По теме: Энергия электростатического поля

Министерство образования, науки и молодёжной политики республики алтай

Автономное профессиональное образовательное учреждение республики алтай

«усть - коксинский техникум отраслевых технологий»

Урок по теме: Энергия электростатического поля.

Преподаватель физики

Шадрин Алексей Николаевич

Усть-Кокса 2014г.

Цель урока: рассмотреть понятие энергии электростатического поля, основные формулы энергии и объемной плотности энергии электростатического поля.

Задачи урока

Образовательные:

Расширить теоретические познания обучающихся об энергии электростатического поля;

Ознакомить обучающихся с основными формулами энергии и объемной плотности энергии электростатического поля;

Изучение практической направленности полученных знаний; формирование Мотивации и опыта учебно-познавательной и практической деятельности.

Развивающие:

Умения анализировать, выдвигать гипотезы, предположения, строить прогнозы, наблюдать и экспериментировать;

Развития умения выражать речью результаты собственной мыслительной деятельности.

Воспитательные:

Пробуждение познавательного интереса к предмету, технике и окружающим явлениям;

Развитие способности к сотрудничеству, общению, работе в коллективе.

Тип урока: комбинированный.

Методы обучения: словесный, наглядный, практический.

Оборудование:

Персональный компьютер, проектор, экран, электронная презентация, учебно-методические материалы (учебники физики, справочники, задания для самостоятельной работы).

Ход занятия:

1. Организационный момент.(2 мин)

2. Повторение изученного материала.(10 мин)

1.Сформулируйте определение электрической емкости уединенного проводника. Запишите единицу электроемкости.

2.Какая система проводников называется конденсатором? Сформулируйте определение электроемкости конденсатора.

3.Как зависит электроемкость плоского конденсатора от его геометрических размеров?

4.Как Вы считаете, почему при введение диэлектрика увеличивает электроемкость конденсатора?

5.Во сколько раз увеличивается электроемкость конденсатора при введении диэлектрика?

6.Как Вы думаете, почему электроемкость конденсатора не зависит от внешних электростатических полей?

Решение задач (15 мин)

оценка

задание

«3»

На конденсаторе написано: 100 пФ; 300 В. Можно ли использовать этот конденсатор для накопления заряда 50 нКл?

«4»

Найти емкость плоского конденсатора, состоящего из двух круглых пластин диаметром 20 см, разделенных парафиновой прослойкой толщиной 1 мм.

«5»

Во сколько раз изменится емкость конденсатора, если в качестве прокладки между пластинами вместо бумаги, пропитанной парафином, использовать листовую слюду такой же толщины?

Справочные материалы

3. Изучение нового материала.(25 мин)

1) Потенциальная энергия пластин конденсатора.

Работа, совершаемая при разделении положительных и отрицательных зарядов, сообщаемых пластинам конденсатора, равна энергии, приобретаемой конденсатором. Положительная и отрицательная пластины площадью S, расстояние между которыми d, притягиваются одна к другой, обладая определенной энергией.

Рассчитаем энергию электростатического поля, накопленную конденсатором, если заряды пластинах +Q и -Q, а разность потенциалов между ними U.

Силы кулоновского притяжения F₊ и F_-, действующие на каждую пластину, определяются напряженность поля, созданной противоположной пластиной: E₊ = E_- = E = Следовательно F₊ = F_- = Q

Под действием сил кулоновского притяжения пластины, предоставленные самим себе, схлопнутся. Считая их конечную энергию равной нулю, получаем, что работа сил электростатического поля равна начальной потенциальной энергии пластин: А = W.

Найдем работу по перемещению каждой пластины на расстояние d/2

в центре конденсатора: A₊= F₊ , A_- = F_-

Полная работа и потенциальная энергия сил электростатического поля равна

A = = W

Зная электроемкость C =

получаем энергию электростатического поля, запасенную в конденсаторе:

W = =

Потенциальная энергия электростатического поля плоского конденсатора с учетом выражения C = имеет вид W =

2) Объемная плотность энергии электростатического поля. Концентрация энергии электростатического поля в пространстве характеризуется объемной плотностью энергии поля.

Объемная плотность энергии электростатического поля - физическая величина, равная отношению энергии электростатического поля, сосредоточенного в объеме, к этому объему: w =

Единица объемной плотности - джоуль на кубический метр

Джоуль на кубический метр равен объемной плотности энергии однородного электростатического поля, в 1 м³ которого содержится энергия 1 Дж.

Используя выражения для объема конденсатора V и потенциальной энергии W, находим объемную плотность энергии:w =

Объемная плотность энергии электростатического поля пропорциональна квадрату напряженности поля.

где E = -напряженность поля в конденсаторе.

Энергия электростатического поля, запасенная заряженным конденсатором, вызывает электрический разряд в лампе-вспышке, сопровождающийся мощным излучением.

При значительной плотности энергии электростатического поля возникает атмосферный разряд.

4. Закрепление изученного материала (решение задач) (10 мин)

Решить у доски № 765

765. Плоский конденсатор состоит из двух круглых пластин радиусом 10 мм. Между пластинами находится слой диэлектрика толщиной 1 мм с диэлектрической проницаемостью ℰ = 2,1. Заряжен конденсатор до напряжения 2,4 кВ. Найти емкость конденсатора, заряд на пластинах, энергию и плотность энергии электрического поля.

5. Самостоятельная работа, решение задач (15 мин)

оценка

задание

«3»

766. В импульсной фотовспышке лампа питается от конденсатора емкостью 800 мкФ, заряженного до напряжения 300 В. Найти энергию вспышки и среднюю мощность, если продолжительность разрядки 2,4 мс.

769. Конденсатору емкостью 10 мкФ сообщили заряд 4 мкКл. Какова энергия заряженного конденсатора?

773. Расстояние между пластинами заряженного плоского конденсатора уменьшили в 2 раза. Во сколько раз изменилась энергия и плотность энергии поля?

«4»

767. Во сколько раз изменится энергия конденсатора при увеличении напряжения на нем в 4 раза?

770. Площадь каждой из пластин плоского конденсатора 200 см², а расстояние между ними 1 см. Какова энергия поля, если напряженность поля 500 кВ/м?

768. Емкость одного конденсатора в 9 раз больше емкости другого. На какой из этих конденсаторов надо подать большее напряжение, чтобы их энергия была одинаковой? во сколько раз большее?

«5»

771. Расстояние между пластинами плоского конденсатора с диэлектриком из бумаги, пропитанной парафином, равно 2 мм, а напряжение между пластинами 200 В. Найти плотность энергии поля.

774. При увеличении напряжения, поданного на конденсатор емкостью 20 мкФ, в 2 раза энергия поля возросла на 0,3 Дж. Найти начальные значения напряжения и энергии поля.

772. Во сколько раз изменится энергия поля заряженного конденсатора, если пространство между пластинами конденсатора заполнить маслом? Рассмотреть случай - конденсатор отключен от источника напряжения.

6. Заключительный этап (3 мин)

1.Подведение итогов.

2.Проверка работ обучающихся.

3.Итоги работы, выставление оценок.

7. Домашнее задание:

Повторить материал конспектов № 33-42

Решить задачи № 2, 3, стр. 406.