Конспект урока Конденсаторы. Электроёмкость. Энергия электрического поля

Урок № __________

Группа___________

Тема: Электроёмкость. Конденсатор. Энергия электрического поля

Цели урока:

• Образовательные цели: сформировать понятия электрической ёмкости, единицы ёмкости; изучить зависимость ёмкости от размеров проводника, диэлектрической проницаемости среды и расстояния между пластинами конденсатора.

• Воспитательные цели: воспитывать интерес к предмету, взаимопомощь.

• Развивающие цели: формировать умения сравнивать формулы, а также величины характеризующие электроёмкость; научиться использовать знания формул в решении задач, развивать коммуникативные навыки.

Оборудование: мультимедиа, презентация, металлические пластины на изолирующих подставках, конденсаторы переменной и постоянной ёмкости.

План урока.

1. Орг. момент. Музыкальная физминутка.

2. Повторение пройденного материала. Физический диктант.

3. Изучение нового материала.

1. Понятие о конденсаторе.

2. Электроёмкость конденсатора.

3. Единица электроёмкости

4. Формула электроёмкости плоского конденсатора.

5. Виды конденсаторов.

6. Энергия заряженного конденсатора

7. Соединение конденсаторов

4. Закрепление. Решение задач. Творческое задание.

5. Итог урока.

6. Домашнее задание.

Ход урока

1. Орг. момент готовность учащихся к уроку. Музыкальная физминутка. Сообщение темы урока. Постановка цели урока.

2. Повторение пройденного материала. Физический диктант- проверка ранее изученного . игра «Верно или неверно» (презентация)

1. Вещества проводящие электрический ток, -…?

2. Существует ли электрическое поле внутри проводника?

3. В чем измеряется разность потенциалов?

4. Металлы проводят электрический ток, потому что внутри них есть….

5. Как называются поверхности равного потенциала?

3. Изучение нового материала. (Презентация)

Мы уже с вами на предыдущих занятиях говорили о том, что такое электрический заряд, определились с этим понятием и выяснили для себя это определение. Мы с вами говорили, что электростатика это тема в которой изучают взаимодействие покоящихся зарядов и о законе кулона - основном законе электростатики. Обсудили так же вопрос связанный с электизацией. Именно электизация говорит нам о возможности разделения и накопления электрических зарядов некоторыми телами. Это свойство имеет практическую значимость. И сегодня мы с вами об этом поговорим. Давайте обратимся к эксперименту.

Заряд в банки поступил одинаковый, а потенциал разный.

Вывод: Накопление эл.заряда может происходить по разному. Значит существует величина которая характеризует способность проводника накапливать эл. заряд-это электроёмкость

Проводники которые используются в конденсаторе называются обкладками

Если обкладки получают заряд то зарядка

Если обкладки соединить, то разрядка

Слово ''конденсатор'' происходит от латинского слова condensare, что означает ''сгущение''. В учении об электрических явлениях этим словом обозначают устройства, позволяющие сгущать электрические заряды и связанное с этими зарядами электрическое поле.

Простейший конденсатор состоит из двух проводников, разделённых диэлектриком, толщина которого мала по сравнению с размерами проводника.

Свойство конденсатора накапливать и сохранять электрические заряды и связанное с ними электрическое поле характеризуется особой величиной, называемой электроёмкостью.

Чтобы выяснить смысл этой величины, обратимся к исследованиям.

Электрической ёмкостью конденсатора называется скалярная величина, характеризующая его свойство накапливать и сохранять электрические заряды и связанное с этими зарядами электрическое поле. Электроёмкость конденсатора равна отношению заряда одной из пластин к напряжению между ними:

За единицу электроёмкости в СИ принимается электроёмкость конденсатора, напряжение между обкладками конденсатора которого равно 1В, когда на его обкладках имеются разноимённые заряды по 1Кл. Эта единица названа фарад в честь М.Фарадея: . На практике применяются:

Из рассмотренных исследований делаем вывод, что С конденсатора зависит от площади S пластин и расстояния d между ними: .

Выведем формулу для расчёта электроёмкости плоского конденсатора. По определению . Учитывая, что U = Ed, а , получаем:

Если у нас имеется система проводников, то в этом случае эта система обладает энергией. По закону сохранения энергии при зарядке конденсатора мы совершаем работу по разделению эл.заряда и именно эта работа позволяет нам определить энергию конденсатора.

Конденсаторы могут соединяться между собой, образуя батареи конденсаторов. (Схемы)

При параллельном соединении конденсаторов напряжения на конденсаторах одинаковы: U₁ = U₂ = U, а 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

Таким образом, при параллельном соединении электроемкости складываются.

При последовательном соединении одинаковыми оказываются заряды обоих конденсаторов: q₁ = q₂ = q, а напряжения на них равны и Такую систему можно рассматривать как единый конденсатор, заряженный зарядом q при напряжении между обкладками U = U₁ + U₂. Следовательно,

При последовательном соединении конденсаторов складываются обратные величины емкостей.

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

В зависимости от назначения конденсаторы имеют различное устройство. Технический бумажный конденсатор состоит из двух полосок алюминиевой фольги, изолированных друг от друга и от металлического корпуса бумажными лентами, пропитанными парафином. Алюминиевая фольга и бумажные ленты туго свёрнуты в пакет небольшого размера. Бумажный конденсатор, имея размеры спичечного коробка, обладает электроёмкостью до 10 мкФ (металлический шар такой же ёмкости имел бы радиус 90 км).

В радиотехнике широко применяют конденсаторы переменной электроёмкости. Такой конденсатор состоит из двух систем металлических пластин, которые при вращении рукоятки могут входить одна в другую. При этом меняется площадь перекрывающейся части пластин и, следовательно, их электроёмкость. Диэлектриком в таких конденсаторах служит воздух.

Значительного увеличения электроёмкости за счёт уменьшения расстояния между обкладками достигают в так называемых электролитических конденсаторах. Диэлектриком в них служит очень тонкая плёнка оксидов, покрывающих одну из обкладок. Второй обкладкой служит бумага, пропитанная раствором специального вещества (электролита). При включении электролитических конденсаторов надо обязательно соблюдать полярность.

В слюдяных конденсаторах в качестве диэлектрика используют слюду, а обкладками служит металлическая фольга или тонкий слой металла, нанесённый непосредственно на слюду. Слюдяные конденсаторы устанавливают, главным образом, в электрических цепях высокой частоты.

В радиотехнике широкое распространение получили керамические конденсаторы, имеющие небольшие размеры, но обладающие хорошими электрическими свойствами. Конструктивно их выполняют в виде трубок или дисков из керамики, а обкладками служит слой металла, нанесённый на керамику.

4. Закрепление изученного материала.

Решение задач. (Работа по карточке). Работа в паре.

1.Определите толщину диэлектрика конденсатора, электроёмкость которого 1400 пФ, площадь покрывающих друг друга пластин 14 см², если диэлектрик - слюда.

2.Определить электроёмкость батареи конденсаторов, если C₁=0,1мкФ, С₂=0,4мкФ и С₃=0,52 мкФ

Работа в группе. Учащиеся делятся на группы по выбранной геометрической фигуре. Каждая группа получает задание. Составить постер на тему «Конденсаторы». Оформляют постер. После защита постеров.

Беседа по вопросам. Учащиеся составляют вопросы по шаблону. (Работа в группе)

1.Назовите …

2. Объясни …

3.Где применяется …

4.Ответьте почему …

5.Постройте …

6. Оцените, сравните …

5. Итог урока.

Учитель: Что нового узнали сегодня на уроке?

Ученик: Узнали, что такое электроёмкость и от чего она зависит; что такое конденсатор, какие бывают конденсаторы; где применяются конденсаторы; научились решать задачи на расчёт электроёмкости плоского конденсатора.

Домашнее задание. с.250. Повторить. Выучить формулы, единицы измерения изученных физических величин. Решить задачи.

1.Определить электроемкость Земли, принимая ее за шар радиусом R=6400 км.

2.Пространство между обкладками плоского конденсатора заполнено двумя слоями диэлектрика с проницаемостями ε₁ и ε₂ толщиной d₁ и d₂ соответственно. Какова емкость такого конденсатора, если площадь пластин равна S.