План-конспект урока "Электроёмкость. Конденсаторы" 10 класс

ПЛАН­КОНСПЕКТ УРОКА  Используемые технологии    : Проблемное обучение, межпредметная интеграция,  исследовательские методы обучения, информационно­  коммуникационные. Форма урока :Комбинированный урок: Объяснение с элементами беседы, парная  практическая работа с элементами исследования. Цель урока: Формирование результатов: Предметных: понимание физической сути величины электрическая ёмкость двух  проводников, знание определения, обозначения, формулы, единицы измерения физической  величины электрическая ёмкость, знание назначения, устройства, принципа действия  конденсатора, формул для расчёта энергии электрического поля конденсатора, умение  аналитическим и экспериментальным путём рассчитывать величины, характеризующие  конденсатор.  Метапредметных:  умение анализировать и систематизировать информацию из разных  источников, получать необходимую информацию из справочных источников информации,  пользоваться информационно­коммуникационными  технологиями для решения  экспериментальных и информационных зада Личностных: формирование коммуникационных компетенций в ходе практической  парной работы, мотивационных компетенций, умения выполнять правила ОТ и ТБ при  выполнении практических работ, развитие памяти, логического мышления. Оборудование: 1. Средства  ИКТ: мультимедиа проектор, интерактивная доска. 2. Демонстрационное оборудование: высоковольтный источник напряжения,  электрометры, шарики на изолированной ручке, плоские проводники, алюминиевые  банки разных размеров (от калориметра), источник постоянного тока,  конденсатор2200 мкФ, лампа 3,5 В  0,25 А, резистор 360 Ом, переключатель,  соединительные провода, набор конденсаторов. 3. Лабораторное оборудование: нетбуки  с программой «Практикум», набор приборов  из комплекта «Цифровая лаборатория» для работы «Изучение протекания тока в  цепи, содержащий конденсатор». 4. Раздаточный материал (приложения к плану урока): справочные материалы, текст  практической  работы, лист отчёта. 5. Образовательные цифровые ресурсы: Флипчарт для интерактивной доски 1 План  урока: 1. Организационный момент. Создание проблемной ситуации. Актуализация знаний. 2. Изучение нового материала. 3. Инструктаж по ОТ.  4. Закрепление изученного материала через его применение  для выполнения практической   работы. 5. Рефлексия 6. Домашнее задание, подведение итогов. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ КАРТАУРОКА Деятельность учителя Деятельность учащихся 1. Организационный момент. Создание проблемной ситуации.  Актуализация знаний. Объяснительно­иллюстративные метод. Объяснение с элементами беседы.  Фронтально. Ребята, посмотрите фрагмент концерта Роберта Уильямса  одного  из  самых популярных  британских певцов, исполняющего песни в жанрах   поп, поп­рок, софт­рок, и т. п., автора песен. За  характерный тембр голоса и манеру исполнения Элтон Джон назвал Уильямса «Фрэнк Синатра  XXI  2   Коллективно воспринимают  информацию. Отвечают на  вопросы. Репродуктивно. Смотрят видео. века». На экране  стр. 1  флипчарта Зрелище огромного количества вспышек фотоаппаратов. Что мы видим? Может, вы поняли из обращения певца к зрителям, звучащего на английском языке,  что он попросил всех сделать. Т.е. у фотоаппарата есть такая функция освещать пространство? Для чего? Как долго продолжается вспышка? Аналогичное явление мы наблюдаем во время молнии.  Между облаком и поверхностью земли, накопившими противоположные заряды, возникает  электрическое поле заставляющее  электроны двигаться к положительным  зарядам.  Этот процесс  происходит очень быстро, и так как он сопровождается свечением,  мы можем его наблюдать. На экране  стр. 2  флипчарта Сфотографировать певца. Зал  озарился яркими вспышками  фотоаппаратов. Что бы фотографии были более  качественными? Мгновение. Можно сделать вывод: электрический заряд может накапливаться. Накапливают электрический  заряд,  а значит, электрическую энергию проводники и при необходимости они их отдают. Характеризуется это свойство проводников физической величиной  «электрическая ёмкость», а  приборы, накапливающие заряды, называются «конденсаторы». Тема сегодняшнего урока   «Электроёмкость. Конденсаторы». Записывают тему урока в тетради. На экране  стр. 3  флипчарта 2. Изучение нового материала. Демонстрация опыта.  Зарядим шарик на изолированной ручке от высоковольтного  источника напряжения, поделим заряд шарика, прикоснувшись к нему точно таким же  шариком, и зарядим два одинаковых электрометра от одинаково заряженных шариков,  убедимся, что стрелки электрометров отклонились на одинаковые углы. Подсоединим к  заранее разряженным стержням электрометров  разные по размерам алюминиевые банки.  Зарядим банки, поместив внутрь них одинаково заряженные шарики, убедимся, что стрелки электрометров отклонились на разные углы, т.е. сообщен разный потенциал и для того,  3 Коллективно воспринимают  информацию, записываю в тетради. чтобы потенциал стал одинаковым, надо добавить заряд большей банке. Вывод: потенциал проводника пропорционален  накопленному заряду, и разные проводники способны накопить разное количество заряда. На экране стр. 4   флипчарта                                      Демонстрация опыта. Зарядим от высоковольтного источника напряжения два плоских проводника. Один имеет  заряд +q, другой –q? Между проводниками возникает электрическое поле и напряжение  (при увеличении напряжения возможен пробой).  Электроёмкость двух проводников  ­ отношение заряда одного из проводников к  напряжению между ними. Электроёмкость измеряется в Фарадах. Единица названа в честь Майкла Фарадея. На экране  стр. 5  флипчарта Электроёмкость равная 1 Фараде очень большая величина. Поэтому применяются дольные  единицы. На экране  стр.6 флипчарта Два плоских проводника, расположенные параллельно, которые вы видите, называются  конденсатором. Конденсатор­ это два проводника (обкладки), разделённые слоем  диэлектрика (в данном случае воздуха), толщина которого мала по сравнению с размерами  проводников. Ёмкость конденсатора не зависит от q, U, но зависит от его параметров.  Зарядом конденсатора считаем заряд одной из пластин. Убедимся  на опыте, что  напряжение конденсатора зависит от площади пластин, расстояния между ними,  4 диэлектрика. Формула расчёта ёмкости конденсатора. Демонстрация опыта: зависимость угла отклонения стрелки электрометра от расстояния  между пластинами, их площади, диэлектрика.   Вывод      На экране  стр. 7  флипчарта Демонстрация разного вида конденсаторов. Демонстрация опыта по разрядке конденсатора через лампу по схеме На экране  стр. 8 флипчарта Для зарядки конденсатора совершается работа по разделению положительных и  отрицательных зарядов, по закону сохранения энергии  эта работа равна энергии  конденсатора. Убедимся, что заряженный конденсатор обладает энергией, разрядив его  через цепь, содержащую  лампочку. Энергия конденсатора перешла в тепло и энергию  света. Выведем формулу энергии заряженного конденсатора. На экране  стр. 9, 10 флипчарта Конденсаторы применяются для вспышки фотоаппарата, для возбуждения квантовых  источников света с помощью газоразрядных трубок, которая вспыхивает при разрядке  батареи конденсаторов, в радиотехнике. Зависимость ёмкости конденсатора от расстояния  между пластинами используется в работе клавиатуры. 3. Инструктаж по ОТ.  5 4. Закрепление изученного материала через его применение для выполнения практической   работы. Вам предстоит выполнить практическую работу по предлагаемому алгоритму и заполнить  отчёт. (Приложение к плану урока) Парная работа. Продуктивно.  Выполняют исследовательскую  практическую работу, используя  оборудование «Цифровая  лаборатория» 5. Рефлексия 6. Домашнее задание, подведение итогов. Приложение к плану урока  Изучение протекания постоянного тока в цепи, содержащей конденсатор.  Расчет ёмкости конденсатора, накопленного на конденсаторе заряда,  энергии конденсатора. 1.Простейший плоский  конденсатор состоит из двух плоскопараллельных  металлических  пластин (которые называют обкладками), разделённых тонким слоем  изолятора.  Для выполнения данного задания конденсатор   изготавливается  из двух листов алюминиевой фольги (обкладки  конденсатора), изолированных  листом тонкого полипропилена (одна из  стенок файла для хранения бумаги). Для удобства работы один лист фольги  вложен в файл, второй  ­  в пластиковый карман с более прочными стенками.  Электрический контакт с обкладками конденсатора осуществляется с  помощью металлических зажимов – «крокодилов», в один из которых  зажимаются лист фольги, стенка  файла и стенка плотного пластикового  кармана, во второй – второй лист фольги и вторая стенка кармана (рис.1). К  крокодилам подводятся соединительные провода. 6 Для  обеспечения плотного прижатия всех слоёв конструкции друг к другу  нужно вложить карман в книгу формата А4, оставив часть с контактами у  торца книги, и прижать остальную поверхность к столу другими книгами. 2.  Рассчитайте ёмкость изготовленного конденсатора  по  формуле, произведя измерения и расчёты, а также  воспользовавшись справочными материалами. Запишите значения  величин и результаты расчётов  в отчёт. 3. Соберите цепь, состоящую из последовательно соединённого резистора  сопротивлением 1000 Ом, изготовленного конденсатора и ключа (рис. 2), по  схеме (ключ должен быть разомкнут). К точкам  А и Г  подключите клеммы источника постоянного тока (U0=5 В),  кабель которого нужно соединить со свободным USB – портом компьютера. К точкам А и Б подключите щупы Канала №1 (красный)  осциллографического датчика, а к точкам  Б и В – щупы  Канала №2. 7 4.Подключите USB­кабель осциллографического датчика к компьютеру и  запустите программу «Практикум». После открытия окна программы и  опознания программой осциллографического  датчика выберите сценарий  работы «Протекание тока в цепи с конденсатором». Откройте вкладку   «Исходные данные» (кнопка  )  и внесите в неё напряжение на источнике  напряжения U0=5 В и сопротивление резистора R=1000 Ом. Запустите измерения (кнопка  ) и замкните ключ. Канал №2 должен  показывать напряжение на конденсаторе (UC), канал №1 – напряжение на  резисторе (UR), которое должно быть близким к нулю.  Остановите  регистрацию (кнопка  ) и установите на осциллограмме вертикальный  маркер. Запишите значение  напряжения  UCв отчёт.Разомкните ключ. Наличие напряжения между двумя пластинами конденсатора означает, что  после присоединения конденсатора к источнику напряжения, пластины его  зарядились, то есть через резистор R  и через ключ на них натекли заряды  противоположного, причём произошло это очень быстро. В стационарном  состоянии заряды не перемещаются, ток в цепи равен нулю, а заряды на  конденсаторе сохраняются. Таким образом, конденсатор является разрывом   цепи постоянного тока. 5.Рассчитайте и запишите в отчёт значение заряда, накопленного  на  обкладках конденсатора, энергию заряженного конденсатора, напряжённость  8 электрического поля между пластинами конденсатора  по следующим  формулам                          , Наличие напряжения между двумя пластинами конденсатора означает, что  после присоединения конденсатора к источнику напряжения, пластины его  зарядились, то есть через резистор R  и через ключ на них натекли заряды  противоположного, причём произошло это очень быстро. В стационарном  состоянии заряды не перемещаются, ток в цепи равен нулю, а заряды на  конденсаторе сохраняются. Таким образом, конденсатор является разрывом   цепи постоянного тока. 6. Соедините  крокодилы, присоединённые к обкладкам конденсатора,  конденсатор разрядится. Повторно запустите измерения, замкните ключ,  оставив соединёнными обкладки конденсатора. Канал №1 должен показывать  напряжение  на резисторе (UR),напряжение на конденсаторе (UC) должно быть  близким к нулю, так как заряды потекут по соединённым крокодилам  в обход конденсатора через резистор. Остановите регистрацию и установите на  осциллограмме вертикальный маркер. Запишите значение  напряжения   URв  отчёт. Разомкните ключ. 9