Электроемкость. Конденсаторы и их виды. Электроемкость плоского конденсатора.

Тема: Электроемкость. Конденсаторы и их виды. Электроемкость плоского конденсатора.

Науку всё глубже постигнуть стремись,

Познанием вечного жаждой томись.
Лишь первых познаний блеснёт тебе свет,
Узнаешь: предела для знания нет.

Фирдоуси, персидский и таджикский поэт (940 – 1030 г.)

Тип урока: изучение нового материала с элементами самостоятельной работы учащихся.

Цель: изучить понятия электроёмкости, конденсатора.

Задачи урока:

Образовательные:

сформировать понятие электроёмкости,

ввести понятие конденсатора как системы двух проводников, разделённых слоем диэлектрика;

показать внешний вид, устройство, маркировку конденсаторов постоянной и переменной ёмкости;

выяснить, от чего зависит ёмкость плоского конденсатора;

построить и вычислить ёмкость плоского конденсатора.

Воспитательные:

продолжить формировать научное мировоззрение, систему взглядов на мир и на технический прогресс; интерес к познанию законов природы и их применению;

Развивающие:

продолжить развитие экспериментальных умений, умения делать выводы и обобщение по данной теме;

развивать познавательный интерес к физике и технике;

развивать самооценку своей самостоятельной деятельности на уроке;

закрепить полученные знания через самостоятельное решение задач.

Оборудование:

Для учителя: компьютер, мультимедиапроектор, плоский конденсатор, конденсатор переменной ёмкости, таблицы электрометр, электрофорная машина

Для учащихся: для практической работы (2 жестяные и 1 стеклянная пластины, линейка, штангенциркуль, сборник задач Рымкевич – таблицы №8, 15). Раздаточный материал

Ход урока.

1. Организационный момент
2. Проверка домашнего задания
Слабоуспевающим учащимся предлагается выполнить тестовое задание «Диэлектрики и проводники в электростатическом поле» по материалам домашнего задания, другим учащимся будет предложено выполнить задание, дописать предложение, с остальным классом фронтальный опрос.  Приложение1
Весь класс фронтальный опрос:

1. Что такое проводники.( Проводниками называют тела, через которые электрические заряды могут переходить от заряженного тела к незаряженному. Способность проводников пропускать через себя электрические заряды объясняется наличием в них свободных носителей заряда. Примерами проводников могут служить металлические тела в твердом и жидком состоянии, жидкие растворы электролитов.)

2. Что такое диэлектрики (Диэлектриками, или изоляторами, называются такие тела, через которые электрические заряды не могут переходить от заряженного тела -к незаряженному. К диэлектрикам, например, относятся воздух и стекло, плексиглас и эбонит, сухое дерево и бумага.)

3. Какие существуют виды диэлектриков(Полярные и неполярные)

4. Что такое электрический диполь(система двух равных по модулю разноименных точечных зарядов (), расстояние  между которыми значительно меньше расстояния до рассматриваемых точек поля.

5. В чем заключается процесс поляризация диэлектрика(Процесс поляризации диэлектрика заключается в установлении преимущественной ориентации его молекулярных диполей вдоль силовых линий внешнего электрического поля)

6. Что такое диэлектрическая проницаемость среды(величина 𝜺, показывающая, во сколько раз сила взаимодействия двух электрических зарядов в среде меньше, чем в вакууме. )

3. Сообщение темы и целей урока.

-Перечислите способы, с помощью которых можно зарядить тело?
-Опишите процесс зарядки нейтральных тел.

Демонстрация

Перед вами электрофорная машина. В результате трения банки машины заряжаются. Между металлическими шариками возникает разность потенциалов. С увеличением напряжения между проводниками может возникнуть пробой диэлектрика, проводники разряжаются. Сегодня на уроке мы познакомимся с физической величиной, которая характеризует способность двух проводников накапливать электрический заряд. Эту величину называют – электроемкостью, обозначают буквой С.
Так же установим, от каких величин она зависит, в каких единицах измеряется. Познакомимся с устройством конденсаторов и их применением. Выводы и формулы вы должны записать в опорном конспекте.

4. Изучение нового материала Работа проводится индивидуально и в группах.

- Установим, как зависит электроемкость проводника от заряда и изменения потенциала.

Демонстрация.

А) Два корпуса электрометра заземлить, а стержни, на которые надеты шаровые кондукторы - большой и малый, соединить по очереди, от наэлектризованной палочки электрофорной машины. Каждый шар получает одинаковое количество положительного электричества. 

- Потенциал, какого электрометра увеличивается быстрее? /малого шара/

Б) Заряженные шары соединить проводником.

- Что показывают электрометры, как же распределились заряды?

/По показанию электрометров видно, что потенциалы шаров стали равными. После соединения происходило перемещение положительного заряда в сторону понижения потенциал, т. е. от малого шара к большому, пока потенциалы не выровнялись. Следовательно, на шарах заряды не равны; у большого шара заряд больше, чем у малого/ 

- Вы наглядно увидели, что у каждого проводника потенциал изменяется пропорционально заряду, а отношение заряда к потенциалу для данного проводника – величина постоянная, зависящая от его размеров и форм называется электроемкостью проводника.

Электроемкостью системы из двух проводников называется физическая величина, определяемая как отношение заряда q одного из проводников к разности потенциалов Δφ между ними:

В системе СИ единица электроемкости называется фарад (Ф): 1Ф = 1Кл/1В. 

Фарад -очень большая единица, поэтому на практике электрическую емкость часто выражают в микрофарадах и пикофарадах (1 мкФ = 10⁶ Ф, 1 пФ = 10^-12 Ф)

Мотивация Телевизор

- Приходилось ли вам сталкиваться с профессией мастера по ремонту телерадиоаппаратуры? Как вы думаете, чем он занимается? / Выявляет причины неисправности, осуществляет замену вышедших из строя деталей./
- Можете назвать эти детали?  /Диоды, триоды, транзисторы, конденсаторы…/ 
- Какие знания по физике нужны для работы телемастеру? / Устройство, назначение, принцип действия, правила включения приборов./

Целеполагание

С одной из радиодеталей познакомимся сегодня подробнее - это конденсатор. Он может накапливать большой электрический заряд а, следовательно, тесно связан с материалом, который мы изучаем.

Сообщения учащихся: «Открытие факта конденсации», «Устройство первого конденсатора»

Конденсатор — двухполюсник с определённым значением ёмкости и малой омической проводимостью; устройство для накопления энергии электрического поля. Конденсатор является пассивным электронным компонентом. Обычно состоит из двух электродов в форме пластин (называемых обкладками), разделённых диэлектриком, толщина которого мала по сравнению с размерами обкладок.

Выведем формулу емкости плоского конденсатора

Между пластинами конденсатора образуется электрическое поле напряженностью Е=Е₊ + Е_- напряженности положительно и отрицательно заряженных пластин соответственно. Так как их модули равны и направлены в одну сторону, то модуль результирующего поля к конденсаторе равен:

Поскольку напряжение и напряженность связаны друг с другом соотношением:

•  - диэлектрическая проницаемость

• S – площадь пластин;

• d – расстояние между пластинами.

Электроемкость плоского конденсатора, состоящего из двух пластин, прямо пропорциональна площади его пластины, величине диэлектрической проницаемости и обратно пропорциональна толщине диэлектрика

Задание №1

1 группа Вывести формулу плоского конденсатора.

Демонстрация.
В) Установить зависимость электроемкости от размеров, форм проводника, диэлектрической проницаемости среды можно, проведя опыт с электрометрами, металлическими дисками.

2 группа.При уменьшении расстояния между дисками, стрелка электрометра показывает уменьшение потенциала. 

3 группа. Уменьшение потенциала произойдет, если, сблизив диски до расстояния немного превышающего толщину пластины из диэлектрика, вставить её в зазор между дисками при удалении пластины потенциал восстанавливается до прежней величины. 

4 группа.Если пространство между обкладками заполнено диэлектриком, электроемкость конденсатора увеличивается в ε раз.

C помощью эксперимента установили зависимость емкости от площади пластин конденсатора, расстояния между ними и рода диэлектрика.

• S уменьшается → увеличивается U, значит С уменьшается;

• d уменьшается → уменьшается U, значит С увеличивается;

• ввод → уменьшается U, значит С увеличивается.

5.  Закрепление знаний учащихся

Задание№2 Практическое задание "Вычисление ёмкости плоского конденсатора"

Инструкция по постановке опыта

Постройте и вычислите ёмкость плоского конденсатора.

Оборудование: 2 жестяные и 1 стеклянная пластины; штангенциркуль; линейка; сборник задач Рымкевич таблицы 8 и 15.

1. Соберите плоский конденсатор из имеющихся материалов. 
2. Сделайте необходимые измерения и вычислите электроёмкость плоского конденсатора. 
3. Результаты измерений и вычислений запишите в тетрадь.

4. Ответ выразите в пикофарадах

Задачи:

1. В распоряжении радиолюбителя имеются 2 конденсатора. Как нужно их соединить, чтобы удвоить, уменьшить в 2 раза электрическую емкость?
2. Определите электроемкость конденсатора, если заряд на одной из обкладок конденсатора равна 1,2 10^-5 Кл, а напряжение в цепи равно 12 В. (1 мкФ)

Мы с вами рассматривали конденсатор переменной емкости но существуют конденсаторы постоянной ёмкости – конструкция не предусматривает изменение ёмкости. На них указывается номинальное напряжение (в цепь с большим напряжением включать нельзя!!) В каждой группе находятся конденсаторы различных видов, рассмотрите внешний вид, устройство, маркировку и данные запишите себе в тетрадь

А сейчас заслушаем сообщения учащихся: «Типы конденсаторов», и «Применение конденсаторов»

6. Подведение итогов урока.

- Что называют электрической емкостью?
- Чему равна емкость плоского конденсатора?
- Что такое конденсатор?
- С какими видами конденсаторов вы познакомились?

- Где применяются конденсаторы?

Рефлексия. Закончить предложение:

• Сегодня на уроке я узнал…

• Сегодня на уроке я повторил…

7. Домашнее задание.§8.10,8.11
При выставлении оценки обращаю внимание на заполнение опорного конспекта, оцениваю умение выделять учащимися главного из многого.