10кл_Конспект урока "Конденсаторы. Электроемкость конденсатора. Плоский конденсатор"

Тема урока:

Конденсаторы. Электроемкость конденсатора. Плоский кондесатор

Цель урока: создание условий для формирования и усвоения понятий «электроёмкость», «конденсатор», «электроемкость плоского конденсатора»

Задачи:

образовательные:

• формирование представлений об электроемкости, значимости конденсаторов для различных сфер деятельности человека;

• изучение зависимости ёмкости плоского конденсатора от его геометрических размеров, диэлектрической проницаемости среды;

• формирование практических умений по использованию формул для расчета электроемкости конденсатора;

• показать практическую значимость изучаемого материала;

• развивающие:

• развитие познавательных интересов, творческого и логического мышления;

• развитие экспериментальных умений;

• формирование умений по решению физических задач;

• формирование умений логически рассуждать, кратко и четко излагать свои мысли;

• воспитательные:

• формировать интерес к изучению электростатических явлений и их применению;

• содействовать формированию научного мировоззрения;

• содействовать правильному выбору профессии;

• продолжить формирование навыков культуры речи, мышления, коммуникативных навыков учащихся.

План урока

1. Организационный момент

2. Актуализация опорных знаний

3. Подготовка к усвоению нового материала

4. Освоение нового материала

5. Закрепление материала

6. Домашнее задание

Ход урока

1. Этап начальной организации урока.

Задача: подготовить учащихся к работе на уроке.

Содержание: взаимное приветствие учителя и учащихся, определить отсутствующих, проверить готовность учащихся к уроку, организовать внимание учащихся, проверить готовность оборудования.

2. Актуализация опорных знаний.

Задача: вспомнить изученный ранее материал.

Содержание:

Сегодня на уроке мы более детально рассмотрим явление перераспределения заряда - электризацию.

3. Этап изучения нового материала.

Задача: формирование понятий «электроемкость», «конденсатор», «плоский конденсатор»

Содержание:

Проведем мысленный эксперимент.

Возьмем две разные по размеру изолированные от земли стеклянные банки и подключим их к электроскопам.

К каждой из банок поднесем одинаковый заряженный шар на изолированной ручке. Стрелки обоих электроскопов разойдутся, это значит, что в результате взаимодействия с заряженным телом банки приобрели некий заряд, Однако оказывается, что электроскоп большей банки показал меньшее отклонение.

q₁=q₂ , ₁₂

Мы видим, что большая банка одним и тем же зарядом зарядилась до меньшего потенциала. Данный опыт доказывает, что различные тела электризуются одним и тем же зарядом по-разному.

Сегодня мы познакомимся с величиной, которая показывает способность тела накапливать электрический заряд.

Во многих электротехнических и радиотехнических приборах используют устройства, которые, несмотря на свои малые размеры, способны накапливать разноименные электрические заряды и запасать связанную с ними электрическую энергию

Конденсатор – набор проводников, служащий для накопления электрического заряда.

Простейший конденсатор – это система , состоящая из двух проводников, разделенных слоем диэлектрика, толщина которого много меньше размеров проводников.

Проводники, образующие конденсатор, называют его обкладками.

В качестве обкладок часто используют очень тонкие металлические пластины, а в качестве диэлектрика — бумагу, пропитанную соответствующим составом, или воздух (рис. 120)

Зарядка конденсатора - процесс накапливания зарядов на обкладках.

Р азрядка конденсатора – процесс нейтраизации зарядов при соединении обкладок конденсатора проводником

Условное обозначение конденсатора на электрической схеме

Величина, которая количественно характеризует способность конденсатора накапливать электрические заряды, называется электрическая емкость С (электроемкость).

Аналогия – сосуды и одинаковый объем воды в широкий или узкий сосуд и потенциал

Электроемкость (емкость) – физическая скалярная величина, равная отношению заряда одного из проводников к напряжению (разности потенциалов ) между ними.

Или

Электроемкость (емкость) – физическая скалярная величина, равная отношению заряда конденсатора к напряжению между его обкладками.

, где q- заряд на обкладках конденсатора, U – напряжение между его обкладками.

Емкость двух проводников равна 1 Ф, если при сообщении им зарядов в 1 Кл и -1 Кл между ними возникает напряжение 1 В.

1 Ф — очень большая электроёмкость. Электроёмкостью С = 1 Ф обладал бы находящийся в вакууме уединённый шар радиусом R = 9 · 10⁹ м (для сравнения: радиус земного шара R_З = 6,4 · 10⁶ м). Поэтому на практике применяют дольные единицы: микрофарад (1мкФ = 1 · 10^–6 Ф), нанофарад (1 нФ = 1 · 10^–9 Ф) и пикофарад (1 пФ = 1 · 10^–12 Ф).

Например, электроёмкость такого огромного проводника, как земной шар, равна С = 0,71 мФ, а электроёмкость человеческого тела примерно С = 50 пФ.

• Дополнительно (в сильном классе):

Для того чтобы оценить насколько велика емкость в 1 Ф, возьмем в качестве накапливающего заряд тела проводящий шар и выведем зависимость его емкости от его размеров.

Из предыдущих уроков мы знаем формулу для определения потенциала шара:

Подставим теперь её в определение емкости:

Давайте рассмотрим случай в вакууме или же в воздухе ( ). Каковы же должны быть размеры шара, чтобы его емкость равнялась 1 Ф?

Для сравнения радиус Земли равен:

Емкость конденсатора – не постоянная величина, она зависит от конструкторских особенностей самого конденсатора.

Конденсаторы классифицируются по нескольким признакам: по форме обкладок, по типу диэлектрика и по назначению.

В основном конденсаторы бывают трех форм: плоские, сферические и цилиндрические.

Также конденсаторы разделяют по типу диэлектрика на керамические, бумажные и электролитические конденсаторы.

Кроме этого, конденсаторы классифицируются по назначению.

К онденсатор постоянной емкости – это свернутая в рулон упомянутая выше трехслойная лента (две ленты проводника и лента диэлектрика между ними).

Конденсаторы переменной емкости – приборы, используемые в радиотехнике, позволяющие регулировать параметры, от которых зависит емкость – ширина пластин и расстояние между ними. Конденсаторы с переменной емкостью широко используются в радиотехнике. Например, изменяя емкость конденсатора, можно настраивать радиоприемник на нужную частоту (или, как мы говорим, на нужную волну).

Батарея конденсаторов – это несколько конденсаторов, связанных определенным видом соединения ( последовательным, параллельным или смешанным). 

Электроемкость зависит от формы проводника! Поэтому для каждого вида существует своя формула расчета электроемкости.

На сегодняшнем уроке мы рассмотрим плоский конденсатор (рис.122).

П лоский конденсатор состоит из двух параллельных пластин, находящихся на малом расстоянии друг от друга.

Поле внутри такого конденсатора будет однородным. Для того чтобы зарядить конденсатор, достаточно подключить его к полюсам источника тока. Накопив заряд, конденсатор может сам являться источником тока некоторое время. Но, надо сказать, что конденсатор разряжается очень быстро. Электроемкость плоского конденсатора характеризуется площадью пластин и расстоянием между этими пластинами:

Очевидно, что чем больше площадь пластин, тем больший заряд можно на них накопить. Тем не менее, чем больше расстояние между пластинами, тем выше напряжение между ними:

П оскольку электроемкость обратно пропорциональна напряжению, мы можем заключить, что чем больше расстояние между пластинами, тем меньше электроемкость плоского конденсатора:

К онечно же, электроемкость зависит и от диэлектрика, который используется в конденсаторе, поэтому в формуле мы видим диэлектрическую проницаемость. Также, в формуле есть коэффициент пропорциональности, который называется электрической постоянной.

Таким образом, мы выяснили, что электроемкость плоского конденсатора прямо пропорциональна площади пластин и обратно пропорциональна расстоянию между ними, а также зависит от диэлектрика, находящегося между обкладками конденсатора.

О бобщив эти выводы, мы получим формулу для расчета электроемксоти плоского конденсатора

Интересно знать

Р ис. 124

Зависимость электроёмкости конденсатора от расстояния между его обкладками используют в схемах кодирования клавиатуры персонального компьютера. Под каждой клавишей находится конденсатор, электроёмкость которого изменяется при нажатии на клавишу. Микросхема, подключённая к каждой клавише, при изменении электроёмкости выдаёт кодированный сигнал, соответствующий данной букве (рис. 124).

• Дополнительно:

От теории к практике

1. Один из двух уединённых проводящих шаров сплошной, а второй — имеет внутри полость. Если диаметры шаров одинаковые, то какой из них имеет большую электроёмкость?

2. Расстояние между обкладками плоского воздушного конденсатора уменьшили в два раза. Если при этом заряд конденсатора остался прежним, то изменились ли напряжение между его обкладками и напряжённость поля? Если изменились, то как?

Решение:

Пример 3. Когда конденсатор с постоянной электроёмкостью зарядили от источника тока, напряжение между пластинами конденсатора составило 300 В. После этого, к конденсатору подключили лампочку, которая прогорела ровно 1,5 с, а потом погасла. Предполагая, что в течение этих полутора секунд, по лампочке проходил постоянный ток в 20 мА, определите электроёмкость данного конденсатора.

5. Этап первичной проверки понимания учащимися нового учебного материала.

Задача: Установить, осознали ли учащиеся суть изученных понятий. Устранить проблемы в понимании материала. Научить применять полученные знания при решении качественных и количественных задач.

Содержание.

В опросы для обсуждения:

1. Что представляет собой конденсатор? Каково его назначение?

2. Какой процесс называют зарядкой конденсатора? Разрядкой конденсатора?

3. Что понимают под зарядом конденсатора?

4. Какую физическую величину называют электроёмкостью конденсатора? В каких единицах её измеряют?

5. От чего зависит электроёмкость плоского конденсатора?

6. Плоский воздушный конденсатор присоединён к источнику постоянного тока. Изменятся ли заряд конденсатора и напряжение на нём, если пространство между обкладками конденсатора заполнить диэлектриком?

7. Во сколько раз изменится емкость конденсатора, если листовую слюду заменить парафином той же толщины?

8. Какую площадь должны иметь пластины плоского конденсатора для того, чтобы его электроемкость была равна 1 пФ? Расстояние между пластинами – 0,5 мм.

9. Емкость одного конденсатора больше емкости другого в 4 раза, на какой конденсатор нужно подать большее напряжение, чтобы их энергии стали одинаковыми, во сколько раз больше?

10. *Почему большой заряд не может удержаться на сфере маленького радиуса?

6.  Этап подведения итогов урока и задания на дом.

Задача. Дать анализ успешности овладения знаниями об изученных явлениях, показать типичные недостатки в знаниях, умениях и навыках