Технолдогическая карта "Электроемкость конденсатора"

Тема урока

Электроемкость конденсатора.

Цель урока

Задачи урока

Формирование понятия электроёмкости, понятия конденсатора, его схематическое обозначение, единицы электроемкости – фарад.

- Сформировать знания об электроемкости, установить опытным путем зависимость электроемкости от геометрических параметров плоского конденсатора. Сформировать знания об энергии заряженного конденсатора и их применении;

- формировать научное мировоззрение, показать роль эксперимента в изучении физики, повышать интерес к физике;

-  развивать внимание, умение анализировать и объяснять  явления в конденсаторах; выделять главное, устанавливать причинно-следственные связи; приводить примеры.

Обучающийся должен

                            Знать:

- понятие электрического поля;

- характеристику электрического поля;

-  понятие разности потенциалов двух точек;

- проводники в электрическом поле.

Уметь:

- вычислять разность потенциалов двух точек.  

Формируемые компетенции

ОК.3. Осуществлять оценку собственной деятельности.

ОК. 5 Использовать информационно-коммуникационные технологии в профессиональной деятельности.

Показатель оценки результата

- Знать устройство и назначение конденсатора, а также его применение.

- Уметь вычислять емкость конденсатора.

Межпредметные связи

Обеспечивающие дисциплины

ОДБ. 04 История

ОДБ.06 Химия

ОДП.10 Математика

Обеспечиваемые дисциплины

(модули, МДК)

ОПД. 08 Электробезопасность.

МДК.01.01 Устройство, техническое обслуживание и ремонт узлов локомотива.

Средства обучения, оборудование

Мультимедиа, презентация, раздаточный материал.

Вид учебного занятия

Теоретическое занятие

Тип учебного занятия

Урок усвоения новых знаний

Применяемые технологии

Информационно-коммуникативная технология; технология личностно-ориентированного обучения; дифференцированное обучение

Основная литература

1) Касьянов В.А "Физика"

2) Интернет-ресурсы.

Содержание урока

№ этапа

Этапы урока, учебные вопросы,

 формы и методы обучения

Временная регламентация

1.

Организационный этап:

- проверка готовности обучающихся к уроку;

- проверка посещаемости.

2 мин.

2.

Мотивационный момент, формулирование целей урока:

 (Слайд-2)

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.)

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

Итак, тема урока: Электроемкость конденсатора.

Какие цели мы поставим сегодня на уроке?

 мин.

3.       

Актуализация знаний:

1.                 Какие способы электризации тел вы можете назвать? (Трением эбонитовой палочки о шерсть,  электростатической машиной, с помощью гальванического элемента).

2.                 Как можно объяснить явление электризации?

3.                 Электрическое поле, его характеристики?

11 мин.

4.

Изучение нового материала:

Изучение электрических явлений вы начали еще в восьмом классе, познакомившись с явлением электризации. Сегодня мы можем провести классический опыт. Возьмем две стеклянные банки разных размеров, предварительно изолировав их от земли. Поднесем к каждой из этих банок одинаковый заряженный шар на изолированной ручке.

Если теперь мы измерим потенциалы каждой из банок, с помощью электрометров, то убедимся, что эти потенциалы не равны. Это наводит на мысли о том, что на различных телах накопление заряда происходит по-разному. Другой опыт, который мы можем провести — это разноименно зарядить два проводника.

Как вы понимаете, с увеличением заряда, будет расти напряженность электрического поля между данными проводниками. При неизменном расстоянии между проводниками, с увеличением напряженности будет расти и разность потенциалов, то есть, электрическое напряжение. При достаточно большом напряжении, диэлектрик становится проводящим (поскольку не существует идеальных диэлектриков). Возникает явление, которое называется пробоем диэлектрика: между проводниками проскакивает искра, в результате чего они разряжаются. Это говорит нам о том, что чем меньше увеличивается напряжение с увеличением заряда, тем больший заряд можно накопить. Таким образом, мы можем заключить, что необходимо ввести физическую величину, которая характеризует способность накапливать электрический заряд. Эта величина называется электроемкостью или просто емкостью.

Поскольку напряжение между двумя проводниками пропорционально напряженности электрического поля, а напряженность, в свою очередь, пропорциональна зарядам на проводниках, можно сделать вывод, что напряжение пропорционально зарядам на проводниках:

Как мы уже сказали, чем меньше увеличивается напряжение с увеличением заряда, тем больший заряд можно накопить. Поэтому, определение электроемкости для двух проводников звучит так: электроемкость двух проводников — это отношение заряда одного из проводников к разности потенциалов между ними:

Единицей измерения электроемкости является фарад (в честь Майкла Фарадея):

Как видно из формулы электроемкость двух проводников равна 1 Ф, если при сообщении им зарядов 1 Кл и –1 Кл, между ними возникает напряжение в 1 В.

Как мы уже говорили, заряд в 1 Кл — это очень большой заряд, поэтому, электроемкость в 1 Ф — тоже очень большая. На практике используются такие величины, как микрофарады и нанофарады.

Итак, мы дали определение электроемкости для двух проводников. Система проводников, используемых для накопления электрического заряда, называется конденсатором. Конденсатор состоит из двух проводников, которые разделены слоем диэлектрика.

Толщина диэлектрика должна быть невелика по сравнению с размерами проводников. Проводники в конденсаторе называются обкладками. В качестве обкладок часто используют очень тонкие металлические пластины, а в качестве диэлектрика — бумагу или воздух.

На сегодняшнем уроке мы рассмотрим плоский конденсатор. Плоский 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:

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

Таким образом, мы выяснили, что электроемкость плоского конденсатора прямо пропорциональна площади пластин и обратно пропорциональна расстоянию между ними:

Конечно 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. Значение электрической постоянной соответствует диэлектрической проницаемости вакуума:

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.

Помимо конденсаторов с постоянной электроемкостью, существуют также конденсаторы, которые обладают переменной электроемкостью. В таком конденсаторе есть статор и ротор. Вращая ротор, можно изменять суммарную площадь перекрываемую пластинами и, таким образом, изменять электроемкость. 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).

Кроме этого, на практике нередко используются конденсаторные батареи. Конденсаторная батарея представляет собой набор из нескольких конденсаторов постоянной емкости, соединенных между собой параллельно или последовательно. В зависимости от соединения, между параметрами конденсатора наблюдаются различные закономерности, которые сведены в таблицу:

160 мин.

5.

Проверка результатов работы:

Решение задач.

1. Задача. 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.

2.Определите толщину диэлектрика конденсатора, электроёмкость которого 1400 пФ, площадь покрывающих друг друга пластин 14 см², если диэлектрик – слюда.

10 мин.

6.

Подведение итогов урока:

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

Хорошо.

Оценки…

2 мин.

7.

 Рефлексия: 

1. Что нового, полезного для себя изучили?

2. Какие трудности возникли в ходе изучения?

А теперь продолжите предложение, которые вы видите на экране:

- сегодня я узнал……

- было интересно…

- было трудно…

- я понял, что…

- я научился …

2 мин.

8.

Домашнее задание: § 91; самостоятельно: Потенциал – энергетическая характеристика поля.

1 мин.