УРОК 9 Електроємність. Конденсатор

УРОК 9  Електроємність. Конденсатор

Мета: ввести поняття електричної ємності відокремленого провідника й одиниць її вимірювання, означити електроємність конденсатора, продовжити формування в учнів наукового світогляду.

Розвивати увагу, пам’ять, логічне мислення, уміння аналізувати, розвивати в учнів спостережливість, вміння встановлювати причинні зв'язки між явищами.

 Виховувати активність, самостійність, толерантність, наполегливість у досяганні мети;доброзичливість, почуття співпереживання під час виконання  завдань, формувати навички колективної та індивідуальної праці; виховувати творчу працелюбну особистість.

Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу.

Метод: пояснювально-ілюстративний, дослідницький.

Необхідне обладнання: електростатична машина, порожнисті металеві кулі різного розміру, пробна кулька, конденсатор з розсувними пластинами, стенд «Типи конденсаторів», лейденська банка.

Фізика переводить техніку з галузі

 випадкових  знахідок на раціональну,

 усвідомлену і кількісну дорогу.

 С .І. Вавілов  

Хід уроку

1. Етап орієнтації та цілепокладання. Формування настрою на роботу. Організація роботи групи: сьогодні у вас хороший настрій, то ж давайте збережемо його на фотографії. (фотографування).А чи знаєте, що основна деталь лампи – спалаху   – це конденсатор. Сьогодні познайомимось з його  роботою. Без конденсатора не працює і ваш телефон.. Що ви знаєте, чули  про конденсатори?(опора на життєвий досвід) Основна характеристика конденсатора – електроємність.

2.Актуалізація знань.

1.Прийом «гонка за лідером» :троє учнів виконують завдання на дошці.)

Картка № 1. Яку роботу виконує однорідне електричне поле напруженістю 40 Н/Кл  при переміщенні тіла із зарядом 5 нКл на 80 см  у напрямі, що утворює кут 60° з напрямом ліній напруженості електричного поля?    

 Картка № 2. Обчисліть потенціал поля точкового заряду 4 нКл у точці, віддаленій від нього на 50 см..

 Картка № 3. Яку різницю потенціалів подолав заряд 6 мкКл, якщо робота з його переміщення становить 36 мДж?

2.Прийом інтелектуальна розминка .

1.Поняття потенціалу відокремленого провідника й одиниць його вимірювання.

2.Які поверхні називають еквіпотенціальними?

3. Як вони будуються для різних заряджених тіл?

4.Охарактеризуйте фізичну величину - різницю потенціалів. (У цей час учитель перевіряє виконання  задач. Перевірка виконаних завдань на дошці)

3. Вивчення нового матеріалу.

1. Слово вчителя.

Будь-яка точка електростатичного поля характеризується такими двома фізичними величинами, як: напруженість - силова характеристика; потенціал -енергетична характеристика. Сьогодні ознайомимося з дуже цікавою фізичною величиною, яку називають електроємністю.

 Оголошення теми і мети уроку.

Що характеризує електроємність ? Чого вона стосується: електричного поля чи чогось іншого? (Момент проблемної ситуації.)

Уважно спостерігайте за проведенням дослідів, описаних у підручнику.

2. Демонстрування дослідів.

Дослід 1. Демонстрування залежності потенціалу тіла від заряду на ньому (для малої кулі)(за мал. 4.61, с 148).

Дослід 2. Демонстрування залежності потенціалу тіла від заряду на ньому (для кулі більшого радіуса) (за мал. 4.62, с 148).

3.Сократівська бесіда з учнями (з елементами евристичної бесіди).

• 1.Як, на вашу думку, потенціал кулі залежить від величини заряду на ній (за спостереженнями першого досліду)?
• 2.Чи можна стверджувати, що і в другому досліді потенціал кулі (більшого радіуса) прямо пропорційний до величини заряду?
• Яким буде відношення заряду до потенціалу в першому досліді, а яким -у другому? (В обох випадках сталим.) 
• 4.Чи залежить відношення заряду, що є на кулі, до потенціалу кулі від величини заряду в першому випадку? А в другому випадку?
• 5.Чи може таке відношення служити характеристикою тіла (кулі)?

      4. Розповідь учителя (з елементами бесіди). Як бачимо, відношення заряду до потенціалу залишається сталим і не залежить від величини заряду – q. Позначимо відношення    q /φ   літерою С і назвемо ємністю, або електроємність цього провідника (кулі): С = q /φ     С -- 1 Ф (фарад). Отже, фізичну величину, що описує електричні властивості провідника і чисельно дорівнює відношенню його заряду до потенціалу, називають ємністю.

(Історична довідка: У 17 – 18 ст. електрику уявляли як деяку рідину, невагому й електричну, яка могла  «вливатись» і «виливатись»  у провідник. Звідси зрозуміле виникнення терміну «ємність» провідника.)

Як бачимо, ємність кулі меншого радіуса дорівнює С_{, а більшого - С₂, причому С₂>С_Ґ .Одиниця ємності 1 Ф дуже велика. Це ємність кулі радіусом 9  10⁹ м.  Які одиниці кратні 1 Ф? (1 мкФ = Кґ⁶ Ф; 1 пФ = 1(ґ¹² Ф.)

4.Демонстрування дослідів (з обговоренням експериментів).

Дослід 3. Демонстрування впливу сторонніх тіл на ємність кулі .

Проблема: Якщо заряджену кулю охопити руками, долонями, не торкаючись її - електрометр покаже зменшення потенціалу. (Ємність зростає при незмінному потенціалі)

5.Бесіда за запитаннями.

1. Чи змінюється заряд на кулі, якщо до неї наближати заземлену пластину, долоні рук або щось інше?

2 Якщо заряд не змінюється, то про що свідчить зменшення потенціалу при наближенні до кулі сторонніх предметів? (Збільшення ємності кулі.)

3. Як, на вашу думку, можна було б уникнути такого впливу ззовні на ємність провідника?(Вислухати думки кількох учнів, уточнити відповіді.)

Висновок: ємність  можна збільшити наблизивши інший провідник.

Дослід 4. Принцип роботи конденсатора.

Проблема: як накопичити більший заряд?  Як зберегти заряд?

Висновок:. Конденсатор накопичує більший заряд, ніж кожна з його пластин, бо різні заряди втримують один одного! Щоб на ємність не впливали інші тіла, провідникам надають форми, за якої поле зосереджене між обкладками конденсатора, у вузькому зазорі . 

 ( Історична довідка:1.Слово конденсатор походить від латинського слова що означає згущення. Цим словом  підкреслюють, що прилад дозволяє зібрати та зберігати електричні заряди і зв’язане з ними електричне поле.

2. Найперший конденсатор – лейденська банка- створена в 18 ст. –це наповнена ртуттю склянка із станіольовою пластиною ззовні. Давала великий заряд.  В. Рентген проводив досліди, використовуючи лейденську банку.

 3. Найбільший  природний конденсатор-хмара –Земля. Його розряд – блискавка. Людина, що загинула від експериментів таким конденсатором – товариш М.В.Ломоносова  Ріхман.)

       6.Робота з підручником .(Прийом «Дізнаюсь –розповім»)

1. Прочитати § 49 від слів «Отже, визначаючи ємність...», с 152 до слів «Перший конденсатор був створений...», с. 153 (§ 53 від початку до слів «Досліди показують...» із. 167, Гончаренко).

2. Дати відповіді на такі запитання:

а) що таке конденсатор?

б) чому електричне поле зосереджене між пластинами конденсатора?

в) чому електричне поле поза пластинами конденсатора фактично дорівнює нулю?

г) як визначають електроємність конденсатора?

Дослід 5.Залежність ємності від  розмірів конденсатора.

Проблема: Чи залежить  ємність від розмірів провідників? Висновок: у плоскому конденсаторі поле зосереджене між обкладинками, то ємність не залежить ні від вибору нульового рівня потенціалу, ні від оточуючих тіл. Поза  конденсатором поля компенсують одне одного.

Дослід:6. Залежність ємності від діелектрика конденсатора. Робота з табличками «Діелектрична проникненістю провідника»

Дослід 7. Пробій діелектрика .

( Історична довідка: Зменшуючи товщину діелектрика, відстань між пластинами, можна одержати конденсатор великої ємності. Але до безкінечності зменшувати товщину не можна, бо зростає напруженість Е , а досягнувши певного значення відбувається пробій діелектрика. Тому на конденсаторі вказують обов’язково напругу. У випадку грози пробій повітря настає при Е=300000 В/ см.)

Закріплення вивченого на уроці.

Робота в групах . Визначити максимально можливий заряд конденсаторів по даним на конденсаторах.(конденсатори на столах )  (Учитель демонструє різні типи конденсаторів, не вдаючись до коментарів.)

           Складання опорного конспекту

   q=C U              U= q / C            C= q / U        

C---Ф (фарад)    Ф= Кл / В

Розв’язання задачі   методом  «ланцюжок »

Тіло людини має ємність 30 пФ. Який заряд накопичує людина, коли різниця потенціалів між її головою та ногами 20000 В?

С=30пФ= 3 10 ^-9 Ф         q=C U     q=3 10 ^-10 2 10 ⁴ = 6 10 ^-4 Кл.

U=20000 В =2 10 ⁴  В   

   q -?

Прийом «швидка допомога» учні розв’язують задачі, користуючись опорними конспектами

Задачі: 1.Ємність перукарки 25пФ, а при роботі з феном проходить різниця потенціалів220В. Який заряд передається тілу.

Задача 2. При лікуванні хворого електростатичним душем за 10 хв. Проходить заряд 1,6 10 ^-2 Кл. Ємність хворого вважати 10пФ, знайти різницю потенціалів між головою та ногами хворого.

Задача 3. Розглядаючи жирову оболонку нерва, як плоский конденсатор із площиною обкладок см² , товщиною 2 мкм ,діелектричною проникненістю 49, визначити його ємність.

Підведення підсумків уроку

 Прийом «бліц - інтерв’ю»   Учні по черзі роблять висновки: чого ви навчились на уроці?  Що саме найбільше запам’яталось ? чи сподобався сьогоднішній урок? Що пригодиться у вашому житті?

Домашнє завдання.

Обов’язкове :Вивчити §§ 48,49, розв'язати задачі № 2 із впр. 12 і № 2 із   впр. 13 (вивчити §§ 52, 53 на с 166-168

Додаткове: розв'язати задачі №№ 125,127, с 297 - 298, ) Підготувати інформацію по темі :застосування конденсаторів.