Презентация к уроку для 10 класса "Электроёмкость. Конденсаторы."

Автор : Шагов Сергей Николаевич, учитель высшей квалификационной категории МОУ «СОШ №5» города Ржева Тверской области имени Воинов 100 и 101 отдельных стрелковых бригад.

10 класс

Тема. Электроёмкость. Конденсаторы.

Цель: ввести понятия электроёмкости двух проводников, сформулировать определение конденсатора, изучить устройство и работу плоского конденсатора, законы соединений конденсаторов и их применение.

Основные понятия : электроёмкость, конденсатор.

УЭ2. Цель : введение понятия электроёмкости, электроёмкости двух проводников и электроёмкости уединённого проводника.

Учебник Г.Я Мякишев и др.: §87.

Вопросы для фронтальной беседы :

1.Можно ли провести электризацию для проводников?

2.Какой заряд можно накопить на изолированном проводнике ?

3.Что может произойти с воздухом, находящимся между двумя близко расположенными проводниками, если на них накопить очень большой заряд?

Электроёмкостью называют физическую величину, характеризующую способность проводников накапливать электрический заряд.

УЭ2. Цель : введение понятия электроёмкости, электроёмкости двух проводников и электроёмкости уединённого проводника.

Учебник Г.Я Мякишев и др.: §87.

+ q

– q

Электроёмкостью двух проводников называют отношение заряда одного из проводников к разности потенциалов между ними:

q

С = .

U

[Кл]

[С] = = [Ф]

СИ (учебник, стр.321)

[В]

фарад

УЭ2. Цель : введение понятия электроёмкости, электроёмкости двух проводников и электроёмкости уединённого проводника.

Учебник Г.Я Мякишев и др.: §87.

Вопрос : а как найти электроёмкость одного (уединённого) проводника (например, сферического)?

q

q

q

U = φ – φ = k – k = k , где r = R, r → ∞.

εR

εr

εr

2

2

1

1

2

1

R – радиус сферического проводника.

εR

1

С = = 4πεε R, где k = , ε – электрическая постоянная.

k

4πε

0

0

0

Электроёмкостью уединённого проводника называют отношение заряда одного проводника к его потенциалу, если все другие проводники бесконечно удалены.

УЭ2. Цель : введение понятия электроёмкости двух проводников.

Учебник: §87.

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 = 4πR 3 /3. Шарики ртути находятся в вакууме.

Решение . Используем формулу: С = 4πɛɛ 0 R. Масса большой капли ртути равна: М = nm или πρR = πnρr . Значит, R = r(n) .

Тогда получаем: С = 4πεε r(n) ≈ 2,2 пФ.

Ответ : ≈ 2,2 пФ.

4

1/3

4

3

3

3

3

1/3

0

УЭ3. Цель : ввести понятие конденсатора и электроёмкости плоского конденсатора, изучить различные соединения конденсаторов (учебник: §87).

Конденсатор – система двух проводников, разделённых слоем диэлектрика.

Если диэлектрик воздух, то конденсатор называют воздушным.

+

S

ε

Плоский конденсатор

–

d

S – площадь одного из проводников

d – расстояние между проводниками или толщина диэлектрика

ε – диэлектрическая проницаемость

εε 0 S

С = – электроёмкость плоского конденсатора.

d

УЭ3. Цель : ввести понятие конденсатора и электроёмкости плоского конденсатора, изучить различные соединения конденсаторов (учебник: §87).

Конденсаторы

по величине ёмкости

по виду диэлектрика

по виду обкладок

воздушные

плоские

постоянные

переменные

цилиндрические

слюдяные

сферические

электролитические

бумажные

керамические

желудёвые

пальчиковые

УЭ3. Цель : ввести понятие конденсатора и электроёмкости плоского конденсатора, изучить различные соединения конденсаторов (учебник: §87).

соединения конденсаторов

параллельное

последовательное

+

+

+

+

С

–

1

–

–

–

+

С

С

С

1

2

3

–

С

q

q = =

q

q =

2

2

1

3

U = U = U = U

U = U + U + U

2

3

1

3

1

2

q = q + q + q

1

1

1

1

= + +

1

2

3

C

C

C

C

C

C = + +

C

3

C

2

1

2

3

1

Все формулы справедливы для любого количества конденсаторов

УЭ4. Цель : применение формул для электроёмкости плоского конденсатора и 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?

Решение . Воспользуемся формулой плоского конденсатора:

εε 0 S

С = .

d

С 2

S 2 d 1

=

=

1,5.

Тогда получаем:

С 1

S 1 d 2

Ответ : 1,5.

УЭ4. Цель : применение формул для электроёмкости плоского конденсатора и соединений конденсаторов.

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?

Решение . а) конденсатор отключен от источника напряжения:

q 1 = q 2 . Так как Е ~ q, то получаем, что Е 1 = Е 2 .

Определим отношение ёмкостей конденсатора при увеличении расстояния между его пластинами:

C 1

d 2

εε 0 S

=

=

3.

=

С

C 2

d 1

d

Тогда, отношение напряжений на конденсаторе при увеличении расстояния между его пластинами равно:

C 1

U 2

q

=

3.

=

С

=

U 1

C 2

U

УЭ4. Цель : применение формул для электроёмкости плоского конденсатора и соединений конденсаторов.

Случай б) рассмотреть самостоятельно.

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

Решение . Имеем два варианта: а) и б):

S

S

Рассмотрим случай б).

d

d

а)

б)

При переходе от верхней схеме к нижней получаем два конденсатора, соединённых последовательно. Один с диэлектриком, другой без него.

ε

ε

ε 0 S

εε 0 S

С 1 С 2

.

=

С 2

,

,

С 1

=

Тогда можно записать:

=

С

d/2

d/2

С 1 + С 2

ε 0 S

2εε 0 S

.

.

Начальная ёмкость: С 0

=

Итак, получаем:

С

=

d

(ε +1)d

УЭ4. Цель : применение формул для электроёмкости плоского конденсатора и соединений конденсаторов.

Таким образом, при введении диэлектрической пластины в конденсатор способом б) ёмкость увеличивается:

2ε

4

С

=

С 0

=

С 0

.

3

ε +1

Случай а) рассмотреть самостоятельно.

Ответ : б) увеличивается в 4/3 раза.

УЭ5. Цель : получить формулы для расчёта энергии плоского конденсатора .

Вопрос : почему конденсаторы нашли широкое применение в электротехнике?

Ответ : конденсаторы могут накапливать энергию и хранить её длительное время:

qEd

.

=

W э

2

=

, то получим:

Ed

U

Если воспользоваться формулой

qU

.

=

W э

2

Воспользовавшись формулой для электроёмкости плоского конденсатора

q

,

=

С

U

2

q

2

СU

.

получим ещё ряд формул для энергии:

W э

=

=

2С

2

УЭ5. Цель : получить формулы для расчёта энергии плоского конденсатора .

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

Решение . Воспользуемся одной из формул для энергии заряженного конденсатора:

2

CU

.

W э

=

2

Тогда

U

2

W э2

=

2

=

16.

W э1

2

U

1

Ответ : 16 раз.

УЭ5. Цель : получить формулы для расчёта энергии плоского конденсатора .

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.

Решение . Воспользуемся одной из формул для энергии заряженного конденсатора:

2

CU

=

W э

.

2

2

2

3CU

2

CU

CU

–

1

.

–

=

Отсюда находим:

1

2

∆ W э

Тогда

W э1

W э2

=

=

2

2

2

[

]

∆ W э

1/2

2∆W э

=

=

100 В. Тогда

W э1

=

U

=

0,1 Дж.

3

3C

1

Ответ : 100 В; 0,1 Дж.

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?

УЭ7. ДЗ : §97-99 (физика-10, Г.Я Мякишев и др.); ЗСР к §99 (№1, 3).

Посмотреть видеоролик пройдя по ссылке:

https :// www . youtube . com / embed / Df 4 RRCIINAU

УЭ8. Цель : проверка усвоения материала урока.

Обучающиеся самостоятельно решают карточки по вариантам. Каждый обучающийся выполняет свой вариант.