Физический практикум. Лабораторная работа "Электроемкость плоского конденсатора". 10-й класс

Образовательные цели урока. Выполняя работу, ученики должны:

1) исследовать зависимость электроемкости плоского конденсатора  от площади пластин,
2) исследовать зависимость электроемкости плоского конденсатора  от наличия диэлектрика,
3) исследовать зависимость электроемкости плоского конденсатора от расстояния между пластинами конденсатора.

План урока.

1. Организационный момент.
2. Краткое вступление учителя.
3. Объявление темы.
4. Теоретическое обоснование темы.
5. Назначение и правила пользования приборами.
6. Изучение устройства и принципа действия

а) электрометра,
б) плоского конденсатора.

7. Повторение основных положений техники безопасности.
8. Выполнение работы.
9. Обсуждение результатов эксперимента.
10. Подведение итогов работы.
11. Ознакомление с различными типами конденсаторов.
12. Оформление отчета по лабораторной работе.

Методические цели урока.

1. Развить интерес к исследовательской деятельности.
2. Закрепить знания, приобретенные на уроках физики.
3. Продолжить формирование навыков проводить физический эксперимент.
4. Научить использовать результаты исследований в повседневной деятельности.
5. Продолжить формирование коммуникативных навыков работы в группах.
6. Сформировать навыки соблюдения основных положений техники безопасности при работе с электрическими приборами.

Приборы и материалы.

1. Электрометр из набора по электростатике.
2. Диски с диэлектрическим покрытием.
3. Диэлектрические пластины (плексиглас, эбонит, стекло).
4. Штатив с муфтой и лапкой.
5. Соединительные провода.
6. Линейка из органического стекла (плексигласа).
7. Шелковая ткань.

Краткая теория.

Взаимной элекроемкостью двух проводников называется физическая величина, численно равная заряду q, который необходимо перенести с одного проводника на другой для того, чтобы изменить на единицу разность потенциалов

( -) между ними: , где: - электроемкость плоского конденсатора,

- потенциал нижней пластины конденсатора,

- потенциал верхней пластины конденсатора, U- напряжение между пластинами (обкладками) конденсатора,

U = (- ) - разность потенциалов (напряжение между пластинами).

Преобразуем формулу к виду .

Плоский конденсатор представляет собой две параллельные плоские пластины (обкладки), заряженные одинаковыми по абсолютному значению, но разноименными зарядами. Пластины (обкладки) конденсатора имеют площадь S, находятся на расстоянии d друг от друга. Между обкладками конденсатора расположен диэлектрик (воздух, органическое стекло, эбонит) с относительной диэлектрической проницаемостью .

Порядок выполнения работы.

Подготовительный этап.

Подготовить экспериментальную установку к проведению исследовательской деятельности:

1) поставить электрометр в центре лабораторного стола,

2) первый диск укрепить на центральном стержне электрометра,

3) второй диск прикрепить к лапке штатива,

4) корпус электрометра соединить проводом со вторым диском и заземлить.

5) расположить диски на расстоянии 5 сантиметров так, чтобы их центры были на одной прямой, проведенной через ось стержня электрометра.

6) получить разрешение преподавателя на проведение опытов.

Основной этап.

1) Ослабить зажим лапки штатива так, чтобы можно было без больших усилий опускать (поднимать) второй диск конденсатора.

2) Взять в руку линейку, осуществить электризацию путем трения шелковой ткани об оргстекло.

3) Зарядить нижнюю пластинку конденсатора, прикоснувшись к стержню электроскопа наэлектризованной линейкой. Верхняя пластинка приобретет электрический заряд равный по величине, но противоположный по знаку. Конденсатор заряжен. Установка готова для проведения опытов.

Опыт № 1.

1) Уменьшаем расстояние d между пластинами конденсатора, медленно приближая верхний диск к нижнему диску.

2) Наблюдаем за показаниями стрелки электрометра, как изменяется напряжение U (увеличивается или уменьшается),

3) Записываем в таблицу № 1 результат наблюдения.

4) Используя формулу , записываем вывод о том, что происходит с электроемкостью конденсатора С (увеличивается или уменьшается).

Опыт № 2.

1) Увеличиваем расстояние d между пластинами конденсатора, медленно поднимая верхний диск.

2) Наблюдаем за показаниями стрелки электрометра, как изменяется напряжение U (увеличивается или уменьшается).

3) записываем в таблицу № 1 результат наблюдения.

4) Используя формулу , записываем вывод о том, что происходит с электроемкостью С конденсатора (увеличивается или уменьшается).

5) Анализируя результаты опытов и наблюдений, записываем в таблицу № 1 вывод о том, какая зависимость существует между электроемкостью конденсатора С и расстоянием d (прямая пропорциональная зависимость или обратная пропорциональная зависимость).

Таблица № 1.

Опыт № 3.

1) Устанавливаем расстояние d между пластинами конденсатора d 5 миллиметров.

2) Замечаем положение стрелки электрометра.

3) Осторожно вводим стеклянную пластинку (диэлектрик) между обкладками конденсатора.

4) Отмечаем новое положение стрелки электрометра.

5) Записываем в таблицу № 2, как изменилось напряжение U (увеличивается или уменьшается).

6) Используя формулу , записываем вывод о том, что происходит с электроемкостью С конденсатора (увеличивается или уменьшается).

7) Вынимаем из конденсатора стеклянную пластинку, возвращаем на прежнее место.

Опыт № 4.

1) Расстояние между обкладками конденсатора остается без изменения. (Расстояние между пластинами конденсатора d 5 миллиметров).

2) Замечаем положение стрелки электрометра.

3) Осторожно вводим эбонитовую пластинку (диэлектрик) между обкладками конденсатора.

4) Отмечаем новое положение стрелки электрометра.

5) Записываем в таблицу № 2, как изменилось напряжение U (увеличивается или уменьшается)

6) Используя формулу , записываем вывод о том, что происходит с электроемкостью С конденсатора (увеличивается или уменьшается).

7) Анализируя результаты опытов и наблюдений, записываем вывод о том, какая зависимость существует между электроемкостью конденсатора С и диэлектрической проницаемостью (обратная пропорциональная зависимость или прямая пропорциональная зависимость).

8) Вынимаем из конденсатора эбонитовую пластинку, возвращаем на прежнее место.

Таблица № 2.

Опыт № 5.

1) Расстояние между обкладками конденсатора остается без изменения. (Расстояние между пластинами конденсатора d 5 миллиметров).

2) Замечаем положение стрелки электрометра.

3) Наблюдая за показаниями стрелки электрометра, сдвигаем верхнюю обкладку конденсатора, уменьшая площадь взаимного перекрытия пластин.

4) Замечаем новое положение стрелки электрометра.

5) Записываем в таблицу № 3, как изменяется напряжение U (увеличивается или уменьшается)

6) Используя формулу , записываем вывод о том, что происходит с электроемкостью С конденсатора (увеличивается или уменьшается).

7) Анализируя результаты опытов и наблюдений, записываем вывод о том, какая зависимость существует между электроемкостью конденсатора С и величиной площади S (обратная пропорциональная зависимость или прямая пропорциональная зависимость).

Опыт № 6.

1) Расстояние между обкладками конденсатора остается без изменения. (Расстояние между пластинами конденсатора d 5 миллиметров).

2) Замечаем положение стрелки электрометра.

3) Наблюдая за показаниями стрелки электрометра, сдвигаем верхнюю обкладку конденсатора, увеличивая площадь взаимного перекрытия пластин.

4) Замечаем новое положение стрелки электрометра.

5) Записываем в таблицу № 3, как изменяется напряжение U (увеличивается или уменьшается).

6) Используя формулу , записываем вывод о том, что происходит с электроемкостью С конденсатора (увеличивается или уменьшается).

7) Анализируя результаты опытов и наблюдений, записываем вывод о том, какая зависимость существует между электроемкостью конденсатора С и площадью взаимного перекрытия пластин S (обратная пропорциональная зависимость или прямая пропорциональная зависимость).

Таблица № 3.

Вывод. Ученики обсуждают результаты своих исследований, выдвигают гипотезы и приходят к обобщенному выводу: какая связь существует между электроемкостью С и параметрами плоского конденсатора такими, как

• площадь пластин S,
• относительная диэлектрическая проницаемость ,
• расстояние между обкладками конденсатора d.

Они записывают свой вывод, используя символические обозначения С, S , , d.

Преподаватель предлагает исследователям записать формулу плоского конденсатора, используя электрическую постоянную (значение электрической постоянной ученики извлекают из справочника).

Заключительный этап.

Применить полученную формулу для расчета электроемкости плоского конденсатора, используемого в этом эксперименте ( самостоятельно начертить таблицу, измерить параметры конденсатора, выписать из справочника значение относительной диэлектрической проницаемости эбонита, расчеты произвести в международной системе С И , заполнить таблицу). Ученики оформляют работу и сдают учителю на проверку.

Примечание. Лабораторная работа физпрактикума в 10 классе рассчитана на два академических часа, проводится группой учеников в составе (2-4) человек под руководством учителя. Ученики обязаны строго соблюдать правила техники безопасности. Литература:

1. Касьянов В.А. Физика 10 кл.: Учебник для общеобразовательных учреждений. – М.: Дрофа, 2003.
2. Энциклопедия для детей. Техника. – М.: Аванта +, 2001.
3. Пёрышкин А.В., Гутник Е.М. Физика 9 кл.: Учебник для общеобразовательных учреждений.- М.: Дрофа, 2002.
4. Перельман Я.И. Знаете ли вы физику? – М.: ВАП, 1994.
5. Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Сотский Н.Н. Физика: Учеб. для 10 кл. общеобразоват. учреждений. – М.: Просвещение, 2001.

Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике для инженеров и студентов вузов. – М.: Издательство “Наука” Главная редакция физико-математической литературы. 1977.

Приложение