Урок физики в 10-м классе по теме "Электроемкость. Конденсаторы"

Разделы: Физика

Науку всё глубже постигнуть стремись,
Познанием вечного жаждой томись.
Лишь первых познаний блеснёт тебе свет,
Узнаешь: предела для знания нет.

Фирдоуси,
персидский и таджикский поэт
(940 – 1030 г.)

Тип урока: изучение нового материала с элементами самостоятельной работы учащихся.

Цель: изучить понятия электроёмкости, конденсатора.

Задачи урока:

  • Образовательные:
    • сформировать понятие электроёмкости, используя ПОХ рассказа о величине;
    • ввести понятие конденсатора как системы двух проводников, разделённых слоем диэлектрика;
    • показать внешний вид, устройство, маркировку конденсаторов постоянной и переменной ёмкости;
    • показать зарядку и разрядку конденсатора через гальванометр;
    • выяснить, от чего зависит ёмкость плоского конденсатора;
    • построить и вычислить ёмкость плоского конденсатора.
  • Воспитательные:
    • продолжить формировать научное мировоззрение, систему взглядов на мир и на технический прогресс; интерес к познанию законов природы и их применению;
  • Развивающие:
    • продолжить развитие экспериментальных умений, умения делать выводы;
    • развивать познавательный интерес к физике и технике;
    • развивать самооценку своей самостоятельной деятельности на уроке;
    • закрепить полученные знания через самостоятельное решение задач.

Оборудование:

  • Для учителя: компьютер, мультимедиапроектор, электрометр, амперметр и вольтметр демонстрационные, выпрямитель(50–100 В), дополнительное сопротивление «~250В», конденсатор (2мкф), плоский конденсатор, конденсатор переменной ёмкости, переключатель, эбонитовая палочка, 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).

В структуре урока выделяю следующие этапы:

  1. Организационный момент – 1 мин.
  2. Мотивация – 3 мин.
  3. Целеполагание – 2 мин.
  4. Изучение нового материала – 55 мин.
  5. Применение полученных знаний и умений при решении задач – 12 мин.
  6. Подведение итогов и рефлексия – 5 мин.
  7. Информация о домашнем задании – 2 мин.

Особенность урока такова, что учителю не приходится работать с мелом у доски. Все зависимости, формулы, электрическая схема опыта, указания к выполнению фронтального опыта, определения в ходе урока последовательно показываются на экране с помощью мультимедиапроектора. Презентация управляется докладчиком. Изучение материала рассчитано на 2 урока в 10 классе.

Содержание урока

I. Организационный момент

II. Мотивация

(Приложение 1, 1 слайд). Телевизор

В. Приходилось ли вам сталкиваться с профессией мастера по ремонту телерадиоаппаратуры? Как вы думаете, чем он занимается?
О. Выявляет причины неисправности, осуществляет замену вышедших из строя деталей.
В. Можете назвать эти детали?
О. Диоды, триоды, транзисторы, конденсаторы…
В. Какие знания по физике нужны для работы телемастеру?
О. Устройство, назначение, принцип действия, правила включения приборов.

III. Целеполагание

С одной из радиодеталей познакомимся сегодня подробнее. Это конденсатор. Он может накапливать большой электрический заряд а, следовательно, тесно связан с материалом, который мы изучаем. Итак, тема урока: Конденсаторы.

(Приложение 1, 2 слайд). Тема урока

IV. Изучение нового материала

1. Ввести понятие электроёмкости.

Демонстрация 1. [3] Электрометр, пробный шарик.

Зарядка электрометра с помощью пробного шарика. Если заряды удвоить?
Увел. Е – увел. А – увел. U, следовательно, q/U не зависит от заряда.
q/U = 2q/2U = 3 q/3U = … = const
q/U = C – ф.в., характеризующая способность 2-х проводников накапливать электрический заряд.

2. Вести рассказ об электроёмкости по плану обобщённого характера (ПОХ) о физической величине – Ф.В. (План – на ватмане на магнитной доске:

1. Название физической величины.
2. Что характеризует.
3. Определительная формула.
4. Определение.
5. Основная или производная.
6. Скалярная или векторная .
7. От чего зависит значение величины.
8. Единица измерения в «СИ».
9. Метод измерения).

(Приложение 1, 3 слайд). На экране заполняются строки ПОХ об электроёмкости

  1. С – электроёмкость
  2. характеризует способность двух проводников накапливать электрический заряд;
  3. С = q/U
  4. это отношение заряда одного из проводников к разности потенциалов между этим проводником и соседним.
  5. производная (находится в функциональной зависимости от других величин)
  6. скалярная
  7. определяется геометрическими размерами проводников, их формой, взаимным расположением, электрическими свойствами окружающей среды
  8. фарада [С] = 1 ф 1ф = 1 Кл/В 1 мкф = 10-6 ф 1 пф =10-12 ф
  9. метод измерения – косвенный

3. Большой электроёмкостью обладают системы из двух проводников, разделённых слоем диэлектрика, называемые конденсаторами.

Задание 1. Рассмотрите внешний вид, устройство, маркировку (на каждом столе – конденсаторы различных видов).

Учащиеся называют маркировку конденсатора, учитель её комментирует:

  1. Бумажный: 2 полоски алюминиевой фольги, изолированы бумагой, пропитанной парафином. Б. и Г. – бумажный малогабаритный
  2. КЭ-2М – конденсатор электролитический, малогабаритный Г – герметизированный Ц – цилиндрический. 1 обкладка – фольга, 2 обкладка – бумага, пропитанная раствором электролита; диэлектрик – плёнка оксидов, покрывающая 1-ю обкладку. КЭ бывают с твёрдым диэлектриком и с жидким (например: водный раствор борной кислоты с нашатырным спиртом). Имеют большие габариты, сложную конструкцию, С до 2000 мкф.
  3. Керамические (стеклокерамические) высокого (до3 Кв) и низкого (до500 В) напряжения.
  4. Плёночные ПСО – открытые, спиральные (тип намотки)
  5. Слюдяные опресованные КСО (пластинки слюды чередуются с металлическими обкладками).

Номинальные ёмкости по ГОСТ 2516-60 г. от 1пф до 100 мкф. (кроме электролитических – до 5000 мкф.)

Это всё конденсаторы постоянной ёмкости – конструкция не предусматривает изменение ёмкости. На них указывается номинальное напряжение (в цепь с большим напряжением включать нельзя!!) В электрической цепи обозначаются: …

4. Виды конденсаторов:

(Приложение 1, 4 слайд). Конденсаторы постоянной ёмкости.
(Приложение 1, 5 слайд). Радиоконденсаторы МБГП
(Приложение 1, 6 слайд). Конденсаторы КПМ

5. Зарядка и разрядка конденсатора

(Приложение 1, 7 слайд). Электрическая схема опыта «Зарядка и разрядка конденсатора»

Демонстрация 2. [3] Зарядка и разрядка конденсатора через гальванометр

Вольтметр со шкалой на 15 делений включается с дополнительным сопротивлением «~250 В»; конденсатор. С =2 мкф; U=50–100 В. Уменьшаем напряжение – стрелка гальванометра отклоняется на меньшее число делений.

6. Применение конденсаторов.

(Приложение 1, 8 слайд). Фотовспышки. Конденсаторы в клавиатуре компьютера.

7. Простейший плоский конденсатор.

Демонстрация 3. . [3] Электроёмкость плоского конденсатора.

(Приложение 1, 9 слайд). Электроёмкость плоского конденсатора

С = q/U.
С = ЕоЕS/d
Ео = 8,85 . 10-12ф/м
U = d q/ЕоЕS
d увел – U увел – С уменьш;
S увел – U уменьш. – Сувел.

С определяется: геометрическими размерами, формой, взаимным расположением, электрическими свойствами среды. 1Ф : S = 100 км2, d = 1 мм

8. Энергия конденсатора. (Приложение 1, 10 слайд). Энергия конденсатора

Задание 2. Исходя из определения конденсатора, получите ещё две формулы для расчёта энергии конденсатора.

9. Опыт №1 "Вычисление ёмкости плоского конденсатора"

Инструкция по постановке опыта (Приложение 1, 11 слайд).

Постройте и вычислите ёмкость плоского конденсатора.

Оборудование: 2 жестяные и 1 стеклянная пластины; штангенциркуль; линейка; сборник задач Рымкевич таблицы 8 и 15.

1. Соберите плоский конденсатор из имеющихся материалов.
2. Сделайте необходимые измерения и вычислите электроёмкость плоского конденсатора.
3. Результаты измерений и вычислений запишите в тетрадь.

С = Ео Е S/d
Ео = 8,85 . 10-12ф/м (табл. 15 [3])
Е = 7 (табл. 8 [3]).

Пример расчета:

d = 2,8 . 10-3м
S = (0,08 . 0,03)м2 = 2,4 . 10-3м2
С = 53,1 . 10-12ф = 53пф

10. Устройство и действие конденсатора переменной ёмкости.

Демонстрация 4. [3] Устройство и действие конденсатора переменной ёмкости.

Подвижные пластины – ротор – соединены с корпусом (нижняя клемма).
Неподвижные пластины – статор – соединены со стержнем (верхняя клемма)
Заряжают при полностью введённых внутрь подвижных пластинах. Выдвигают подвижные пластины, следовательно, увеличиваются показания электрометра и уменьшается С.
Конструкция позволяет плавно изменять ёмкость в 50–60 раз;

11. Виды конденсаторов переменной ёмкости. (Приложение 1, 12 – 15 слайды).

12. Соединение конденсаторов.

Для получения большой ёмкости: (Приложение 1, 16 слайд).
Параллельное соединение конденсаторов. Спаралл. = С1 + С2 + … Сn.
Для получения малой ёмкости: (Приложение 1, 17 слайд).
Последовательное соединение конденсаторов. 1/Спослед. = 1/С1 + 1/С2 + … 1/Сn.

V. Закрепление изученного на уроке

Самостоятельное решение задач учащимися. [4]

I вариант: № 752, 767.
II вариант: № 753, 768.

Работы сдаются учителю и оцениваются.

VI. Итоги урока

(Приложение 1, 18 слайд). Итоги урока. (ПОХ) план рассказа о приборе.
По предложенному плану рассказать о конденсаторе.

VII. Домашнее задание: § 67, 68. [1]. Работа с конспектом в тетрадях.

Литература:

1. Врублевский А.В, Григорьянц Г.Н. Электротехника. М. «Военное издательство министерства обороны» М.1969 г.
2. Громов С.В. Физика-10. М. «Просвещение» 2001 г.
3. Покровский А.А. Демонстрационный эксперимент по физике в средней школе. Часть 1 М. «Просвещение»1986 г.
4. Рымкевич П.А. Сборник задач по физике. М. «Просвещение» 2000 г.
5.Физика 7–11. Библиотека наглядных пособий. Электронное издание. М.: «Дрофа»,2004 г.