Методическая разработка заняия по теме "Электрическая емкость. Конденсаторы"
методическая разработка по физике (10 класс)

Михалёва Марина Владимировна

Материал содержит сценарий, методическую разработку занятия, презентацию к занятию. Подробно раскрыто понятие "Электрическая емкость", "Электрический конденсатор", "Батарея конденсаторов", приведены примеры решения задач. Материал может использован на занятиях по физике, электротехнике.

Скачать:


Предварительный просмотр:

Министерство образования Красноярского края

краевое государственное бюджетное

профессиональное образовательное учреждение

«Назаровский энергостроительный техникум»

МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА

ОТКРЫТОГО УЧЕБНОГО ЗАНЯТИЯ

по теме «Электрическая емкость. Конденсаторы»

по учебной дисциплине

«Электротехника и электроника»

для студентов II курса специальности 13.02.11 «Техническая эксплуатация электрического и электромеханического оборудования (по отраслям)»

Разработчик:

Михалёва М.В.,

преподаватель электротехники

Рассмотрено на заседании ПЦК ____________

Протокол № ___ от «__» ___________ 2017 г.

Председатель ПЦК         

Назарово, 2017 г.

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность данной разработки: Тема занятия «Электрическая емкость. Конденсаторы» выбрана мной потому, что в современном мире ни одно электротехническое устройство или бытовой прибор не обходятся без конденсаторов. Студентам важно уяснить принцип работы, физические явления, лежащие в основе действия конденсатора, понимать зависимости электростатических величин от различных параметров, свойства конденсаторов, т.к. это поможет им в будущей профессиональной деятельности.

Цель разработки: особенности использования элементов современных педагогических технологий на занятиях по электротехнике.

Задачи:

  • научить решать аналитические задачи, используя полученные данные и зависимости,
  • формировать познавательный интерес к электротехнике;
  • развивать умение сравнивать, выявлять закономерности, обобщать, логически мыслить;
  • научить применять полученные знания в нестандартных ситуациях для решения графических и аналитических задач,
  • раскрыть взаимосвязь между изученным теоретическим материалом и явлениями в жизни,
  • развивать творческий подход к решению задач по электротехнике.

Основная идея педагогической деятельности: электростатика – очень сложный для понимания студентами раздел электротехники, т.к. необходимо обладать воображением и владеть пространственным мышлением, в некоторой степени. Поэтому темы этого раздела мне особенно интересны, т.к. требуют творческого подхода, приложения больших усилий. Мной использованы  личностно-ориентированные технологии обучения, создающие условия для обеспечения собственной учебной деятельности обучающихся, учёта и развития индивидуальных особенностей обучающихся. Также я использовала метод проблемного обучения, исследовательский, словесный, наглядный, практический, интерактивный; индивидуальную работу студентов, решение задач, решение творческих  заданий.

Новизна методической разработки инновационного опыта педагога – я использовала:

- метод проблемного обучения после введения понятия «электрическая емкость» уединенного проводника и выявления зависимости емкости от различных параметров, студентам была предложена проблема: как сохранить электрический заряд на проводнике в достаточном количестве и надолго? Студенты при совместном обсуждении проблемы приходят к выводу, что уединенный проводник для этой цели не очень подходит, и поэтому будет лучше использовать два находящихся рядом проводника – так студенты понимают суть конденсатора как устройства, способного накапливать достаточный электрический заряд;

- метод мозгового штурма при определении электрического поля конденсатора студентам было предложено на основании имеющихся знаний изобразить распределение электрического поля между двумя параллельными проводящими пластинами и за их пределами. Обсуждая задачу в группе, студенты приходят к выводу, что между пластинами электрическое поле удваивается, а за пределами  разноименно заряженных пластин их электрические поля компенсируют друг друга полностью. Поле оказывается сосредоточенным только между обкладками конденсатора – так исключается влияние окружающих тел.


ПЛАН УЧЕБНОГО ЗАНЯТИЯ

Наименование УД/МДК: электротехника и электроника.

Преподаватель: Михалёва Марина Владимировна.

Аудитория:  группа Эм-15, II курс.

Место проведения: аудитория 1.1.4.

Тема занятия:  Электрическая емкость. Конденсаторы.

Тип  занятия: занятие с элементами беседы.

Вид занятия: комбинированное занятие.

Методы обучения: метод проблемного обучения, исследовательский, словесный, наглядный, практический, интерактивный.

Формы обучения: индивидуальная работа студентов, решение задач, решение творческих  заданий.

Средства обучения: электронная презентация, мультимедийный проектор, компьютер, интерактивная доска.

Используемые педагогические технологии: личностно-ориентированные технологии обучения, создающие условия для обеспечения собственной учебной деятельности обучающихся, учёта и развития индивидуальных особенностей обучающихся.

Раздаточный материал:  индивидуальные карточки с вопросами.

Междисциплинарные связи:

  • обеспечивающие: учебные дисциплины "Физика", "Математика", "История".
  • обеспечиваемые: междисциплинарные курсы МДК.01.01. "Электрические машины и аппараты", МДК.01.02. "Основы технической эксплуатации и обслуживания электрического и электромеханического оборудования", МДК.01.03. "Электрическое и электромеханическое оборудование", МДК.01.04. "Техническое регулирование и контроль качества электрического и электромеханического оборудования", МДК.02.01. "Типовые технологические процессы обслуживания бытовых машин и приборов".

Продолжительность занятия: 90 мин.

Цель занятия: изучить, систематизировать и закрепить полученные знания об электрической емкости и конденсаторах (их значение в природе и технике, исследовать закономерности).

Задачи занятия:

  • познавательные: ввести понятия «электрическая емкость» и «конденсатор», получить формулы для расчета электрической емкости проводника, системы проводников, плоского конденсатора и энергии электрического поля конденсатора, определить зависимости между параметрами в них;
  • развивающие: закрепить расчетные формулы емкости  и энергии заряженного конденсатора и их применение при решении задач;
  • воспитательные: воспитывать самостоятельность, трудолюбие, точность  и четкость при ответе, сознательное отношение к процессу обучения.

Учебное занятие способствует формированию следующих компетенций:

ОК 1. Понимать сущность и социальную значимость своей будущей профессии, проявлять к ней устойчивый интерес.

ОК 2. Организовывать собственную деятельность, выбирать типовые методы и способы выполнения профессиональных задач, оценивать их эффективность и качество.

ОК 3. Принимать решения в стандартных и нестандартных ситуациях и нести за них ответственность.

ОК 4. Осуществлять поиск и использование информации, необходимой для эффективного выполнения профессиональных задач, профессионального и личностного развития.

ОК 6. Работать в коллективе и  команде, эффективно общаться с коллегами, руководством, потребителями.

ОК 7. Брать на себя ответственность за работу членов команды (подчиненных),  результат выполнения заданий.

ПК 3.2. Организовывать работу коллектива исполнителей.

ПК 3.3. Анализировать результаты деятельности коллектива исполнителей.

В результате освоения знаний обучающийся должен уметь:

- подбирать электрические конденсаторы с определенными параметрами и характеристиками;

- правильно эксплуатировать электрические конденсаторы;

- рассчитывать параметры электрических цепей с конденсаторами;

В результате освоения знаний обучающийся должен знать:

  • классификацию конденсаторов, их устройство и область применения;
  • основы физических процессов в проводниках и диэлектриках;
  • параметры электрических схем и единицы их измерения;
  • принципы выбора электрических конденсаторов;
  • принцип действия, устройство, основные характеристики конденсаторов;
  • свойства проводников и диэлектриков;
  • характеристики и параметры электрического поля.

Информационное обеспечение (перечень источников и литературы):

Основные источники:

  1. Евдокимов Ф.Е. "Теоретические основы электротехники", М.-Академия, 2004.
  2. Петленко Б.И. Электротехника и Электроника. – М.: Издательский центр «Академия», 2007. – 319 с.
  3. Полещук В.И. Задачник по электротехнике и электронике.- М.: Издательский центр «Академия», 2009. -222с.

Интернет-ресурсы:

  1. http://www.experiment.edu.ru–Российский общеобразовательный портал.
  2. http://electricalschool.info – образовательный сайт по электротехнике - Школа для электрика.

ХОД ЗАНЯТИЯ

Этап занятия

Время, мин

Действия преподавателя

Действия студентов

Примечание

Организационный момент

3мин

Приветствие, перекличка, эмоциональный настрой, сообщение темы занятия

Повторение пройденного материала

8 мин

Для повторения опорных знаний группа разделена на 4 команды, каждая команда получает задание (Приложение №1), затем команды обмениваются выполненными заданиями для проверки правильности.

Письменно отвечают на карточки-задания, затем проверяют выполненные задания другой команды, оценивают ответы.  За каждый правильный ответ ставится 1 балл и выставляется общая оценка

Практический метод

Постановка целей и задач занятия

3 мин

Сообщение темы занятия. Акцентирование внимания студентов на важности понятия  «электрическая емкость» и главном свойстве конденсаторов - накоплении электрического заряда и энергии электрического поля.

Формулирование целей занятия: изучить, систематизировать и закрепить полученные знания об электрической емкости и конденсаторах (их значение в природе и технике, исследовать закономерности).

Записывают в тетрадях число и тему занятия, слушают цели занятия.

Словесный метод

Введение понятие электрической емкости

10 мин

На примере зарядки электроскопа продемонстрировать увеличение потенциала уединенного проводника при сообщении ему электрического заряда:

Q = C·φ

Ввести понятие электрической емкости как величины, связывающей заряд проводника и потенциал на его поверхности.

Электроемкость –  скалярная физическая величина, численно равная отношению заряда, сообщенного проводнику,  к потенциалу, который этот заряд создает на поверхности проводника.

C = 

[С] = 1 Ф (фарада)

Электрическая ёмкость характеризует способность проводника накапливать электрические заряды.

Предложить студентам вспомнить, от каких параметров зависит емкость уединенного проводника.

Студент у доски демонстрирует зарядку проводника, все остальные на основе наблюдаемого опыта делают вывод, что чем больше сообщаемый заряд, тем больше потенциал, который этот заряд создает на проводнике.

Записывают понятие емкости, формулу и единицы измерения.

На основе знаний, полученных на занятиях по физике и предыдущих занятиях, совместно с преподавателем определяют зависимость  емкости проводника от различных величин (формы проводника, его размеров, среды), записывают в тетрадях. 

Словесный, наглядный и практический методы

Метод мозгового штурма,  репродуктивный метод

Закрепление новых знаний

5 мин

Каждой команде предлагается решить задачу на закрепление формулы емкости проводника (Приложение №2 Слайд №6).

Решают командой задачу, ответы предоставляют на проверку.

Практический метод

Постановка проблемы

3 мин

На основе имеющихся знаний студентам предлагается выяснить важные для практики вопросы:

  • при каком условии можно накопить на проводнике большой электрический заряд?

Обсуждают проблему, приходят к выводу, что на уединенном проводнике невозможно накопить большой заряд и надолго его сохранить из-за взаимодействия с окружающей средой.

Метод проблемного обучения и эвристический метод

3 мин

  • влияет ли на распределение зарядов в проводнике наличие рядом другого проводника?

Обсуждают проблему, приходят к выводу, что емкость проводника в окружении других тел возрастает в результате поляризации (диэлектрик) или электростатической индукции (проводник). Решение проблемы сохранения и накопления электрического заряда - применение системы из двух рядом расположенных проводников с одинаковым по модулю зарядом.

Введение понятия электрической емкости системы проводников

5 мин

После решения проблемы ввести понятие емкости системы проводников:

Электрическая емкость системы из двух проводников определяется как отношение заряда одного из них к разности потенциалов между ними:

http://www.webpoliteh.ru/images/em/image156.png

Записывают понятие емкости системы проводников, формулу.

Объяснительно-иллюстративный метод

Введение понятия электрического конденсатора

7 мин

Ввести понятие:

Конденсатор – это система из двух разноименно заряженных проводников (обкладок), разделенных слоем диэлектрика.

Электроемкость конденсатора равна отношению заряда одной из пластин Q к напряжению между ними U:

C =

Объяснить назначение конденсатора:  для накопления и сохранения  заряда и энергии электрического поля.

Указать зависимость емкости конденсатора:

  •  от размеров обкладок,
  •  от формы обкладок,
  •  от расположения обкладок,
  • от диэлектрической проницаемости диэлектрика.

Обсуждение совместно со студентами назначения конденсаторов.

Привести примеры естественных природных конденсаторов (Приложение №2 Слайд №13).

Записывают понятие конденсатора, формулу для расчета емкости, совместно с преподавателем выясняют зависимость емкости конденсатора от различных параметров

На основе полученных знаний студенты

выясняют применение конденсаторов в различных устройствах

Словесный и наглядный методы

Исследователь-ский метод

Задание для команд

5 мин

Предложить командам задание для коллективного обсуждения и решения на основе имеющихся знаний об электрических полях: изобразить электрическое поле между двумя параллельными заряженными пластинами и вне их.

Акцентировать внимание студентов, что на емкость конденсатора не должны оказывать влияния окружающие тела, поэтому проводникам придают такую форму, чтобы поле, создаваемое накапливаемыми зарядами, было сосредоточено в узком зазоре между обкладками конденсатора. Этому условию удовлетворяют:

1) две плоские пластины;

2) два коаксиальных цилиндра;

3) две концентрические сферы.

Обсуждают в командах распределение электрического поля между пластинами и вне их, изображают в тетрадях. Один студент выходит к доске и демонстрирует результат:

Вне пластин векторы Е+ и Е- направлены в разные стороны, и поэтому E = 0. Внутри конденсатора векторы Е+ и Е- сонаправлены; поэтому модуль напряженности суммарного поля равен63166759380426-7

Вывод: поле сосредоточено внутри пластин.

Метод мозгового штурма и исследователь-ский метод

Классификация конденсаторов

3 мин

На основе полученного результата объяснить классификацию конденсаторов по форме обкладок: плоские, сферические, цилиндрические.

Записать формулу для вычисления емкости плоского конденсатора.

Классифицировать конденсаторы по типу диэлектрика: воздушные, бумажные, слюдяные, электролитические.

Записывают классификацию конденсаторов и  формулу для вычисления емкости плоского конденсатора.

Объяснительно-иллюстративный и исследовател-ский методы

Зарядка конденсатора

3 мин

Зарядка конденсатора - сообщение ему заряда. Под зарядом конденсатора понимают абсолютное значение заряда одной из его обкладок.

 Объяснить способы зарядки конденсатора:

1. Чтобы зарядить конденсатор, достаточно сообщить заряд одной из его обкладок, а другую заземлить: при этом на другой обкладке появится заряд, равный по величине и противоположный по знаку заряду первой обкладки из-за явления электростатической индукции.

2. Эффективнее зарядка конденсатора происходит при подключении его обкладок к разноименным клеммам источника постоянного тока.

Акцентировать внимание студентов на двух особенностях:

1.Конденсатор заряжается до некоторого значения U = Uс.. После отключения от источника заряд на обкладках Q=const.

2. Если конденсатор остается подключенным к источнику, то Uс=const.

Обсуждают совместно с преподавателем способы и особенности зарядки конденсатора.

Объяснительно-иллюстративный и исследователь-ский методы

Определение основных  зависимостей емкости плоского конденсатора

5 мин

Предложить студентам исследовать с помощью заряженного электроскопа изменение емкости плоского конденсатора от:

- изменения расстояния между обкладками;

- изменения диэлектрической проницаемости диэлектрика.

Студент у доски демонстрирует изменение емкости заряженного плоского  конденсатора от изменения расстояния между обкладками. Остальные записывают вывод: при увеличении расстояния емкость уменьшается, напряжение – увеличивается.

Студент у доски демонстрирует изменение емкости заряженного плоского  конденсатора при изменении  диэлектрической проницаемости диэлектрика.

Остальные записывают вывод: при увеличении ε емкость увеличивается, напряжение – уменьшается.

Практический и эвристический методы

Физкультминутка

3 мин

Сядьте прямо, руки отведите за спину и сомкните. Представьте, что вы едете в автобусе. Вдруг автобус резко тормозит, что с вами произойдет? А теперь разгоняемся, резко поворачиваем влево, едем прямо, опять поворот направо, стоп. Приехали.

Выполняют упражнения

Вывод формулы  энергии заряженного конденсатора

5 мин

Объяснить понятие энергии заряженного конденсатора - энергия заряженного конденсатора равна работе внешних сил, которую необходимо затратить, чтобы зарядить конденсатор. Источник напряжения, поставляя заряды на обкладки конденсатора, производит работу:

A = F·d = Eq·d = Wp

Для одной обкладки:  Wp= =

Вывести формулы для расчета энергии заряженного конденсатора, используя известные студентам соотношения:

http://festival.1september.ru/articles/657727/img11.gif

Записывают понятия энергии и расчетные формулы.

Словесный метод

Закрепление изученного материала

5 мин

Каждой команде предлагается карточка-задание (Приложение №3) на закрепление изученного материала.

Выполняют групповые задания, затем представители от каждой команды у доски показывают полученные результаты.

Обсуждают правильность выполнения заданий.

Практический метод

Изучение соединений конденсаторов

5 мин

Во многих случаях для получения нужной емкости конденсаторы соединяют в группу, которая называется батареей. Различают два основных типа соединения: последовательное и параллельное. Для систематизации знаний, предложить заполнить таблицу по прослушанному материалу:

 

Последовательное

Параллельное

схема

Электричес-кий заряд

q = q1 = q2 = q3 

q = q1 + q2 + q3 

Напряжение

U = U1 + U2 + U3

U = U1= U2= U3

Эквивалент-ная емкость

 =  +  +

С = С1 + С2 + С3

 

- При параллельном соединении конденсаторов соединяются их одноименно заряженные обкладки. Можно заменить группу конденсаторов одним с эквивалентной емкостью, равной сумме  электроемкостей (увеличивается площадь обкладок – растет общая емкость). Такое соединение применяется для увеличения емкости батареи.

- При последовательном соединении конденсаторов соединяют их разноименно заряженные обкладки. Группа заменяется конденсатором с эквивалентной емкостью, равной

сумме обратных величин емкостей. Последовательное соединение конденсаторов применяется тогда, когда во избежание пробоя большую разность потенциалов требуется распределить между несколькими конденсаторами.

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

Слушают объяснение нового материала и заполняют таблицу «Соединение конденсаторов» по ходу лекции.

Объяснительно-иллюстративный метод

Методика расчета эквивалентной емкости при смешанном соединении конденсаторов

4 мин

Объяснить методику расчета эквивалентной емкости при смешанном соединении конденсаторов (метод свертывания).

Алгоритм расчета:

- найти участки с простым соединением конденсаторов;

- по соответствующим формулам, вычислить эквивалентные емкости этих участков;

- перечертить схему, заменив соединения конденсаторов их эквивалентными емкостями;

- повторить алгоритм с начала, пока не останется цепь с одним эквивалентным конденсатором.

Привести пример: дан участок цепи со смешанным соединением конденсаторов:

  1. Определяют эквивалентную емкость участка с параллельным соединением конденсаторов:

  1. Рассчитывают эквивалентную емкость двух последовательно соединенных конденсаторов с емкостями С1 и С2-3:

Записывают алгоритм и методику решения задач на смешанное соединение конденсаторов

Объяснительно-иллюстративный метод

Домашнее задание

3 мин

Приготовить  сообщение (презентацию) по одной из предложенных тем:

  •  виды конденсаторов;
  •  применение конденсаторов;
  •  конденсаторы в электромеханическом оборудовании.

Решить задачу: При сообщении конденсатору заряда 5·10-6 Кл его энергия оказалась равной 0,01 Дж. Определить напряжение на обкладках конденсатора.

Записывают домашнее задание

Рефлексия

2 мин

Подведение итогов, выставление оценок:

Сегодня мы с вами хорошо поработали. Результаты следующие (выставить и прокомментировать оценки).

А еще продолжите, пожалуйста,  предложения:

1. На сегодняшнем занятии я понял (узнал, разобрался)…(назвать, что именно)

2. Сегодня я бы похвалил себя за …(назвать, за что именно)

3. В моей будущей профессиональной деятельности мне пригодится … (назвать, что именно).

Обсуждение занятия, обмен мнениями

Итого

90 мин

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Главный этап занятия заключается в уяснении понятия электрической емкости, как физической величины, определении ее зависимости от различных параметров, а  также понимании отличия емкости уединенного проводника от емкости системы двух проводников. В ходе занятия обсуждаются основные моменты,  на которые студентам обязательно следует обратить внимание. Для более глубокого понимания, демонстрировались опыты, где была показана зависимость электрической емкости плоского конденсатора от изменения расстояния между обкладками и влияния диэлектрика.

Перед каждым этапом озвучивается проблема, которую необходимо разрешить в ходе обсуждения и ответить на вопрос аргументированно. Такой метод позволяет погрузить студентов в проблему, разобраться в ней. По ходу объяснения учебного материала неоднократно заостряется внимание студентов на использовании новых понятий, определений или физических явления в природе, технике и будущей профессиональной деятельности. И домашнее задание подобрано так, что необходимо найти применение новых знаний именно в технике.

Изложение материала позволило студентам в полной мере участвовать в изучении нового учебного материала, используя известные знания из предыдущих занятий. Были предложены творческие задания, проблемные задачи. Задача педагога в данном случае: делать не интересное интересным, а банальное неординарным. И каждое занятие тогда строится не по типу монолога, а представляет собой именно диалог, причем творческий.

На занятии был использован мультимедийный проектор и интерактивная доска, на которой демонстрировались электронная презентация занятия. Также для демонстрации применялся электроскоп. Студенты самостоятельно и у доски решали задания по командам. После каждого этапа, студентам задавались контрольные вопросы, показывающие степень усвоения материала, решались задачи.

Вначале студенты чувствовали себя немного скованно (видимо, из-за съемки) и несколько дольше запланированного шло повторение опорных знаний. Но эта заминка себя оправдала тем, что повторенный материал очень помог студентам в обсуждении новых знаний. В целом, запланированная работа была выполнена, уровень усвоения материала был достаточным, что показал опрос в конце занятия при подведении итогов.

В заключение хочу сказать, что применение элементов современных педагогических разработок позволяет повысить мотивацию студентов к процессу обучения, раскрыть творческий потенциал студентов. Выполнение командных заданий развивает интерес к предмету, т.к. присутствует соревновательный элемент, здоровая конкуренция. Также формируются необходимые практические навыки для решения аналитических и творческих задач. А цель всего обучения и воспитания – творческая уникальность личности и одновременно ее сопричастность ко всему окружающему. Лучшим учителем, как известно, является собственный жизненный опыт. То, что нам удается добыть самим своей головой и собственными руками, всегда дает конкретный результат и плюс еще индивидуальное развитие.

Данную методическую разработку можно использовать в практике работы других педагогов при изучении этой темы на занятиях по электротехнике и физике.



Предварительный просмотр:

Тема: Электрическая емкость. Конденсаторы.

Ход учебного занятия:

1. Организационный момент

Здравствуйте, садитесь! Давайте проверим присутствующих. Староста, пожалуйста.

Тема сегодняшнего занятия: «Электрическая емкость. Конденсаторы». Запишите в тетрадях число и тему занятия. Сегодня нам необходимо изучить  одно из  важных понятий  в электротехнике  – электрическая емкость. А также познакомиться с техническим устройством, главной ценностью которого является накопление электрического заряда и энергии электрического поля.

Цель занятия: изучить, систематизировать и закрепить полученные знания об электрической емкости и конденсаторах (их значение в природе и технике, исследовать закономерности).

2. Фронтальный опрос

Для повторения пройденного материала, предлагаю вам разделиться на группы по 5 человек. Каждая группа получит задание, а потом вы проверите друг друга.

Групповые карточки-задания:

Карточка №1: продолжите предложения, чтобы получились верные утверждения:

  1. Передача телу электрического заряда называется …(электризация)
  2. Вещество, не имеющее свободных носителей заряда, называется …(диэлектрик)
  3. Физическая величина, определяющая способность частиц или тел вступать в электромагнитные силовые взаимодействия, – это …(электрический заряд)
  4. Явление перераспределения электрических зарядов в проводнике во внешнем электрическом поле – это …(электростатическая индукция)
  5. Поверхности, в каждой точке которых потенциал электрического поля, имеет одно и то же значение, называются ….(эквипотенциальными)

Карточка №2: продолжите предложения, чтобы получились верные утверждения:

  1. Наэлектризовать тело можно следующими способами: …(трением, соприкосновением, через влияние)
  2. Вещество, имеющее свободные носители заряда, способные перемещаться под действием электрического поля, называется …(проводником)
  3. Физическая величина, определяемая отношением работы,совершаемой электрическим полем при перемещении единичного положительного заряда из данной точки в бесконечность, – это …(электрический потенциал)
  4. Смещение зарядов или преимущественная ориентация диполей под действием внешнего электрического поля – это …(поляризация)
  5. Физическая величина, определяемая как сила, действующая на единичный положительный заряд, помещенный в данную точку поля, называется ….(напряженность)

Теперь проверим выполненные задания друг друга. За каждый правильный ответ – 1 балл. Молодцы. Хорошо потрудились.

3. Изучение нового материала

3.1. Введение понятия «электрическая емкость»

Что нужно сделать, чтобы наэлектризовать тело? Правильно, сообщить ему электрический заряд. Уединенный проводник – это проводник, размеры которого много меньше расстояния до окружающих тел.

Возьмем электроскоп и будем передавать ему электрический заряд. Мы видим, что с ростом заряда, растет потенциал этого проводника:

Q = C·φ

Электроемкость –  скалярная физическая величина, численно равная отношению заряда, сообщенного проводнику,  к потенциалу, который этот заряд создает на поверхности проводника.

C = 

[С] = 1 Ф (фарада)

Электрическая ёмкость характеризует способность проводника накапливать электрические заряды.

Емкостью  обладает такой проводник, у которого потенциал возрастает на 1 В при сообщении ему заряда в 1 Кл.

Нам нужно вспомнить, от чего же зависит электроемкость. Самое главное – емкость не нужно сравнивать с вместимостью! Емкость не зависит от заряда проводника, его потенциала, материала из которого он изготовлен. Емкость показывает зависимость между зарядом и потенциалом! Электроемкость проводника зависит от его размеров, формы и среды.

А теперь попробуем свои силы. Давайте посостязаемся. Работаем командами, решаем задачи.

1 команда:

Определить потенциал металлического шарика емкостью 4,54 пФ, получившего заряд 1,8·10-7 Кл.

2 команда:

При электризации емкость проводника стала равна 150 мкФ, а потенциал 200 В. Какой заряд был сообщен проводнику?

3 команда:

Определить емкость металлического шарика, если при сообщении ему  заряда 3·10-8 Кл его потенциал стал равным 6000 В.

4 команда:

Какой заряд был сообщен проводнику, если его емкость стала равна 9 пФ, а потенциал 800 В?

Электризация при соприкосновении или электростатическая индукция позволяют получить на поверхности тел лишь сравнительно небольшой электрический заряд.Способность уединенных проводников накапливать электрические заряды ограничена. Чтобы проводник обладал большой емкостью, он должен иметь очень большие размеры. Емкость шара: С = 4πεε0R

3.2. Электрическая емкость системы проводников

Выясним важные для практики вопросы:

  • при каком условии можно накопить на проводнике большой электрический заряд?
  • Влияет ли на распределение зарядов в проводнике наличие рядом другого проводника?

На практике требуются устройства, способные накапливать значительные заряды. В основы конструкции таких устройств положен тот факт, что электроемкость проводника в окружении других тел возрастает.

Объясняется это тем, что под действием электрического поля заряженного проводника, на поднесенных к нему телах, если это проводники, возникают индуцированные заряды, а если диэлектрики – поляризационные.

Эти заряды будут ослаблять поле проводника. Они понижают его потенциал и повышают его электрическую емкость. Проводники с равными по модулю зарядами будут иметь большую емкость.

Электрическая емкость системы из двух проводников определяется как отношение заряда одного из них к разности потенциалов между ними:

http://www.webpoliteh.ru/images/em/image156.png

Из формулы видно, что по сравнению с емкостью уединенного проводника, знаменатель дроби уменьшился, а значит емкость увеличилась.

3.3 Введение понятия конденсатор

Конденсатор – это система из двух разноименно заряженных проводников (обкладок), разделенных слоем диэлектрика.

        Электроемкость конденсатора равна отношению заряда одной из пластин Q к напряжению между ними U:

C =

Конденсатор служит для накопления и сохранения  заряда и энергии электрического поля.

Емкость конденсатора зависит от:

  •  размеров обкладок,
  •  формы обкладок,
  •  расположения обкладок,
  • диэлектрической проницаемости диэлектрика.

Примерами естественных природных конденсаторов являются облака и земля, линии электропередач, две жилы кабеля. К тому же вы должны помнить, что емкостью обладают не только конденсаторы, но и другие элементы электрических цепей, на которых может накапливаться электрический заряд (провода электрических линий, электроды электронных ламп и пр.). Чаще мы этой емкостью пренебрегаем.

ЗАДАНИЕ: Изобразите электрическое поле внутри и вне двух параллельных пластин. Пожалуйста, изобразите на доске полученный результат. Обсудим:

Вне пластин векторы Е+ и Е- направлены в разные стороны, и поэтому E = 0. Внутри конденсатора векторы Е+ и Е- сонаправлены; поэтому модуль напряженности суммарного поля равен63166759380426-7

http://www.webpoliteh.ru/images/em/image158.jpg

Электростатическое поле будет сосредоточено внутри конденсатора между обкладками!

Линии напряженности электрического поля начинаются на положительной обкладке, заканчиваются на отрицательной. Поле практически не рассеивается в окружающем пространстве. На емкость конденсатора не должны оказывать влияния окружающие тела, поэтому проводникам придают такую форму, чтобы поле, создаваемое накапливаемыми зарядами, было сосредоточено в узком зазоре между обкладками конденсатора. Этому условию удовлетворяют:

1) две плоские пластины;

2) два коаксиальных цилиндра;

3) две концентрические сферы.

Поэтому в зависимости от формы обкладок конденсаторы делятся наплоские, цилиндрические и сферические. По типу диэлектрика, помещенного между обкладками, конденсаторы бывают: электролитические (на постоянном токе), бумажные, слюдяные, воздушные.

Сообщение конденсатору заряда называют зарядкой. Под зарядом конденсатора понимают абсолютное значение заряда одной из его обкладок. Чтобы зарядить конденсатор, достаточно сообщить заряд одной из его обкладок, а другую заземлить: при этом на другой обкладке появится заряд, равный по величине и противоположный по знаку заряду первой обкладки из-за явления электростатической индукции. Эффективнее зарядка конденсатора происходит при подключении его обкладок к разноименным клеммам источника постоянного тока.

А теперь нам предстоит определить, от чего зависит емкость конденсатора. Будем первооткрывателями. Исследуем зависимость электроемкости от расстояния между пластинами (1 студент) и от диэлектрической проницаемости диэлектрика (2 студент).

Вывод: При увеличении расстояния между пластинами, напряжение увеличивается, а электроемкость конденсатора уменьшается.

Если между обкладками конденсатора поместить диэлектрик с большей диэлектрической проницаемостью, то напряжение уменьшится, а электроемкость - увеличится.

Физкультминутка: сядьте прямо, руки отведите за спину и сомкните. Представьте, что вы едете в автобусе. Вдруг автобус резко тормозит, что с вами произойдет? А теперь разгоняемся, резко поворачиваем влево, едем прямо, опять поворот направо, стоп. Приехали. Продолжим.

3.4 Энергия заряженного конденсатора

Если обкладки заряженного конденсатора замкнуть металлическим проводником, то по цепи пойдет электрический ток (можно проверить с помощью лампочки),  и ток в цепи будет, пока конденсатор не разрядится. Значит, заряженный конденсатор содержит запас энергии.

Энергия заряженного конденсатора равна работе внешних сил, которую необходимо затратить, чтобы зарядить конденсатор.

Источник напряжения, поставляя заряды на обкладки конденсатора, производит работу

A = F·d = Eq·d = Wp

Для одной обкладки:

Wp= =

Используя известные вам соотношения, получим формулы для расчета  энергии заряженного конденсатора:

http://festival.1september.ru/articles/657727/img11.gif

Как сказал английский физик, один из создателей квантовой физики, лауреат Нобелевской премии (1933) Поль Андриен Морис Дирак: «Всякая физическая теория должна быть математически красивой». Формулы получились замечательные! А в каких единицах измеряется энергия?

Электрическую энергию Wр следует рассматривать именно как потенциальную энергию, запасенную в заряженном конденсаторе. По современным представлениям, электрическая энергия конденсатора локализована в пространстве между обкладками конденсатора, то есть в электрическом поле. Поэтому ее называют энергией электрического поля.

Давайте немного порассуждаем, чтобы закрепить полученные знания. Опять поработаем в командах.

Задание 1,3 команде: Как изменятся емкость, заряд, напряженность и энергия поля при удалении диэлектрика с ε? Если конденсатор не отключен от источника напряжения, то U = const!

Емкость

http://festival.1september.ru/articles/657727/img10.gif 

уменьшилась

Заряд

 http://festival.1september.ru/articles/657727/img15.gif

уменьшился

Напряженность

http://festival.1september.ru/articles/657727/img13.gif 

Не изменилась

Энергия электрического поля

http://festival.1september.ru/articles/657727/img16.gif 

уменьшилась

Задание 2,4 команде: Если расстояние между пластинами уменьшили в 2 раза, как изменились емкость, напряжение, напряженность, энергия поля?Если конденсатор отключен от источника напряжения, то q = const!

Емкость

 http://festival.1september.ru/articles/657727/img10.gif

Увеличилась

Напряжение

 http://festival.1september.ru/articles/657727/img12.gif

уменьшилось

Напряженность

 http://festival.1september.ru/articles/657727/img13.gif

Не изменилась

Энергия электрического поля

 http://festival.1september.ru/articles/657727/img14.gif

Уменьшилась

И опять любимые задачи. Работаем в командах.

1 команда:

Определить емкость и заряд плоского конденсатора, обкладки которого имеют площадь 10 см2, толщина миканита между ними (ε = 5,2) равна 0,52 мм, а напряжение равно 100 В.

2 команда:

Определить емкость и заряд плоского конденсатора, обкладки которого имеют площадь 5 см2, толщина миканита между ними (ε = 5,2) равна 0,885 мм, а напряжение равно 100 В.

3 команда:

Определить емкость и заряд плоского конденсатора, обкладки которого имеют площадь 10 см2, толщина миканита между ними (ε = 5,2) равна 0,26 мм, а напряжение равно 100 В.

4 команда:

Определить емкость и заряд плоского конденсатора, обкладки которого имеют площадь 10 см2, толщина миканита между ними (ε = 5,2) равна 0,885 мм, а напряжение равно 100 В.

Конденсатор –важное электротехническое устройство. Благодаря своим замечательным свойствам, конденсаторы нашли широкое применение в технике. Конденсаторы применяются, когда нужно:

  • Накапливать на короткое время заряд или энергию для быстрого изменения потенциала. Конденсатор способен хранить электрические заряды тем больше, чем больше его емкость. Если необходимо получить электрический ток большой мощности, то выгодно иметь большую силу тока. Конденсатор большой емкости при разрядке дает большую мощность. Пример: фотовспышка
  • В клавиатуре компьютера.
  • конденсатор как измеритель времени: при зарядке и разрядке конденсатора время этих процессов зависит от емкости конденсатора. Это свойство можно использовать для отсчета времени. Например: часы, реле времени.
  • Конденсатор в цепях переменного тока периодически перезаряжается, поэтому по подводящим к нему проводникам постоянно проходит ток, а в цепи постоянного тока конденсатор, зарядившись, ток не пропускает. Поэтому конденсатор можно использовать как фильтр. Пример: выпрямители.
  • В зависимости от частоты переменного тока конденсатор быстро или медленно перезаряжается, при этом оказывая разное сопротивление переменному току. Это используют в частотных фильтрах переменного тока. Например: приемный контур радиоприемника, телевизора, генераторы переменных сигналов.

3.5 Соединение конденсаторов в батареи

Во многих случаях для получения нужной емкости конденсаторы приходится соединять в группу, которая называется батареей. Различают два основных типа соединения: последовательное и параллельное. Мы с вами сейчас рассмотрим особенности этих двух видов соединений. Для рациональной работы я попрошу вас подготовить таблицу, которую мы будем заполнять по ходу объяснения материала. Эта таблица поможет вам в подготовке к практической работе, которая будет на следующем занятии:

 

Последовательное

Параллельное

схема

Электрический заряд

q = q1 = q2 = q3 

q = q1 + q2 + q3 

Эквивалентная емкость

 =  +  +

С = С1 + С2 + С3

 

1) При параллельном соединении конденсаторов соединяются их одноименно заряженные обкладки:

http://infofiz.ru/joom1/images/stories/lkft/el/elst/lk32f-9.jpg

Напряжения на конденсаторах одинаковы     U1 = U2 = U (т.к. они подключены к одним и тем же точкам цепи) 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. Отсюда следует:

http://infofiz.ru/joom1/images/stories/lkft/el/elst/lk32f-10.jpgили С = С1 + С2

Таким образом, при параллельном соединении электроемкости складываются (увеличивается площадь обкладок – растет общая емкость). Такое соединение применяется для увеличения емкости батареи.

 2) При последовательном соединении конденсаторов соединяют разноименно заряженные обкладки:

http://infofiz.ru/joom1/images/stories/lkft/el/elst/lk32f-11.jpg

Заряды обоих конденсаторов одинаковы    q1 = q2 = q (т.к. непосредственно от источника заряжаются только крайние обкладки, а соседние – через влияние),  напряжения на них равны http://infofiz.ru/joom1/images/stories/lkft/el/elst/lk32f-12.jpg и http://infofiz.ru/joom1/images/stories/lkft/el/elst/lk32f-13.jpg

Такую систему можно рассматривать как единый конденсатор, заряженный зарядом q при напряжении между обкладками U = U1 + U2.

Следовательно,  http://infofiz.ru/joom1/images/stories/lkft/el/elst/lk32f-14.jpg или  http://infofiz.ru/joom1/images/stories/lkft/el/elst/lk32f-15.jpg

При последовательном соединении конденсаторов складываются обратные величины емкостей. Последовательное соединение конденсаторов применяется тогда, когда во избежание пробоя большую разность потенциалов требуется распределить между несколькими конденсаторами.

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

Т.е. в случае n конденсаторов одинаковой емкости С емкость батареи

при параллельном соединении Собщ = nС

при последовательном соединении Собщ = С/n

3) методика расчета эквивалентной емкости при смешанном соединении конденсаторов (метод свертывания):

- найти участки с простым соединением конденсаторов;

- по соответствующим формулам, вычислить эквивалентные емкости этих участков;

- перечертить схему, заменив соединения конденсаторов их эквивалентными емкостями;

- повторить алгоритм с начала, пока не останется цепь с одним конденсатором.

Рассмотрим на примере: дан участок цепи со смешанным соединением конденсаторов:

  1. Определяют эквивалентную емкость участка с параллельным соединением конденсаторов:

  1. Рассчитывают эквивалентную емкость двух последовательно соединенных конденсаторов с емкостями С1 и С2-3:

4 Подведение итогов  и рефлексия

Сегодня мы с вами хорошо поработали. Результаты следующие (выставить и прокомментировать оценки). А еще ответьте на вопросы:

1. Что нового узнали? Чему научились?

2. Пригодятся ли эти знания в вашей профессиональной деятельности?

5 Домашнее задание

  1. Приготовить  сообщение (презентацию) по одной из предложенных тем:

- виды конденсаторов;

- применение конденсаторов;

- конденсаторы в электромеханическом оборудовании.

2. Решить задачу: При сообщении конденсатору заряда 5·10-6 Кл его энергия оказалась равной 0,01 Дж. Определить напряжение на обкладках конденсатора.

Хочу закончить это занятие следующим высказыванием: «Хитрые люди презирают знание, простаки удивляются ему, мудрые пользуются им» (Т. Маколей). Всем спасибо. До свидания.

Под новизной понимается отличие полученных (ожидаемых) результатов, рассматриваемых в методической разработке инновационного опыта, от имеющихся и отраженных в научной литературе.

Различают три степени новизны:

1.Методическая разработка уточняет и конкретизирует какие-либо теоретические положения или практические рекомендации.

2.Методическая разработка дополняет, развивает, вносит новые элементы в какие-либо теоретические положения или практические рекомендации.

3.Методическая разработка отражает принципиально новые идеи, концепции, подходы, рекомендации и отличается наиболее высокой степенью новизны.

Рекомендуемый объем - до 2 страниц машинописного текста.



Предварительный просмотр:

ПРИЛОЖЕНИЕ №1

Групповые карточки-задания для повторения изученного материала:

Карточка №1

Задание: продолжите предложения, чтобы получились верные утверждения:

  1. Передача телу электрического заряда называется _________________
  2. Вещество, не имеющее свободных носителей заряда, называется _________________
  3. Физическая величина, определяющая способность частиц или тел вступать в электромагнитные силовые взаимодействия, – это _________________________
  4. Явление перераспределения электрических зарядов в проводнике во внешнем электрическом поле – это ____________________________
  5. Поверхности, в каждой точке которых потенциал электрического поля, имеет одно и то же значение, называются _________________________

Карточка №2

Задание: продолжите предложения, чтобы получились верные утверждения:

  1. Наэлектризовать тело можно следующими способами: ___________________________________
  2. Вещество, имеющее свободные носители заряда, способные перемещаться под действием электрического поля, называется _________________
  3. Физическая величина, определяемая отношением работы, совершаемой электрическим полем при перемещении единичного положительного заряда из данной точки в бесконечность, – это _______________________
  4. Смещение зарядов или преимущественная ориентация диполей под действием внешнего электрического поля – это ___________________
  5. Физическая величина, определяемая как сила, действующая на единичный положительный заряд, помещенный в данную точку поля, называется ____________________________


ПРИЛОЖЕНИЕ №3

Задание 1 команде:

Конденсатор подключен к источнику, удалим диэлектрик с ε = 2. Как при этом изменятся: емкость, заряд, напряженность и энергия?

Величина

Формула

Изменение величины

Емкость

Заряд

 

Напряженность

 

Энергия электрического поля

 

Задание 2 команде:

Конденсатор заряжен. Если увеличить расстояние между пластинами в 2 раза, то как изменятся: емкость, напряжение, напряженность и энергия?

Величина

Формула

Изменение величины

Емкость

Напряжение

 

Напряженность

 

Энергия электрического поля

 


Задание 3 команде:

Конденсатор подключен к источнику, удалим диэлектрик с ε = 3. Как при этом изменятся: емкость, заряд, напряженность и энергия?

Величина

Формула

Изменение величины

Емкость

Заряд

 

Напряженность

 

Энергия электрического поля

 

Задание 4 команде:

Конденсатор заряжен. Если уменьшить расстояние между пластинами в 2 раза, то как изменятся: емкость, напряжение, напряженность и энергия?

Величина

Формула

Изменение величины

Емкость

Напряжение

 

Напряженность

 

Энергия электрического поля

 


Предварительный просмотр:

По теме: методические разработки, презентации и конспекты

Методические разработки внеклассных мероприятий по физической культуре и спорту. Методические разработки внеклассных мероприятий по физической культуре и спорту.

Аннотацияк учебно-методическим  разработкам внеклассных мероприятий  по физической культуре с использованием нестандартного оборудования. 1....

Методическая разработка интегрированного урока "Расчет параметров конденсаторов".

Интегрируемые дисциплины: ОП.03 Электротехника и электроника, ОУД.08 Физика,  ЕН.01Математика.Цель: научить обучающихся рассчитывать параметры конденсаторов в цепях переменного тока для распредел...

контрольная работа 8 класс работа тока, мощность, емкость конденсатора и закон Джоуля-Ленца

контрольная работа 8 класс работа тока, мощность, емкость конденсатора и закон Джоуля-Ленца...

Методическая разработка по физике "Сложные конденсаторы" 10 класс

Методическая разработка по физике "Сложные конденсаторы" 10 класс...

Методическая разработка урока на тему: «Подготовка к ЕГЭ. Особенности поведения конденсаторов в цепях постоянного тока» Автор: Учитель физики, к.т. н , эксперт ЕГЭ В.А. Комшилова.

При подготовке к сдаче ЕГЭ у учащихся возникают большие сложности при решении задач, связанных с применением конденсаторов в цепях постоянного тока. Это связано с малым количеством часов, отведё...

Методическая разработка урока в 10 классе "Электроёмкость. Конденсаторы"

Сформировать у учащихся понятие электроёмкости и на основе эксперимента установить величины, от которых она зависит....