развивать представление о физической картине мира;

- развивать познавательную и творческую активность студентов;

- развивать интерес и мотивацию студентов к изучению физики;

- развивать логическое и абстрактное мышление при решении задач.

3. Воспитательная:

- продолжить формировать научное мировоззрение, систему взглядов на мир и технический прогресс;

- формировать интерес к познанию законов природы и их применению.