Не пропустите майские цены на инструменты учителя! Скидки до 50% на все комплекты видеоуроков и электронных тетрадей.

СДЕЛАЙТЕ СВОИ УРОКИ ЕЩЁ ЭФФЕКТИВНЕЕ, А ЖИЗНЬ СВОБОДНЕЕ

Благодаря готовым учебным материалам для работы в классе и дистанционно

Выбрать материалы

Скидки до 50 % на комплекты
только до

Готовые ключевые этапы урока всегда будут у вас под рукой

Организационный момент

Проверка знаний

Объяснение материала

Закрепление изученного

Итоги урока

Был в сети 08.05.2024 13:29

Шагов Сергей Николаевич

учитель физики и астрономии

56 лет

42 934

375

Подписчики

116

Подписки

Местоположение

Россия, Ржев

Специализация

Астрономия

Физика

Обо мне Блог Файлы Тесты Галерея Активность Награды

Урок для 10 класса "Электроёмкость. Конденсаторы."

Категория: Физика

06.05.2024 13:41

Учебник: Физика 10 Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Сотский Н.Н. / Под ред. Парфентьевой Н.А. Издательство «Просвещение»-2013 -416 с.

Тема: Глава 14. Электростатика 277

В данной разработке представлен конспект урока для 10 класса. Урок разработан с применением модульной и ИКТ технологий. Материал урока можно изучать как на базовом, так и на профильном уровнях. К уроку есть отдельная презентация (смотри в категорию "Презентации").

Просмотр содержимого документа
«Урок для 10 класса "Электроёмкость. Конденсаторы."»

Муниципальное общеобразовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа №5»

города Ржева Тверской области имени Воинов 100 и 101 отдельных стрелковых бригад

Сценарий урока (учебное занятие)

Урок для 10 класса «Электроёмкость. Конденсаторы».

Шагов Сергей Николаевич

учитель физики и астрономии

2024 год

Конспект урока по физике для 10 класса с использованием электронных образовательных ресурсов и ИКТ.

Тема урока. Электроёмкость. Конденсаторы.

Тип урока: урок изучения нового материала.

Продолжительность урока: 90 минут.

Учебник, который используется на уроке: Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев, Н.Н.Сотский.

Технологии: модульная, ИКТ.

Оборудование при проведении урока: компьютер или планшет с выходом в интернет.

Ресурсы, используемые для подготовки и проведения урока:

образовательная электронная платформа «Мультиурок», где расположен сайт учителя (категории: уроки и презентации) https://multiurok.ru/sergejshagov/files/kontrol-nyie-raboty-i-tiesty-2/

образовательный интернет-ресурс "Класс!ная физика" https://www.youtube.com/embed/Df4RRCIINAU

смартфоны обучающихся

Цель урока: ввести понятие электроёмкости, сформулировать определение конденсатора, изучить устройство плоского конденсатора, законы соединений конденсаторов и их применение.

Задачи урока:

образовательные: формирование понятий «электроёмкость» и «конденсатор»; изучение устройства и работы плоского конденсатора; использование конденсаторов; применение формул для электроёмкости двух проводников, уединённого проводника, плоского конденсатора, энергии заряженного конденсатора;

развивающие: продолжение работы по анализу фактов при наблюдении явлений, умений решать поставленную проблему, осуществлять самооценку своих результатов в обучении, коррекцию своей учебной деятельности;

воспитательные: воспитывать самостоятельность, дисциплину, внимательность.

В рабочих тетрадях записывается дата и тема урока.

Сокращения: УЭ – учебный элемент.

УЭ

Учебный материал с указанием цели и заданий

Комментарий для обучающихся

УЭ1

Цель: ввести понятие электроёмкости, сформулировать определение конденсатора, изучить устройство плоского конденсатора, законы соединений конденсаторов и их применение.

Учебник Г.Я Мякишев и др.: §97-99.

УЭ2

Цель: введение понятия электроёмкости, электроёмкости двух проводников и уединённого проводника.

На металлических телах можно накапливать электрические заряды, если они изолированы друг от друга и от Земли (электризация проводников). Однако любая поверхность имеет ограничение по площади. Когда накопится на поверхностях проводников очень большой заряд, то в этот момент воздух между телами станет проводящим, произойдёт разрядка проводников (проскакивает искра или молния). Таким образом, пришлось ввести величину, которая определяла бы свойство накопления электрического заряда на проводниках. Её назвали электроёмкостью (обозначают буквой С). Найдите в учебнике §97 (или просмотрите ещё раз начало видеоролика) определение этой величины.

Чаще всего говорят об электроёмкости двух проводников: С = .

Физический смысл: электроёмкость показывает, какой заряд можно накопить на проводниках при некоторой разности потенциалов на этих проводниках. Из формулы легко получить единицу электроёмкости: [С] = = [Ф] (фарад).

Вопрос: а как найти электроёмкость одного (уединённого) проводника? Если ответить не можете, посмотрите ответ ниже. Для уединённого проводника U = φ₁ – φ₂ = k – 0 = k . Значит, С = = 4πɛɛ₀R, где R – радиус проводника (его размеры), а постоянная Кулона определяется по формуле: k = 1/4πɛ₀ (ɛ₀ = 8,85 10^–12 – электрическая постоянная).

Пример. Чему равна электроёмкость большой капли ртути, получающейся из слияния n = 1000 маленьких одинаковых капель, радиус каждой из которых равен 2 мм? Объём шара вычисляется по формуле V = 4πR³/3. Шарики ртути находятся в вакууме.

Дано: n = 1000 Решение.

r = 2 мм Используем формулу: С = 4πɛɛ₀R. Масса большой капли ртути равна: М = nm или πρR³ = n πρr³. Значит,

Найти: С. R = r . Тогда получаем: С = 4πɛɛ₀r ≈ 2,2 пФ.

Ответ: ≈ 2,2 пФ.

Посмотреть видеоролик, пройдя по ссылке:

https://www.youtube.com/embed/Df4RRCIINAU

Надо знать. Выучить!

Записать формулу в рабочую тетрадь.

Надо знать. Выучить!

Записать формулу в рабочую тетрадь.

Записать пример в рабочую тетрадь.

УЭ3

Цель: ввести понятие конденсатора и электроёмкости плоского конденсатора; изучить различные соединения конденсаторов.

Найти определение конденсатора в учебнике §97 или посмотреть ещё раз видеоролик.

– ɛ +

Самым простейшим конденсатором является плоский конденсатор (смотри рисунок вверху). Его заряд равен заряду одной из обкладок (по абсолютному значению). Как показали исследования, электроёмкость любого конденсатора не зависит от заряда, накопленного на его обкладках и разности потенциалов между обкладками. Например, для плоского конденсатора можно записать формулу: С = , где d – расстояние между обкладками конденсатора (толщина диэлектрика), S – площадь одной из обкладок конденсатора, ɛ – диэлектрическая проницаемость диэлектрика в конденсаторе.

Выучить определение конденсатора!

Записать формулу в рабочую тетрадь.

Выучить формулу электроёмкости плоского конденсатора!

К онденсаторы (по виду диэлектрика)

воздушные слюдяные бумажные керамические

К онденсаторы (по виду обкладок)

плоские цилиндрические сферические желудёвые пальчиковые

К онденсаторы (по величине ёмкости)

постоянные переменные электролитические

Конденсаторы часто соединяют в батареи. Существует два способа соединения конденсаторов: последовательное и параллельное. Также можно встретить смешанное соединение. – +

– + – +

C₁

C₂

С₁ C₂

последовательное – + параллельное

формулы справедливы для любого количества

Последовательное соединение

Параллельное соединение

q₁ = q₂ = q

U = U₁ + U₂

= + или С =

q = q₁ + q₂

U₁ = U₂ = U

C = C₁ + C₂

конденсаторов

Записать классификации конденсаторов в рабочую тетрадь

Зарисовать схемы в рабочую тетрадь и записать основные законы соединений.

УЭ4

Цель: применение формул для электроёмкости плоского конденсатора и для соединений конденсаторов.

Пример 1.Во сколько раз изменится ёмкость конденсатора при уменьшении рабочей площади пластин в 2 раза и уменьшении расстояния между ними в 3 раза?

Дано: S₁ = 2S₂ Решение.

d₁ = 3d₂ Воспользуемся формулой плоского конденсатора: С = . Тогда = = 1,5.

Найти: С₁/С₂. Ответ: 1,5.

Пример 2. Расстояние между пластинами плоского конденсатора увеличили в 3 раза. Во сколько раз изменился заряд, напряжение между пластинами и напряжённость поля, если конденсатор: а) отключён от источника напряжения; б) остаётся подключённым к источнику постоянного напряжения?

Дано: d₂ = 3d₁ Решение.

Найти: q₁/q₂; U₂/U₁; Е₁/Е₂. а) при отключении конденсатора от источника напряжения заряд на нём не изменяется, т.е.

q₁ = q₂.

Определим отношение ёмкостей конденсатора при увеличении расстояния между его пластинами: = = 3. Значит,

Записать примеры задач в рабочую тетрадь.

= = 3. Так как заряд на конденсаторе не меняется, то = 1.

б) если конденсатор остаётся подключённым к источнику напряжения, то разность потенциалов на конденсаторе не меняется, т.е. U₁ = U₂. Тогда = = 3 и = = 3.

Пример 3. Плоский воздушный конденсатор заполняют наполовину парафином с диэлектрической проницаемостью ɛ = 2. Во сколько раз изменилась ёмкость конденсатора?

Д ано: ɛ = 2 Решение.

Найти: С₁/С₂. Имеем две возможности (смотри рисунки а, б, в): а) б) ɛ в) ɛ

В случае б) получаем систему параллельного соединения двух конденсаторов (с диэлектриком и без него). В случае в) получаем систему последовательного соединения конденсаторов (с диэлектриком и без него). Для воздушного конденсатора (рис.а) d – расстояние между обкладками конденсатора, S – площадь одной из обкладок конденсатора. Рассмотрим случай б).

С₁ = и C₂ = + = (ɛ +1) = (ɛ + 1)C₁/2 = 1,5C₁ (увеличивается в 1,5 раза). Теперь рассмотрим случай в). С₁ = и

C₂ = = = С₁ = С₁ (увеличивается в 4/3 раза).

Ответ: увеличивается в 1,5 раза; увеличивается в 4/3 раза).

УЭ5

Цель: получить формулы для расчёта энергии заряженного конденсатора.

Чтобы зарядить конденсатор, нужно совершить работу по разделению положительных и отрицательных зарядов. Согласно закону сохранения энергии совершаемая работа идёт на увеличение энергии конденсатора. Опыты показывают, что энергию заряженного конденсатора можно найти по формуле: W_э = . Так как U = Ed, то получаем формулу: W_э = . Используя формулы связи ёмкости, заряда и разности потенциалов, можно получить ещё несколько полезных формул для расчёта энергии заряженного конденсатора: W_э = = .

Пример 1. Во сколько раз изменится энергия конденсатора при увеличении напряжения на нём в 4 раза?

Дано: U₂ = 4U₁ Решение.

Найти: W₂/W₁. Воспользуемся одной из формул для энергии заряженного конденсатора: W_э = . Тогда W₂/W₁ = 16.

Ответ: увеличится в 16 раз.

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

Дано: С = 20 мкФ Решение.

U₂ = 2U₁ Воспользуемся формулой: W_э = . Тогда ∆W = W₂ – W₁ = – = . Отсюда находим

∆W = 0,3 Дж U₁ = = 100 В. Тогда W₁ = 0,1 Дж.

Найти: U₁, W₁. Ответ: 100 В; 0,1 Дж.

Записать формулы для энергии заряженного конденсатора в рабочую тетрадь.

Записать примеры в рабочую тетрадь.

УЭ6

Цель: подводим итоги урока.

Вопросы для фронтальной беседы:

1.Что такое электроёмкость?

2.Как найти электроёмкость двух проводников?

3.В каких единицах измеряется электроёмкость?

4.Что представляет собой конденсатор? Что понимают под зарядом конденсатора?

5.Как найти электроёмкость плоского конденсатора?

6.Зависит ли электроёмкость плоского конденсатора от заряда конденсатора? от напряжения на конденсаторе?

7.Какими способами соединяют несколько конденсаторов?

8.Как найти электроёмкость при последовательном соединении конденсаторов?

9.Как найти электроёмкость при параллельном соединении конденсаторов?

10.Как найти энергию заряженного конденсатора?

11.Почему конденсаторы нашли широкое применение и где?

Ответы обучающихся.

УЭ7

ДЗ: §97-99 (учим теорию) + ЗСР к §99 (№1, 3).

Запись ДЗ в рабочую тетрадь.

УЭ8

Цель: проверка усвоения материала урока.

Обучающиеся самостоятельно решают карточки по вариантам (смотри ниже).

Материал урока рассчитан на два занятия по 45 минут каждое. На первом занятии изучается теоретический материал УЭ2-УЭ4 с разбором примеров. На втором занятии – продолжение разбора примеров (материал УЭ5-УЭ8) + работа на оценку по вариантам. На самостоятельной работе каждый обучающийся выполняет свой вариант. Варианты для самостоятельной работы представлены ниже.

Вариант 1

№1

Конденсатор, состоящий из двух пластин, имеет электроёмкость 5 пФ. Какой заряд находится на каждой из его обкладок, если разность потенциалов между ними 1000 В?

№2

Квадратному плоскому воздушному конденсатору со стороной 10 см сообщён заряд 1 нКл. Какова напряжённость электростатического поля в центре конденсатора?

Вариант 2

№1

Какова электроёмкость керамического плоского конденсатора с площадью пластин 1 см², расстоянием между ними 0,1 мм и диэлектрической проницаемостью 10000?

№2

При разрядке батареи, состоящей из 20 параллельно включенных одинаковых конденсаторов, выделилось количество теплоты 10 Дж. Электроёмкость каждого конденсатора равна 4 мкФ. Определите, до какой разности потенциалов были заряжены конденсаторы.

Вариант 3

№1

Найдите электроёмкость плоского конденсатора, состоящего из двух круглых пластин диаметром 20 см, разделённых парафиновой прослойкой толщиной 1 мм. Диэлектрическая проницаемость парафина 2,1.

№2

При увеличении напряжения, поданного на конденсатор ёмкостью 20 мкФ, в два раза энергия электростатического поля конденсатора увеличилась на 0,3 Дж. Каково начальное значение энергии электростатического поля конденсатора?

Вариант 4

№1

До какой разности потенциалов нужно зарядить конденсатор электроёмкостью 100 мкФ, чтобы его энергия стала равной 1 Дж?

№2

Расстояние между пластинами плоского конденсатора увеличили в 3 раза. Во сколько раз изменились заряд и напряжение между пластинами такого конденсатора, если его отключили от источника напряжения?

Вариант 5

№1

Площадь каждой пластины плоского конденсатора равна 520 см². На каком расстоянии друг от друга надо расположить в воздухе эти пластины, чтобы электроёмкость конденсатора была равна 46 пФ?

№2

Во сколько раз изменится энергия поля заряженного конденсатора, если пространство между пластинами конденсатора заполнить маслом? Конденсатор при этом отключают от источника напряжения. Диэлектрическая проницаемость масла равна 2,5.

Вариант 6

№1

№2

Вариант 7

№1

№2

Вариант 8

№1

№2

Вариант 9

№1

№2

Вариант 10

№1

№2

Вариант 11

№1

№2

Вариант 12

№1

№2

Вариант 13

№1

№2

Вариант 14

№1

№2

Вариант 15

№1

№2

Вариант 16

№1

№2

Вариант 17

№1

№2

Вариант 18

№1

№2

Вариант 19

№1

№2

Вариант 20

№1

№2

Вариант 21

№1

№2

Вариант 22

№1

№2

Вариант 23

№1

№2

Вариант 24

№1

№2

Вариант 25

№1

№2

Вариант 26

№1

Какую площадь должны иметь пластины плоского воздушного конденсатора, чтобы его электроёмкость была равна 1 пФ? Расстояние между пластинами конденсатора равно 0,5 мм.

№2

Из плоского заряженного конденсатора ёмкостью 40 пФ выдвигают диэлектрик с диэлектрической проницаемостью ε = 2. Найти изменение энергии конденсатора, если заряд на его пластинах равен 8 мкКл.

Вариант 27

№1

Во сколько раз изменится энергия конденсатора при увеличении напряжения на нём в 4 раза?

№2

Два последовательно соединённых конденсатора ёмкостями 2 мкФ и 4 мкФ соответственно присоединены к источнику постоянного напряжения 120 В. Определить напряжение на первом из конденсаторов.

Вариант 28

№1

Плоский конденсатор состоит из двух круглых пластин радиусом 10 мм. Между пластинами находится слой диэлектрика толщиной 1 мм с диэлектрической проницаемостью 2,1. Чему равна электроёмкость такого конденсатора?

№2

Два одинаковых конденсатора соединены последовательно и подключены к источнику тока. Во сколько раз изменится разность потенциалов на одном из конденсаторов, если другой погрузить в жидкость с диэлектрической проницаемостью ε = 2?

Вариант 29

№1

№2

Вариант 30

№1

Во сколько раз изменится энергия конденсатора при увеличении напряжения на нём в 4 раза?

№2

Вариант 31

№1

№2

Вариант 32

№1

Рассчитайте энергию электростатического поля конденсатора ёмкостью 0,1 мкФ, заряженного до напряжения 200 В.

№2

Два одинаковых плоских конденсатора соединены параллельно до разности потенциалов 150 В. Определить разность потенциалов на конденсаторах, если после отключения их от источника тока у одного из конденсаторов уменьшили расстояние между пластинами в два раза.

Указания:

1.Задачи №1 – 1 балл, задача №2 – 2 балла.

Система оценок:

«5» (отлично) – 3 балла;

«4» (хорошо) – 2 балла (решена только задача №2);

«3» (удовлетворительно) – 1 балл (решена только задача №1);

«2» (неудовлетворительно) – менее 1 балла.

Ответы к заданиям самостоятельной работы «Электроёмкость. Конденсаторы».

вариант	№1	№2	вариант	№1	№2	вариант	№1	№2
1	5 нКл	≈ 11,3 кВ/м	12	88,5 нФ	q₁ = q₂; U₂ = 3U₁	23	≈ 584 пФ	500 В
2	88,5 нФ	500 В	13	≈ 584 пФ	W₁ = 2,5W₂	24	≈ 141 В	0,1 Дж
3	≈ 584 пФ	0,1 Дж	14	≈ 141 В	≈ 11,3 кВ/м	25	≈ 1 см	q₁ = q₂; U₂ = 3U₁
4	≈ 141 В	q₁ = q₂; U₂ = 3U₁	15	≈ 1 см	500 В	26	≈ 56,5 мм²	0,4 Дж
5	≈ 1 см	W₁ = 2,5W₂	16	5 нКл	q₁ = q₂; U₂ = 3U₁	27	W₂ = 16W₁	80 В
6	5 нКл	500 В	17	88,5 нФ	W₁ = 2,5W₂	28	≈ 5,8 пФ	в 4/3 раза
7	88,5 нФ	0,1 Дж	18	≈ 584 пФ	≈ 11,3 кВ/м	29	≈ 56,5 мм²	80 В
8	≈ 584 пФ	q₁ = q₂; U₂ = 3U₁	19	≈ 141 В	500 В	30	W₂ = 16W₁	в 4/3 раза
9	≈ 141 В	W₁ = 2,5W₂	20	≈ 1 см	0,1 Дж	31	≈ 5,8 пФ	0,4 Дж
10	≈ 1 см	≈ 11,3 кВ/м	21	5 нКл	W₁ = 2,5W₂	32	2 мДж	100 В
11	5 нКл	0,1 Дж	22	88,5 нФ	≈ 11,3 кВ/м