План-конспект урока по физике в 10 классе "Энергия заряженного конденсатора. Применение конденсаторов"

• 1 слайд

  Учитель МБУ «Школа №43» Ильина И.Н.
  Тольятти
  2016
  Конденсаторы
  

• 2 слайд

  История
  В 1745 году в Лейдене немецкий каноник Эвальд Юрген фон Клейст и независимо от него голландский физик Питер ван Мушенбрук изобрели конструкцию-прототип электрического конденсатора — «лейденскую банку»
  
  
  
  
  
  
  Эвальд Юрген фон Питер ван Мушенбрук ( 1692—1761)
  
  
  

• 3 слайд

  
  
  Электроёмкостью системы из двух проводников называется физическая величина, определяемая как отношение заряда q одного из проводников к разности потенциалов Δφ между ними:
  
  
  В системе СИ единица электроёмкости называется фарада (Ф):
  
  
  

• 4 слайд

  Величина электроёмкости зависит от формы и размеров проводников и от свойств диэлектрика, разделяющего проводники.
  Существуют такие конфигурации проводников, при которых электрическое поле оказывается сосредоточенным (локализованным) лишь в некоторой области пространства. Такие системы называются конденсаторами, а проводники, составляющие конденсатор, называются обкладками.
  

• 5 слайд

  Простейший конденсатор – система из двух плоских проводящих пластин, расположенных параллельно друг другу на малом по сравнению с размерами пластин расстоянии и разделённых слоем диэлектрика. Такой конденсатор называется плоским. Вблизи краёв пластин и в окружающем пространстве возникает сравнительно слабое электрическое поле, которое называют полем рассеяния. В целом ряде задач можно приближённо пренебрегать полем рассеяния и полагать, что электрическое поле плоского конденсатора целиком сосредоточено между его обкладками.
  Устройство конденсатора:
  

• 6 слайд

  рис. 1
  рис. 2
  Поле плоского конденсатора.
  Идеализированное представление поля плоского конденсатора. Такое поле не обладает свойством потенциальности.
  
  

• 7 слайд

  Для того чтобы зарядить конденсатор,
  нужно совершить работу по разделению
  положительных и отрицательных зарядов.
  В том, что заряженный конденсатор
  обладает энергией, можно убедиться, если
  разрядить его через цепь, содержащую лампу
  накаливания, рассчитанную на несколько
  вольт. При разрядке конденсатора лампа
  вспыхивает. Энергия конденсатора
  превращается в тепло и энергию света.
  Энергия конденсатора
  

• 8 слайд

  Так как заряд конденсатора определяется зарядом
  одной из его пластин то напряжённость поля, создавае-
  мая ею, будет равна E/2. Поскольку общее поле складыва-
  ется из полей создаваемых обеими обкладками заряжен-
  ными одинаково, но с противоположным знаком.
  Следовательно, энергия конденсатора будет иметь вид:
  W=q(E/2)d
  Поскольку напряжение можно выразить через напряжён-
  ность и расстояние(U=Ed), подставим его в нашу формулу,
  получим: W=qU/2
  А теперь, используя выражение для ёмкости, C=q/U,
  получим окончательный результат.
  Энергия заряженного конденсатора имеет вид:
  
  
  
  

• 9 слайд

  
  Каждая из заряженных пластин плоского конденсатора создает вблизи поверхности электрическое поле, модуль напряжённости которого выражается соотношением:
  

• 10 слайд

  Согласно принципу суперпозиции, напряжённость поля, создаваемого обеими пластинами, равна сумме напряжённостей и полей каждой из пластин:
  
  
  
  

• 11 слайд

  Внутри конденсатора вектора и
  параллельны; поэтому модуль напряжённости суммарного поля равен
  
  

• 12 слайд

  
  
  
  Если пространство между обкладками конденсатора заполнено диэлектриком, электроёмкость конденсатора увеличивается в ε раз:
  
  
  
  

• 13 слайд

  Виды конденсаторов:
  1. по виду диэлектрика: воздушные, слюдяные, керамические, электролитические.
  2. по форме обкладок: плоские, сферические, цилиндрические.
  3. по величине ёмкости: постоянные, переменные подстроечные.
  

• 14 слайд

  
  
  
  Постоянные конденсаторы не могут изменять свою ёмкость в процессе работы, то есть их ёмкость является постоянной (точнее, она может колебаться в небольших пределах в зависимости от температуры, но это в пределах допуска).
  
  Конденсаторы переменной ёмкости.
  Переменные конденсаторы служат для частотной подстройки ёмкости. В простом (не цифровом) приёмнике настройка на радиостанцию как раз и осуществляется с помощью конденсатора переменной ёмкости.
  
  Подстроечные конденсаторы необходимы в тех случаях, когда требуется точная подстройка ёмкости в электронной схеме. В таких конденсаторах подстройку ёмкости производят один раз или очень редко.
  
  
  
  

• 15 слайд

  Воздушный конденсатор
  Конденсатор
  слюдяной
  Керамический конденсатор
  

• 16 слайд

  Технические применения конденсаторов
  Алюминиевые электролитические конденсаторы широко используются в различных электро- и радиотехнических приборах (теле-, радио-, аудиоустройствах, стиральных машинах, кондиционерах воздуха), в компьютерном оборудовании (материнских платах, устройствах вывода изображений и периферийных устройствах, таких как принтеры, графические устройства, сканеры), в оборудовании связи, в строительном оборудовании, в измерительных приборах, а также в промышленном инструменте, в вооружениях и авиакосмической технике.
  электролитические конденсаторы
  

• 17 слайд

  Спасибо за внимание!
  

Электроёмкость конденсатора. Батарея конденсаторов.

1.      Какое из приведённых ниже выражений характеризует электроёмкость конденсатора?

А.  U / q                         Б.  q U                                 В.  q / U 

2.      Расстояние между пластинами плоского конденсатора увеличили в 2 раза. Как изменилась ёмкость конденсатора?

А.  Увеличилась в 2 раза.         Б.   Не изменилась.     

                   В.   Уменьшилась в 2 раза.

3.      Площадь пластин плоского конденсатора уменьшили в 2 раза. Как изменилась ёмкость конденсатора?

А.  Увеличилась в 2 раза.         Б.   Не изменилась.   

                   В.   Уменьшилась в 2 раза.

4.      При зарядке конденсатора до напряжения U он получает заряд q. Как изменилась ёмкость конденсатора, если заряд на его обкладках увеличить в 2 раза?

А.  Увеличилась в 2 раза.         Б.   Не изменилась.    

                  В.   Уменьшилась в 2 раза.

5.      Приведите формулу ёмкости батареи конденсаторов при их последовательном соединении.

А.  С = С  + С   .

Б.   С = 1 / С  + 1 / С  .  

В.   1 / С = 1 / С  + 1 / С  .

6.       Как изменяется общая ёмкость батареи конденсаторов при их параллельном соединении?

А.  Увеличивается.  

Б.   Уменьшается.    

В.   Не изменяется.   

Муниципальное бюджетное учреждение

«Школа №43» г.о. Тольятти Самарской области

Урок по физике в 10 классе

«Энергия заряженного конденсатора. Применение конденсаторов»

                                                                                               Подготовила:

                                                        Ильина Ирина Николаевна,                                  учитель физики

Тольятти, 2016 г

Цели урока:

1.  Образовательные: определить энергию заряженного конденсатора, а также область применения различных видов конденсаторов постоянной и переменной электроёмкости.
2.  Развивающие: сформировать представление о том, что наличие энергии у электрического поля является признаком материальности электрических полей.
3. Воспитательные: способствовать формированию коммуникативной культуры учащихся, воспитывать внимание, чувство ответственности, терпимости к суждениям товарищей, развивать познавательный интерес к физике и технике.

Тип урока: изложение нового материала.

.

Задачи урока:

     Изучить:

• формулы для расчёта энергии электрического поля конденсатора.
• устройства, в которых используются различные виды конденсаторов.  
• методы решения расчётных и качественных задач.

    Формы работы учащихся: индивидуальная, групповая, фронтальная.

Оборудование:

Для учителя: компьютер, мультимедиапроектор, электронное приложение к учебнику     

      Г.Я.Мякишева, Б.Б. Буховцева, Н.Н. Сотского «Физика.10 класс»; плоский конденсатор,   

      конденсатор переменной ёмкости.  

      Для учащихся: мультимедиапроектор,  доклад-презентация,  сборник задач авт. А.П. Рымкевич.    

    Программное обеспечение:

Электронное приложение к учебнику Г.Я. Мякишева, Б.Б. Буховцева, В.М. Чаругина «Физика.11 класс».  

Дидактический материал:

индивидуальные тестовые карточки;

карточки-задания для работы в группах.

Наглядные пособия:

доклад –презентация учащихся..

Межпредметные  связи:  математика, информатика., биология, химия

Ход урока.

№	Время, мин.	Этапы урока	Действия учителя	Действия учащихся	Примечания
1	1	Орг. момент	Приветствие, организация внимания, отметить отсутствующих	Приветствуют вставанием, рассаживаются, готовят всё необходимое
2	2	Тема и задачи урока	Озвучивает тему и задачи урока	Записывают тему урока	Тема записана на доске
3	7	Актуализация пройденных знаний	Фронтальный опрос по пройденному материалу	Работа в парах – составление ассоциативного ряда к слову «конденсатор». Затем один ученик отвечает на задания электронного мини-теста	Электронное приложение к учебнику  Г.Я. Мякишева, Б.Б. Буховцева, Н.Н. Сотского «Физика.10 класс»
4	13	Объяснение нового материала	Выводит расчётные формулы энергии электрического поля конденсатора;  вызывает учащегося, подготовившего презентацию о техническом применении конденсаторов.	Совместно с учителем выводят расчётные формулы электрического поля конденсатора. Слушают доклад-презентацию, задают вопросы	Учащимся можно пересесть, чтобы было лучше видно
5	18	Решение расчётных и качественных задач (закрепление полученных знаний)	Зачитывает содержание задач, комментирует ход решения	Решают задачи на доске (объясняя выбранный ход решения) и в тетрадях; задают вопросы по ходу решения
6	3	Рефлексия	Предлагает проанализировать свою деятельность на уроке	Анализируют свою деятельность на уроке	Можно дать листочки, чтобы учащиеся записали свои мысли
7	1	Домашнее задание, итог урока	Озвучивает домашнее задание, выставляет оценки	Записывают домашнее задание в дневник	Записать домашнее задание на доске

1.      Организационный момент.

Учитель: Мы узнали, что два проводника, разделённых слоем диэлектрика, толщина которого очень мала по сравнению с их размерами, способны накопить электрический заряд при подключении их к источнику постоянного напряжения; подобная система из двух проводников (обкладок) называется - конденсатор. Расчётной величиной проводников, характеризующей их способность накапливать заряд, является – электроёмкость, её единица измерения – Фарада. Также мы познакомились со способами соединения конденсаторов в батареи и принципами их расчёта.

2.      Тема и задачи урока.

Учитель: Сегодня мы узнаем, как рассчитать энергию электрического поля заряженного конденсатора, а также, где используются различные типы конденсаторов постоянной и переменной электроёмкости.

3. Актуализация пройденного материала.

Учитель: Вам необходимо написать как можно больше ассоциаций (имеющих физический 

 смысл), связанных со словом «конденсатор». Работа выполняется совместно с соседом по парте, 

 т.е. в мини-группах, в течение 5 минут. Группа, чей ассоциативный ряд окажется самым 

  длинным, получает оценку «5», а группа, занявшая «второе место» - оценку «4».

Ученики: На листочках записывают свои ассоциации.

После истечения назначенного времени учитель собирает листочки, зачитывает одну-две  

работы (выборочно). Оценки выставляются после проверки всех работ.

Учитель: Одному из учеников предлагается ответить на задания мини-теста с использованием 

      электронного приложения к учебнику Г.Я. Мякишева, Б.Б. Буховцева, Н.Н. Сотского «Физика.10   

     класс». Правильные ответы добавят «плюсик» к оценке за ассоциативный ряд.

4.1. Объяснение нового материала.

Учитель: Конденсаторы – это устройства, способные аккумулировать электрические заряды на своих обкладках, а следовательно и энергию электрического поля, числовое значение которой можно рассчитать по формулам, которые мы с вами получим на основе формулы потенциальной энергии эл.поля и формулы, определяющей понятие «электроёмкость».

Учитель совместно с учениками выводит формулы энергии заряженного конденсатора:

W = qU²/2, W = q²/2C, W = СU/2.

Учитель: Смотрим и слушаем подготовленную вашими одноклассниками сообщение-презентацию об истории создания конденсаторов, их разновидностях и области их применения.

Ученики: Слущают сообщение-презентацию, задают вопросы (при необходимости).

    4.2.Физминутка.

 Вот помощники мои,

 Их как хочешь поверни.

 Раз, два, три, четыре, пять.

 Постучали, повернули

 И работать захотели.

 Тихо все на место сели.

5. Решение расчётных и качественных задач по закреплению полученных знаний.

Ученики: Решают задачи Р – 767, 768, 769, 772 – устно анализируя содержание и ход решения задач. Задача Р – 770 решается письменно на доске (одним из учеников) и в тетрадях (всеми учениками).

Р-767. Во сколько раз изменится энергия конденсатора при увеличении напряжения на нём в 4 раза? (Увеличится в 16 раз).

Р-768. Ёмкость одного конденсатора в 9 раз больше ёмкости другого. На какой из этих конденсаторов надо подать большее напряжение, чтобы их энергия была одинаковой? Во сколько раз большее? (В 3 раза большее, на второй конденсатор).

Р-769. Конденсатору ёмкостью 10 мкФ сообщили заряд 4 мкКл. Какова энергия заряженного когденсатора?  (800 нДж).

Р-772. Во сколько раз изменится энергия поля заряженного конденсатора, если пространство между пластинами конденсатора заполнить маслом? Рассмотреть случаи: а)конденсатор отключен от источника напряжения; б)конденсатор остаётся присоединённым к источнику постоянного напряжения. (а)уменьшится в 2,5 раза; б)увеличится в 2,5 раза).

Р-770. Площадь каждой из пластин плоского конденсатора 200 см², а расстояние между ними 1 см. Какова энергия поля, если напряжённость поля 500 кВ/м?

Дано:                 Решение:

S = 200 см²          С = εε₀S/d, Е = U/d, W = СU²/2 => W = εε₀SЕ²d/2

d = 1 см             W = 8,85 10^-12 200 10^-4 25 10¹⁰ 0,01 / 2 = 0,22 мДж

Е = 500 кВ/м

ε₀ =8,85 10^-12 Ф/м

ε = 1

W = ?

6. Рефлексия.

Учитель: Предлагает проанализировать свою деятельность на уроке.

Учащиеся: Анализируют, записывают свои мысли на листочках, которые учитель заранее выдал им на парты. 

1. Сегодня на уроке я научился:…
2. Сегодня на уроке мне понравилось:…
3. Сегодня на уроке мне не понравилось:… 

7. Домашнее задание, выставление оценок.

Учитель: комментирует домашнее задание, записанное на доске.

Учащиеся: записывают домашнее задание: § 101, Р – 766.

Оборудование:

Для учителя: компьютер, мультимедиапроектор, конденсатор (2мкф), плоский конденсатор, конденсатор переменной ёмкости, батарея конденсаторов.

Для учащихся: 10 наборов радиоконденсаторов постоянной и переменной ёмкости (бумажные, электролитические, керамические, стеклокерамические, плёночные спиральные, слюдяные); 10 наборов для фронтального опыта (2 жестяные и 1 стеклянная пластины, линейка, штангенциркуль, сборник задач Рымкевич – таблицы №8, 15).

Литература

1.      Физика: учебник для 10 класса общеобразовательных учреждений: базовый и профильный уровни / Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, Н.Н. Сотский – М.: Просвещение, 2008. 

2.      Электронное приложение к учебнику Г.Я.Мякишева, Б.Б. Буховцева, Н.Н. Сотского «Физика.10 класс».

3.      Физика. Задачник. 10-11 кл.: Пособие для общеобразовательных учебных заведений. М.: Дрофа, 2004.