Конденсаторы и гальванические элементы в электрических цепях (10-й класс)

Разделы: Физика

Класс: 10

Цель урока:

  1. Закрепление знаний о конденсаторах, гальванических элементах и их поведении в электрических цепях. Применение закона сохранения энергии в электрических цепях.
  2. Развитие логического и абстрактного мышления при решении задач.
  3. Формирование навыков составления алгоритмов для решения типовых задач.

Основные понятия: конденсатор, электроемкость, гальванический элемент, ЭДС, заряд, энергия, количество теплоты.

Техническое обеспечение урока: компьютер, презентация “Конденсаторы и гальванические элементы”.

Мировоззренческий аспект урока: Развитие логического мышления, навыков поиска причинно-следственных связей.

План урока
Этапы урока Время Приемы и методы
Этап актуализации знаний 5 мин. Фронтальная работа, демонстрация слайдов презентации
Формирование умений и навыков 25 мин. Решение задач на доске.
Первичная проверка усвоения знаний 7 мин. Самостоятельная работа.
Информация о дом. задании и инструктаж по его выполнению. 3 мин. Сообщение учителя.

I. Этап актуализации знаний. <Презентация, слайд 2>

Ответить на вопросы:

а) Что представляет собой конденсатор?
в) Как можно зарядить конденсатор?
с) Что вы знаете о гальваническом элементе?

II. Формирование умений и навыков. <Презентация, слайд 3>

Объяснение учителем задачи на доске (задача № 1).

Беседа по вопросам:

  1. Что является источником энергии в данной цепи? (Гальванический элемент.)
  2. Каков заряд, энергия на конденсаторе до замыкания ключа? (Заряд – отсутствует, энергия равна нулю.)
  3. Что будет происходить в цепи при замыкании ключа? (Конденсатор будет заряжаться от источника. При этом упорядоченное движение зарядов будет создавать ток, который, протекая через резистор, будет вызывать его нагревание. Источник будет совершать работу, которая тратится на изменение энергии конденсатора и выделение тепла на резисторе.)
  4. До какого напряжения зарядится конденсатор? (Напряжение на конденсаторе будет равно напряжению источника.)
  5. Какой заряд установится на конденсаторе? (q = CE.)

Решение:

1) До замыкания ключа:

q = 0
U = 0
W = 0

 После замыкания:

q = CE
U = E
W = CE2

  Прошедший заряд:

q = CE
2) Aист = W + Q Aист = qE = CE2  
3) CE2 = CE2 + Q  Q = CE2  

 <Презентация, слайд 4> (решение задачи № 2 на доске учеником)

Предполагаемое решение:

1) До замыкания ключа:

q = CE
U = E
W = CE2

 После замыкания:

q = 4CE
U = 4E
W = 8CE2

 Прошедший заряд:

q = 3CE
W = 7,5CE2
Аист = 4Е q

2) 12 CE2 = 7,5CE2 + Q Q = 4,5CE2  

  <Презентация, слайд 5> (решение задачи № 3 на доске учеником)

Предполагаемое решение:

1) До замыкания ключа:

q = -CE
U = -E
W = CE2

 После замыкания:

q = 4CE
U = 4E
W = 8CE2

 Прошедший заряд:

q = 5CE
W = 7,5CE2
Aист = 20СЕ2
2) 20CE2 = 7,5CE2 + Q Q = 12,5CE2  

  <Презентация, слайд 6> (решение задачи № 4 на доске учеником)

1) До заполнения диэлектриком:

q = - CE
U = E
W = CE2
C

 До замыкания:

q = - CE
 U = - Е (е + 1)
W = CE2/ (e + 1)
 C = C (e + 1)

  После замыкания::

q = 2CE (e + 1)
U = 4E
W = 4CE2 (e + 1)
C = C (e + 1)
2) q = (2e + 3) CE  W = CE2 (4(e + 1)2 - 1)/(e + 1)  
3) Q = CE2 (4e2 + 12e + 7)/ (e + 1)    

III. Первичная проверка усвоения знаний: <Презентация, слайд 7>

а) Какие этапы в решении задач мы использовали? (Выработка алгоритма решения.)

  • выяснить, какой заряд был на конденсаторе, какой стал;
  • как изменилась энергия конденсатора;
  • какую работу произвел источник (гальванический элемент);
  • записать закон сохранения энергии: А ист = W конд + Q
  • составить недостающие уравнения;
  • решить полученную систему уравнений, оценить результат (проверить размерность полученной величины).

б) Самостоятельная работа (все решают задачу в тетрадях, два ученика – на “закрытых” крыльях доски.

IV. Домашнее задание: В задачах № 1, 2, 3 <Презентация, слайды 3, 4, 5> конденсаторы перед замыканием цепи заполнили диэлектриком с проницаемостью е, какое количество тепла выделится на резисторе R? (решить задачи, применяя алгоритм). Для учащихся, занимающихся углубленным изучением материала, решить задачи 6, 7, 8 <Презентация, слайды 9, 10, 11>.

Литература:
  1. Физика 10. Учебник для 10 класса школ и классов с углубленным изучением физики. Под редакцией А.А. Пинского. М., “Просвещение”, 2004 г.
  2. Физика. Сборник задач. Под редакцией С.Н. Дмитриева, В.И. Васюкова, Ю.А. Струкова. М., “Ориентир”, 2006 г.
  3. Оригинальные методы решения физических задач. А.И. Шапиро, В.А. Бодик. Киев “Магистр-S”, 1996 г.