Методическая разработка комбинированного занятия для преподавателя по теме 3.3 «Электроемкость. Конденсаторы. Энергия заряженного конденсатора »

ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

НОВОСИБИРСКОЙ ОБЛАСТИ

«БАРАБИНСКИЙ МЕДИЦИНСКИЙ КОЛЛЕДЖ»

Рассмотрена на заседании

ЦМК ОГСЭД

Протокол № ___________

От ____________ 2016 г.

Председатель ЦМК

Хританкова Н. Ю.

(Ф. И. О.)

______________________

(подпись)

МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА

КОМБИНИРОВАННОГО ЗАНЯТИЯ ДЛЯ ПРЕПОДАВАТЕЛЯ

Специальность 34.02.01 Сестринское дело (с базовой подготовкой)

Дисциплина: Физика

Раздел 3 «Электродинамика. Колебания и волны. Оптика»

Тема 3.3 «Электроемкость. Конденсаторы. Энергия заряженного конденсатора»

Разработчик – преподаватель Вашурина Т. В.

2017

СОДЕРЖАНИЕ

Выписка из рабочей программы

дисциплины «Физика»

для специальности Сестринское дело

МЕТОДИЧЕСКИЙ ЛИСТ

Тема 3.3 «Электроемкость. Конденсаторы. Энергия заряженного конденсатора»

Тип занятия: комбинированный урок.

Вид занятия: беседа, объяснение с демонстрацией наглядных пособий, решение задач.

Продолжительность: 90 минут.

ЦЕЛИ ЗАНЯТИЯ

1. Учебные цели: сформировать представления о роли и месте физики в современной научной картине мира; понимание физической сущности наблюдаемых во Вселенной явлений через изучение понятия конденсатора, электроемкости плоского конденсатора, энергии заряженного конденсатора; понимание роли физики в формировании кругозора и функциональной грамотности человека для решения практических задач; способствовать формированию умения владеть основополагающими физическими понятиями, уверенно пользоваться физической терминологией и символикой. Способствовать формированию умения организовывать собственную деятельность, выбирать типовые методы и способы выполнения упражнений (ОК 2).

2. Развивающие цели: развивать интерес к будущей профессии, понимание сущности и социальной значимости (ОК 1), способствовать формированию умения решать физические задачи.

3. Воспитательные цели: способствовать развитию коммуникативных способностей; создать условия для развития скорости восприятия и переработки информации, культуры речи; формировать умение работать в коллективе и команде (ОК 6).

Методы обучения: объяснительно-иллюстративный с использованием информационных технологий, репродуктивный.

Место проведения: аудитория колледжа.

МОТИВАЦИЯ

Тема 3.3 «Электроемкость. Конденсаторы. Энергия заряженного конденсатора» входит в программу по учебной дисциплине «Физика» и занимает значительное место, т.к. знания, полученные при изучении данной темы необходимы для изучения многих тем как в рамках программы по физике, так и при изучении смежных дисциплин (химия, математика).

На данное занятие отводится 2 учебных часа. Во время комбинированного занятия проводится актуализация знаний в форме устного опроса, с целью проверки остаточных знаний, которые необходимых при изучении нового материала; непосредственное изучение нового материала; первичного закрепление нового материала с помощью решения графических и качественных задач по данной теме. Контроль уровня усвоения нового материала проводится в форме тестирования студентов. Каждому образованному человеку необходимо непрерывно пополнять свои знания в области физики, развивать интерес к будущей профессии, понимание сущности и социальной значимости (ОК 1), научиться организовывать свою деятельность, уметь выбирать методы и способы выполнения задач и в дальнейшем оценивать их качество (ОК2), а также необходимо для будущего медицинского работника научится работать в коллективе и команде (ОК6).

.

ПРИМЕРНАЯ ХРОНОКАРТА КОМБИНИРОВАННОГО ЗАНЯТИЯ

ИСХОДНЫЙ МАТЕРИАЛ

План изложения учебного материала по теме «Электроемкость. Конденсаторы. Энергия заряженного конденсатора»

1. Конденсаторы.

2. Электроемкость. Формула электроемкости.

3. Энергия заряженного конденсатора

4. Виды конденсаторов

5. Использование конденсаторов

Изучение нового материала

1. С момента начала изучения электричества решить вопрос о его накоплении и сохранении удалось лишь в 1745 году Эвальду Юргену фон Клейсту и Питеру ван Мушенбруку. Созданное в голландском Лейдене устройство позволяло аккумулировать электрическую энергию и использовать ее при необходимости.

Лейденская банка – прототип конденсатора. Ее использование в физических опытах продвинуло изучение электричества далеко вперед, позволило создать прототип электрического тока.

Что такое конденсатор

Собирать электрический заряд и электроэнергию – основное назначение конденсатора. Обычно это система из двух изолированных проводников, расположенных как можно ближе друг к другу. Пространство между проводниками заполняют диэлектриком. Накапливаемый на проводниках заряд выбирают разноименным. Свойство разноименных зарядов притягиваться способствует большему его накоплению. Диэлектрику отводится двойственная роль: чем больше диэлектрическая проницаемость, тем больше электроемкость, заряды не могут преодолеть преграду и нейтрализоваться.

2. Электроемкость – основная физическая величина, характеризующая возможность конденсатора накапливать заряд.

Проводники называют обкладками, электрическое поле конденсатора сосредотачивается между ними. Энергия заряженного конденсатора, по всей видимости, должна зависеть от его емкости.

Электроемкость

Энергетический потенциал дает возможность применять (большая электроемкость) конденсаторы. Энергия заряженного конденсатора используется при необходимости применить кратковременный импульс тока. От каких величин зависит электроемкость? Процесс зарядки конденсатора начинается с подключения его обкладок к полюсам источника тока. Накапливаемый на одной обкладке заряд (величина которого q) принимается за заряд конденсатора. Электрическое поле, сосредоточенное между обкладками, имеет разность потенциалов U.

Электроемкость (С) зависит от количества электричества, сосредоточенного на одном проводнике, и напряжения поля: С= q/U. Измеряется эта величина в Ф (фарадах). Емкость всей Земли не идет в сравнение с емкостью конденсатора, величина которого примерно с тетрадь. Накапливаемый мощный заряд может быть использован в технике. Однако накопить неограниченное количество электричества на обкладках нет возможности. При возрастании напряжения до максимального значения может произойти пробой конденсатора. Пластины нейтрализуются, что может привести к порче устройства. Энергия заряженного конденсатора при этом полностью идет на его нагревание.

1. Величина энергии

Нагревание конденсатора происходит из-за превращения энергии электрического поля во внутреннюю. Способность конденсатора совершать работу по перемещению заряда говорит о наличии достаточного запаса электроэнергии. Чтобы определить, как велика энергия заряженного конденсатора, рассмотрим процесс его разрядки. Под действием электрического поля напряжением U заряд величиной q перетекает с одной пластины на другую. По определению, работа поля равна произведению разности потенциалов на величину заряда: A=qU. Это соотношение справедливо лишь для постоянного значения напряжения, но в процессе разрядки на пластинах конденсатора происходит постепенное его уменьшение до нуля. Чтобы избежать неточностей, возьмем его среднее значение U/2.

Из формулы электроемкости имеем: q=CU. Отсюда энергия заряженного конденсатора может быть определена по формуле: W = CU²/2. Видим, что ее величина тем больше, чем выше электроемкость и напряжение. Чтобы ответить на вопрос о том, чему равна энергия заряженного конденсатора, обратимся к их разновидностям.

1. Виды конденсаторов

Поскольку энергия электрического поля, сосредоточенного внутри конденсатора, напрямую связана с его емкостью, а эксплуатация конденсаторов зависит от их конструктивных особенностей, используют различные типы накопителей.

1.По форме обкладок: плоские, цилиндрические, сферические и т. д.

2.По изменению емкости: постоянные (емкость не меняется), переменные (изменяя физические свойства, меняем емкость), подстроечные. Изменение емкости можно проводить, изменяя температуру, механическое или электрическое напряжение. Электроемкость подстроечных конденсаторов меняется изменением площади обкладок.

3.По типу диэлектрика: газовые, жидкостные, с твердым диэлектриком.

4.По виду диэлектрика: стеклянные, бумажные, слюдяные, металлобумажные, керамические, тонкослойные из пленок различного состава.

В зависимости от типа различают и иные конденсаторы. Энергия заряженного конденсатора зависит от свойств диэлектрика. Основной величиной называют диэлектрическую проницаемость. Электроемкость ей прямо пропорциональна.

Плоский конденсатор

Рассмотрим простейшее устройство для собирания электрического заряда – плоский конденсатор. Это физическая система из двух параллельных пластин, между которыми находится слой диэлектрика. Форма пластин может быть и прямоугольной, и круглой. Если есть необходимость получать переменную емкость, то пластины принято брать в виде полудисков. Поворот одной обкладки относительно другой приводит к изменению площади пластин. Будем считать, что площадь одной пластины равна S, расстояние между пластинами примем равным d, диэлектрическая проницаемость наполнителя - ε. Электроемкость такой системы зависит только от геометрии конденсатора. С = εε₀S/d.

Энергия плоского конденсатора

Видим, что емкость конденсатора прямо пропорциональна полной площади одной пластины и обратно пропорциональна расстоянию между ними. Коэффициент пропорциональности - электрическая постоянная ε₀. Увеличение диэлектрической проницаемости диэлектрика позволят нарастить электроемкость. Уменьшение площади пластин позволяет получить подстроечные конденсаторы. Энергия электрического поля заряженного конденсатора зависит от его геометрических параметров. Используем формулу расчета: W = CU2/2. Определение энергии заряженного конденсатора плоской формы проводят по формуле: W = εε0S U2/(2d).

1. Использование конденсаторов

Способность конденсаторов плавно собирать электрический заряд и достаточно быстро его отдавать используется в различных областях техники. Соединение с катушками индуктивности позволяет создавать колебательные контуры, фильтры токов, цепи обратной связи.

Фотовспышки, электрошокеры, в которых происходит практически мгновенный разряд, используют способность конденсатора создать мощный импульс тока. Зарядка конденсатора происходит от источника постоянного тока. Сам конденсатор выступает как элемент, разрывающий цепь. Разряд в обратном направлении происходит через лампу малого омического сопротивления практически мгновенно. В электрошокере этим элементом служит тело человека.

Конденсатор или аккумулятор

Способность долгое время сохранять накопленный заряд дает замечательную возможность использовать его в качестве накопителя информации или хранилища энергии. В радиотехнике это свойство широко используется.

Заменить аккумулятор, к сожалению, конденсатор не в состоянии, поскольку имеет особенность разряжаться. Накопленная им энергия не превышает нескольких сотен джоулей. Аккумулятор может сохранять большой запас электроэнергии длительно и практически без потерь.

ПРИЛОЖЕНИЕ №1

КОНТРОЛЬ ЗНАНИЙ ПО ПРЕДЫДУЩЕЙ ТЕМЕ (устно)

«Напряженность электрического поля. Принцип суперпозиции. Графическое изображение полей»

1. Дайте определение напряженности электрического поля.

Ответ: Напряженность электрического поля — силовая характери­стика электрического поля, численно равная силе, действующей на единичный положительный заряд, помещенный в данную точку поля. Другая формулировка: отношение силы  , действующей на помещенный в данную точку поля заряд, к этому заряду  для каждой точки поля не зависит от заряда и может рассматриваться как силовая характеристика поля — напряженность электрического поля:  .

Напряженность — векторная величина. С другой стороны, сила, действующая на заряд q со стороны электрического поля, равна  .

1. Что называют линиями напряженности электрического поля?

 Ответ: Линии напряженности электрического поля (силовые линии)-это непрерывные линии, касательные к которым в каждой точке, через которую они проходят, совпадают с векторами напряженности. Эти линии называют силовыми линиями электрического поля, или линиями напряженности.

Густота силовых линий больше вблизи заряженных тел, где напряженность поля также больше. Напряженность электрического поля  измеряется в ньютонах на кулон (Н/Кл).

1. Дайте определение однородного электрического поля. Могут ли линии напряженности поля пересекаться?

Ответ: Однородное электрическое поле— это поле, напряженность которого одинакова во всех точках пространства.

По закону Кулона заряд будет действовать на другой заряд с силой  .Величина напряженности поля точечного заряда  на расстоянии  от него равна  , или в скалярной форме  . Вектор напряженности точечного заряда в любой точке электрического поля направлен вдоль прямой, соединяющей эту точку и заряд.

Линии напряженности никогда не пересекаются, поскольку в каждой данной точке пространства вектор  имеет лишь одно направление.

 В случае точечного заряда линии напряженности – радиальные прямые, выходящие из заряда, если он положителен, и входящие в него, если заряд отрицателен.

В случае однородного поля (для него вектор напряженности в любой точке постоянен по модулю и направлению) линии напряженности параллельны вектору напряженности.

1. Сформулируйте принцип суперпозиции полей. В каком случае он справедлив?

Ответ: Принцип суперпозиции (наложения) полей формулируется так:

Если в данной точке пространства различные заряженные частицы создают электрические поля, напряженности которых  и т. д., то результирующая напряженность поля в этой точке равна: .

Принцип суперпозиции полей справедлив для случая, когда поля, созданные несколькими различными зарядами, не оказывают никакого влияния друг на друга, т. е. ведут себя так, как будто других полей нет. Опыт показывает, что для полей обычных интенсивностей, встречающихся в природе, это имеет место в действительности.

Благодаря принципу суперпозиции для нахождения напряжен­ности поля системы заряженных частиц в любой точке достаточно воспользоваться выражением напряженности поля точечного заряда.

На рисунке ниже показано, как в точке A определяется напряжен­ность поля , созданная двумя точечными зарядами q₁ и q₂.

1. Как при помощи силовых линий можно представить электрическое поле? Изобразите электрические поля в различных случаях.

Ответ: Электрическое поле в пространстве принято представлять силовыми линиями. Понятие о силовых линиях ввел М. Фарадей при исследовании магнетизма. Затем это понятие было развито Дж. Максвеллом в исследованиях по электромагнетизму.

Силовая линия, или линия напряженности электрического поля, — это линия, касательная к которой и каждой ее точке совпадает с направлением силы, действующей на положительный точечный заряд, находящийся в этой точке поля.

На рисунках ниже изображены линии напряженности положительно заряженного шарика (рис. 1); двух разноименно заряженных шариков (рис. 2); двух одноименно заряженных ша­риков (рис. 3) и двух пластин, заряженных разными по знаку, но одинаковыми по абсолютной величине зарядами (рис. 4).

Линии напряженности на последнем рисунке почти параллельны в пространстве между пластинами, и плотность их одинакова. Это говорит о том, что поле в этой области пространства одно­родно. Однородным называется электрическое поле, напряженность которого одинакова во всех точках пространства.

1. Могут ли силовые линии быть замкнутыми, пересекаться? О чем говорит их густота на рисунке?

Ответ: В электростатическом поле силовые линии не замкнуты, они всегда начинаются на положительных зарядах и заканчиваются на отрицательных зарядах. Они нигде не пересекаются, пересе­чение силовых линий говорило бы о неопределенности направления напряженности поля в точке пересечения. Плотность силовых линий больше вблизи заряженных тел, где напряженность поля больше.

1. Что вам известно о поле заряженного шара?

Ответ: Напряженность поля заряженного про­водящего шара на расстоянии от центра шара, превышающем его радиус r ≥ R. определяется по той же формуле, что и поля точечного заряда . Об этом свидетельствует распределение силовых линий (рис. а), аналогичное распределению линий напряженности то­чечного заряда (рис. б).

Заряд шара распределен равномерно по его поверхности. Внутри проводящего шара напряженность поля равна нулю.

Критерии оценки:

Оценка «5» - на поставленный вопрос студент дал полный развернутый ответ и ответил на дополнительный вопрос;

Оценка «4» - на поставленный вопрос студент дал полный развернутый ответ, но не ответил на дополнительный вопрос;

Оценка «3» - на поставленный вопрос студент дал неполный ответ и не смог ответить на дополнительный вопрос;

Оценка «2» - не ответил на поставленный вопрос.

ПРИЛОЖЕНИЕ №2

ЗАДАНИЯ ДЛЯ ЗАКРЕПЛЕНИЯ И СИСТЕМАТИЗАЦИИ НОВЫХ ЗНАНИЙ (письменно, не оценивается)

Физика 10 Разноуровневые самостоятельные и контрольные работы А. Кирик стр.94 начальный уровень №1-6, стр. 95 средний уровень №1-4.

Эталоны ответов к заданиям для закрепления и систематизации

ПРИЛОЖЕНИЕ № 3

ЗАДАНИЯ ДЛЯ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО КОНТРОЛЯ ЗНАНИЙ

(Устно, не оценивается)

1. Кому и когда удалось решить вопрос о накоплении и сохранении электрического заряда?

2. Что называют конденсатором и в чем его назначение?

3. Что называют обкладками конденсатора? Где в конденсаторе сосредоточено электрическое поле?

4. Дайте определение электроемкости конденсатора.

5. По какой формуле вычисляется электроемкость?

6. От каких величин зависит электроемкость?

7. По какой формуле может быть определена энергия заряженного конденсатора?

8. Какие виды конденсаторов вам известны?

9. Что вы можете сказать об энергии плоского конденсатора?

10. Где нашли применение конденсаторы?

ПРИЛОЖЕНИЕ №4

КОНТРОЛИРУЮЩИЙ МАТЕРИАЛ (письменно)

1. Электроемкость конденсатора — это

1) объем пространства между пластинами

2) суммарный объем его пластин

3) отношение суммарного заряда на пластинах к раз­ности потенциалов, между пластинами

4) отношение модуля заряда на одной пластине к раз­ности потенциалов между пластинами

2. Если разность потенциалов между пластинами кон­денсатора увеличить в 3 раза не меняя заряда конденсатора, то его электроемкость

1) увеличится в 3 раза 2) уменьшится в 3 раза 3) не изменится 4) уменьшится в 9 раз

3. На одной обкладке конденсатора имеется положительный заряд 0,2 Кл, а на другой – отрицательный заряд 0,2 Кл. Электроемкость конденсатора 10⁴ мкФ. Напряжение между обкладками конденсатора равно

1) 20 мкВ 2) 40 мкВ 3) 20 В 4) 40 В

4.  Зависимость электроемкости плоского конденсатора от площади пластин показана на графике

5. Электроемкость воздушного плоского конденсатора, пластины которого – квадраты стороной 10 см, расположенные на расстоянии 1 мм друг от друга, примерно равна

1) 10 пФ 2) 0,1 нФ 3) 1 мкФ 4) 0,1 мФ

Эталоны ответов к заданиям контролирующего материала

Критерии оценки: за 3 правильно выполненных задания – «3» балла;

за 4 правильно выполненных задания – «4» балла;

за 5 правильно выполненных заданий – «5» баллов.

ЗАДАНИЕ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ ВНЕАУДИТОРНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ

Цель: Определить объем информации для самостоятельной работы студента, обратить внимание на значимые моменты.

Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев, Н. Н. Соцкий, Физика. 10 класс. Учебник для общеобразовательных учреждений (с приложением на электронном носителе). Базовый и профильный уровни - М.: Просвещение, 2011 г. Параграфы 101-103 прочитать, конспект выучить. Подготовить доклад или сообщение по теме: «Изобретение конденсатора», «Виды конденсаторов», «Применение конденсаторов».

ТРЕБОВАНИЯ К ОФОРМЛЕНИЮ СООБЩЕНИЯ

1. Сообщение оформляется на компьютере, сдается преподавателю в мультифоре.

2. Шрифт Times New Roman, 14 пт, межстрочный интервал – одинарный, поля по 1,5 см справа и слева, текст выравниваются по ширине, заголовок – посредине. Ф.И. автора – по правому краю.

3. Объем сообщения – 2-3 страницы формата А4; время выступления – не более 5 минут.

4. В сообщении не выделяются главы; недопустимы орфографические ошибки, опечатки, записи и исправления ручкой или карандашом.

5. В конце сообщения указывается список информационных источников.

6. Сообщение может сопровождаться мультимедийной презентацией (по желанию автора).

Например,

ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Иванов Максим, студент 219 группы

отделения Сестринское дело

Существуют различные типы машин, которые реализуют в своей работе превращение одного вида энергии в другой. Тепловой двигатель – устройство, превращающее внутреннею энергию топлива в механическую энергию….

Информационные источники:

1. Применение двигателей внутреннего сгорания [Электронный ресурс]/ nsportal// Режим доступа: http://nsportal.ru/shkola/mezhdistsiplinarnoe-obobshchenie/library/2011/12/07/ultrazvuk-i-ego-primenenie-v-meditsine

2. Устройство двигателя внутреннего сгорания [Электронный ресурс]/ rasteniya-lecarstvennie// Режим доступа: http://www.rasteniya-lecarstvennie.ru/20218-primenenie-ultrazvuka-v-medicine-i-tehnike-kratko.html

3. Физика вокруг нас – неизвестное об известном [Электронный ресурс]/ physicsaroundus.weebly// Режим доступа: http://physicsaroundus.weebly.com/1059108311001090108810721079107410911082.html

!!! Определите самостоятельно, соответствует ли Ваше сообщение требованиям к оформлению. Для этого внимательно прочтите их и подчеркните каждое выполненное требование. Проведите коррекцию работы по тем требованиям, которые не выполнены.

Критерии оценки: студент выучил конспект – «3» балла;

студент выучил конспект, владеет информацией из учебника – «4» балла;

студент выучил конспект, владеет информацией из учебника, подготовил доклад, соответствующий требованиям – «5» баллов.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Конденсатор. Электроемкость. [Электронный ресурс]/ nsportal// Режим доступа: nsportal.ru/shkola/fizika/library/2017/01/04/kondensator-elektroemkost

2. Конденсатор. Энергия заряженного конденсатора. [Электронный ресурс]/ fb// Режим доступа: http://fb.ru/article/150132/kondensator-energiya-zaryajennogo-kondensatora

3. Принцип суперпозиции полей [Электронный ресурс]/ calc// Режим доступа: https://www.calc.ru/Printsip-Superpozitsii-Elektricheskikh-Poley.html

4. Тест по теме «Электроемкость плоского конденсатора» [Электронный ресурс]/ studopedia// Режим доступа: http://studopedia.ru/8_8224_test---po-teme-elektroemkost-kondensatori.html

5. Физика. 10 класс: Учебник для общеобразоват. учреждений с приложением на электронном носителе: базовый и профильный уровни :[Текст]/ Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев, Н.Н. Соцкий.-11-е изд. - М. : Просвещение, 2011. – 336 с.