УРОК 10 Електроємність плоского конденсатора. Енергія зарядженого конденсатора

УРОК 10  Електроємність плоского конденсатора. Енергія зарядженого конденсатора

Мета:  Дидактична: дослідним шляхом встановити залежність електроємності плоского конденсатора від його геометричних параметрів та електричних властивостей середовища, яким заповнений простір між пластинами конденсатора, показати, що заряджений конденсатор має енергію;

 Розвиваюча: розвивати в учнів спостережливість та вміння встановлювати зв'язки між певними фізичними величинами чи явищами, уміння порівнювати розвивати фізико математичну мову учнів, їх зацікавленість фізикою.

   Виховна: Виховувати працелюбність, почуття колективізму.

          Тип уроку: комбінований.

Необхідне обладнання: демонстраційний плоский конденсатор із розсувними пластинами, електростатична машина, стенд «Типи конденсаторів», батарея конденсаторів, лампочка на підставці, двополюсний перемикач, джерело постійного струму.

Найлогічніше мислення не може

 дати жодних знань про світ фактів.

 Пізнання реального світу

виходить із дослідів

і закінчується ними.

А. Ейнштейн

Хід уроку

1.Організаційний момент

1)Психологічна хвилинка  «мій настрій сьогодні»

2) Психологічний прийом: «закони співпраці на уроці»:

• закон чіткості;
•  закон часу;
• закон поваги;
•  закон толерантності.

2.Перевірка знань і вмінь учнів.

. Гра  «найрозумніший»Учитель ставить запитання за вивченим матеріалом. Кожна правильна  відповідь оцінюється в

 2 бали.

1  Який зв'язок між зарядом і потенціалом провідника?

2.Яку фізичну величину називають електроємністю?

3. Як обчислюють ємність відокремленого провідника?

4. В яких одиницях вимірюють ємність?

5. Що таке конденсатор? Яка його будова?

6.Яку властивість має конденсатор?

7.Чому зовнішні тіла не впливають на ємність конденсатора?

8. Як визначають ємність конденсатора?

Перевірка виконання домашніх задач.

(Двоє учнів по черзі коментують свої розв’язки  задач)

 Інтерактивна вправа   «градієнт кмітливості» Поставте правильно напрямок від фізичної величини до математичного виразу, за яким її визначають.

F                                   q/C                                                    

U                                 Eq

E                                    Eqd  

C                                    CU

A                                         q /U

q                                 F/ q

3.Вивчення нового матеріалу.

Слово вчителя. Прийом  «Аналогії»  Пригадайте, яке означення опору резистора (провідника) подано у підручнику з фізики 8 класу? (Вчитель слухає відповіді учнів.) Правильно За цією формулою і вводять одиницю опору (1 Ом). Однак опір - властивість резистора, що залежить  від його довжини і площі поперечного перерізу та матеріалу

Щось подібне маємо і для електроємності конденсатора: С -, причому С не

залежить ні від заряду , ні від напруги. Це властивість даного конденсатора. Від яких величин залежить ємність плоского конденсатора, розглянемо на сьогоднішньому уроці. Запишіть тему уроку. (Учні записують тему уроку в зошитах.) Уважно спостерігайте за дослідами.

         Демонстрування дослідів. Прийом «Я- дослідник» деякі досліди учні демонструють самі, або повторюють після вчителя.

Дослід 1. Демонстрування залежності ємності плоского конденсатора від відстані між пластинами (за допомогою плоского конденсатора із розсувними пластинами)

Дослід 2. Демонстрування залежності ємності плоского конденсатора від площі пластин (площі взаємного перекриття, так званої корисної площі).

Дослід 3. Демонстрування залежності ємності конденсатора від роду діелектрика (між пластинами розміщують різні діелектрики).

Евристична бесіда,

1Яка, на вашу думку, залежність ємності конденсатора від відстані між

пластинами? (С, де d — відстань між: пластинами конденсатора.)

2. Який висновок можна зробити з другого досліду?

3. Запишіть цю залежність за допомогою символів. (С ~ S.)

4. Що ви спостерігали в третьому досліді? Запишіть це за допомогою сим­волів. (С ~е.)

5.Хто бажає узагальнити результати всіх трьох дослідів?

6. Який, на вашу думку, вигляд матиме формула ємності плоского конден­сатора? (С-?) (Учитель доповнює, уточнює відповіді учнів.)

Робота з підручником.

1. Розглянути мал. 4.72,4.74 і 4.75.

 (У цей час учитель складає установку для демонстрування енергії зарядженого конденсатора і виконує на дошці схему, зображену на. 4.82.) Звернути увагу на вигляд графіків.

Розповідь учителя (з елементами бесіди).

Спостерігайте за таким дослідом. Схему, за якою складено установку, ви бачите на дошці, а також у підручнику (рис. 4.82). Вимикач ставимо у положення 1. Конденсатор заряджається. Перемкнемо вимикач у положення 2. Ви бачите короткий спалах лампочки (вчитель повторює дослід ще раз). Може, хтось із вас пояснить те, що ви щойно спостерігали? (Вчитель слухає учнівські відповіді, доповнює або виправляє їх.)

Справді, робота електричного струму в лампочці свідчить про те, що заряджений конденсатор має енергію.

Яку енергію мав конденсатор? Чому вона дорівнює? (Момент проблемної ситуації.) (Вчитель слухає відповіді кількох учнів.)

Згідно із законом збереження енергії робота, виконана під час розряджання конденсатора, дорівнює роботі, виконаній при його заряджанні.

Спробуємо обчислити роботу, виконану при заряджанні конденсатора.

Процес заряджання конденсатора доволі складний (див. графік на рис. 1). Отож обчислити роботу за формулою А = qEd не можна, бо і заряд, і напруженість електричного поля змінюються з часом. Проте різниця потенціалів змінюється прямо пропорційно до заряду конденсатора (див мал. 2).

Пригадайте: у 9 класі ми вивчали щось подібне, а саме: сила пружності при деформації тіла прямо пропорційна до його видовження (див. рис. 3).

Роботу сили пружності ми визначали так: A = — F_l x₁, тобто робота чисельно дорівнює площі, заштрихованій на малюнку (див. рис. 3). Ця робота дорівнює kx²/2  потенціальній енергії пружини: W = kx²/2  Скористаємося цією аналогією, точніше подібністю. Таким чином, маємо: А = W =  kx²/2   Оскільки  q =C U  : W = C U²  /2  Якщо врахувати це, то потенціальну енергію зарядженого

конденсатора можна виразити такою формулою: W = q² / 2С

 4.Закріплення вивченого.

1. Розв'язати задачу. Робота в парах( Спочатку кожен розв’язує, потім взаємоперевірка )Задача № 750 (Римкевич) ; 2.вікторина «чомучка?» Прийом «опитування – естафета» (вікторина додається)

5.Підведення підсумків уроку

Чи дотримувались правил співпраці на уроці? Вправа «мікрофон»  Учні висловлюють свою думку про урок. Вправа «привітаємо друзів» Вітаємо кращих учнів з хорошими результатами.                                                                                     

.6. Домашнє завдання.

Обов’язкове: вивчити §§ 50,52, розв'язати задачі № 1 із впр. 14 і № 2 із впр. 16 (вивчити §§53 (II ч.), 54,55,

Додаткове: розв'язати задачі № 1 із впр. 18і№ 1 із впр. 19,с. 170,175).

Підготувати свою шпаргалку по вивченій темі (опорний конспект).

Вікторина «чомучка»

• Чому електроємність не є характеристикою електростатичного поля?
  • Тому що електроємність характеризує провідник, його здатність нагромаджувати заряди.
• Чому напруга (U) між двома провідниками пропорційна електричним зарядам, що містяться на провідниках?
  • Якщо заряди збільшити, наприклад, удвічі, то напруженість електричного поля також збільшиться вдвічі, отже, вдвічі збільшиться і робота поля з переміщення заряду, тобто вдвічі збільшиться і напруга.
• Чому формула електроємності не має фізичного змісту, а лише   
  • математичний?
• Тому що електроємність провідника не залежить ні від заряду, який він містить, ні від напруги. Вона залежить від геометричних розмірів провідника, його форми й електричних властивостей навколишнього середовища
• Чому один фарад – це дуже велика ємність?
  • Тому що 1 фарад – це ємність таких двох провідників, між якими виникне різниця потенціалів 1 вольт, якщо надати їм заряди ( +1 Кл і -1 Кл), а заряд 1 Кл дуже великий.
• Чому система провідників, розділених діелектриком, яка здатна нагромаджувати заряди, дістали назву конденсатор.
  • Тому що слово «конденсатор» у перекладі з грецької означає згущувач, у даному разі – згущувач електричного заряду.
• Чому майже все електричне поле зосереджене всередині конденсатора між його обкладками?
  • Тому що заряди його обкладок однакові за модулем і протилежні за знаком, силові лінії електричного поля починаються (прийнято умовно) на позитивно зарядженій обкладці і закінчуються на негативно зарядженій.
• Чому електроємність плоского конденсатора практично не залежить від наявності поблизу нього інших тіл?
  • Тому що електричні поля навколишніх тіл майже не проникають усередину конденсатора і не впливають на різницю потенціалів між його обкладками
• Чому ємність плоского конденсатора майже повністю залежить від площі його платин і відстані між ними?
  • Тому що ці величини визначають розміри плоского конденсатора, а ми знаємо, що ємність залежить від розмірів провідника.
• Чому можна стверджувати, що конденсатор не лише нагромаджувач зарядів, а нагромаджувач енергії?
  • Тому що навколо кожного заряду існує електричне поле, отже, нагромаджуючи заряди, конденсатор нагромаджує енергію електричного поля.
• Чому заряджені конденсатори не можуть бути джерелами енергії, як акумулятори?
  • Тому що енергія, нагромаджена конденсатором, зазвичай не дуже велика (не більше сотень джоулів), до того ж вона не зберігається довго через неминучий витік заряду.

 Чому працює лампа-спалах?Тому що вона живиться електричним струмом розряду конденсатора, який може всю нагромаджену від батареї енергію миттєво віддати лампа