Урок физики в 11 классе "Разность потенциалов электростатического поля"

Физика-11 класс

Урок № 5

Тема урока: Разность потенциалов электростатического поля. Электроемкость.

Энергия заряженного конденсатора. Энергия электрического поля.

Цели урока:

Образовательные:

-введение понятия потенциала электростатического поля, разность потенциалов;

-сформировать понятие электроёмкости, используя ПОХ рассказа о величине;

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

- познакомить с понятием электроемкости

Развивающие:

-продолжить развитие экспериментальных умений, умения делать выводы;

-развивать познавательный интерес к физике и технике;

-развивать самооценку своей самостоятельной деятельности на уроке;

-закрепить полученные знания через самостоятельное решение задач.

Воспитательные:

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

Тип урока: урок усвоения новых знаний.

Вид урока: комбинированный

Учебник: Физика-10. Общественно-гуманитарное направление. Автор: Р.Башарулы, Г. Айжасарова, У. Токбергенова

План урока:

I.Организационный момент. Постановка цели урока.

II.Объяснение нового материала

III. Закрепление новой темы. Решение задач. IV. Подведение итогов урока. Рефлексия V. Домашнее задание

1. Организационный момент.

Приветствие учащихся, организация рабочего места.

Вступительное слово учителя: ребята, вы уже не первый год изучаете физику, из каждого урока узнаете все больше о законах и явлениях природы, пытаясь ответить на вопросы, что беспокоили человечество тысячелетиями. Сегодня на уроке мы познакомимся с понятием разности потенциалов электростатического поля, электроемкости плоского конденсатора, энергии электрического поля.

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.)

1. Объяснение нового материала (сопровождается презентацией).

1.Разность потенциалов электростатического поля

Работа любого электростатического поля А при перемещении в нем заряда q на расстояние d определяется: A₊= F где d -расстояние между пластинами.

 На замкнутой траектории работа электростатического поля всегда равна нулю.

Поля, обладающие таким свойством, называют потенциальными.

Потенциальный характер, в частности, имеет электростатическое поле точечного заряда.

Отношение вида является еще одной характеристикой поля. Это отношение обозначается Т.е. (16)

Разностью потенциалов называют физическую величину, равную отношению работы электрического поля при перемещении положительного заряда к величине этого заряда.

Разность потенциалов измеряется в вольтах (В) 1В=

Разность потенциалов является энергетической характеристикой электрического поля.

A= и А=q

q

(17)

=

модуль напряженности однородного электрического поля равен отношению разности потенциалов двух точек поля, лежащих на одной линии, к расстоянию межу этими точками

2. Электроемкость. Конденсаторы.

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

Конденсаторами называют систему проводников, заряженных разноименными и равными зарядами. Проводники, образующие конденсатор, называются обкладками.

Конденсатор в переводе на русский язык означает «сгуститель». Чтобы на емкость конденсатора не оказывали влияние окружающие тела, проводникам придают такую форму, чтобы поле было сосредоточено в узком зазоре между обкладками конденсатора. Такому условию удовлетворяют:

- Слайд №67 -6-две плоские пластины – плоский конденсатор;

два коаксиальных цилиндра – цилиндрические;

две концентрические сферы – сферические.

Слайд №67 –7-классификация конденсаторов

Слайд №67-8,9-формы конденсаторов

Слайд №67 -10- назначения конденсаторов

Результаты опытов показали, что разность потенциалов между обкладками конденсатора прямо пропорциональна его заряду. При этом отношение не зависит от знака заряда. Данное отношение принято называть электроемкостью конденсатора.

С= (19) Ф=

На основе опытов было установлено, что емкость плоского конденсатора определяется формулой:

С= (20)

где =8,85/Н- электрическая постоянная; d- расстояние между обкладками; S- площадь обкладки; - диэлектрическая проницаемость среды, в которой находится конденсатор.

3.Энергия заряженного конденсатора.

Заряженный конденсатор обладает энергией. Она зависит от его емкости и разности потенциалов между пластинами. Эта зависимость выражается формулой: W= (21)

С= ⇒ тогда W= (22)

Энергия заряженного конденсатора сосредоточена в его электрическом поле и прямо пропорциональна квадрату напряженности поля, т.е. W . Электрическое поле как и любой вещественный вид материи обладает энергией. Наличие энергии- важнейшее свойство электрического поля.

4.Применение конденсаторов

В современной технике конденсаторы находят себе исключительно широкое и разностороннее применение, прежде всего в областях электроники. Здесь можно отметить их применение для следующих основных целей:

1.В радиотехнической и телевизионной аппаратуре – для создания колебательных контуров, их настройки, блокировки, разделения цепей с различной частотой, в фильтрах выпрямителей и т.д.

2.В радиолакационной технике – для получения импульсов большей мощности, формирования импульсов и т.д.

3. В телефонии и телеграфии – для разделения цепей переменного и постоянного токов, разделения токов различной частоты, искрогашения в контактах, симметрирования кабельных линий и т.д.

4. В автоматике и телемеханике – для создания датчиков на емкостном принципе, разделения цепей постоянного и пульсирующего токов, искрогашения в контактах, в схемах тиратронных генераторов импульсов и т.д.

5. В технике счетно-решающих устройств – в специальных запоминающих устройствах и т.д.

6. В электроизмерительной технике – для создания образцов емкости, получения переменной емкости (магазины емкости и лабораторные переменные конденсаторы), создания измерительных приборов на емкостном принципе и т. д.

7. В лазерной технике – для получения мощных импульсов.

Кроме электроники и электроэнергетики, конденсаторы применяют и в других неэлектротехнических областях техники и промышленности для следующих основных целей:

1. В металлопромышленности - в высокочастотных установках для плавки и термической обработки металлов, в электроэрозионных (электроискровых) установках, для магнитоимпульсной обработки металлов и т.д.

2. В добывающей промышленности (угольной, металлорудной и т.п.) – в рудничном транспорте на конденсаторных электровозах нормальной и повышенной частоты (бесконтактных), в электровзрывных устройствах с использованием электрогидравлического эффекта и т.д.

3. В автотракторной технике – в схемах зажигания для искрогашения в контактах и для подавления радиопомех.

4. В медицинской технике – в рентгеновской аппаратуре, в устройствах электротерапии и т.д.

5. В технике использования атомной энергии для мирных целей – для изготовления дозиметров, для кратковременного получения больших токов и т.д.

6. В фотографической технике – для аэрофотосъемки, получения вспышки света при обычном фотографировании и т.д.

1. Закрепление новой темы. Решение задач.

1.Какова напряженность однородного электрического поля между двумя пластинами, расположенными на расстоянии 5 см друг от друга в вакууме, если разность потенциалов между пластинами 50В? Какую работу совершают силы электрического поля при перемещении заряда 8

Дано: Решение:

d=5 см=0,05м Е=

=50В А=q

E==1000В/м

Е-? А-? А=

Ответ:Е=1000В/м; А=

2.Вычислить энергию конденсатора с электроемкость 20 мкФ, который имеет заряд 4 мкКл

Дано: Решение:

C= 20 = = 0,4мкДЖ

Q= 4 мкКл=410^-6 Кл

Ответ:

3. Площадь пластин плоского конденсатора с слюдяной прокладкой

равно 15 см², а расстояние между пластинами - 0,02см. Найдите электроемкость плоского конденсатора.

Решение:

S=15 см² = 1510^-4 м С =

d = 0,02см =210^-4 м С =

ε = 7

ε₀ = 8,8510^-12 Ф/м

С- ? Ответ: С=46,4 пФ

IV.Подведение итогов урока

-какую физическую величину называют разностью потенциалов?

- в каких единицах измеряется разность потенциалов?

-что называют электрической емкостью?

-что представляет собой конденсатор?

-с какими видами конденсаторов вы познакомились?

-от каких величин зависит емкость плоского конденсатора?

- обладает ли электрическое поле энергией?

1. Домашнее задание: §5

1. Решение з

5. адач с помощью учителя.

• Какова электроёмкость (в микрофарадах) конденсатора, если при напряжении на его обкладках 300В заряд равен1,5 *10^-5кл?

• Какую площадь должны иметь пластины плоского воздушного конденсатора для того, чтобы его электроёмкость была равна 1пФ? Расстояние между пластинами q =0,5мм.

При введении в пространство между пластинами воздушного конденсатора твердого диэлектрика напряжение на

Приложение В.

Тест для самопроверки

1.Електроемкость это:

А. Количественная мера проводника

Б. Энергетическая мера проводника

В. Количественная и энергетическая мера проводника

2. Выберите единицу электроемкости:

А. м

Б. Ф

В. Ф / м

Г. Кл

3.Электроемкость определяют по формуле:

А. С = Q / (φ)

Б. С = Q ∙ φ

В. С = φ / Q

Г. С = Q ∙ Е

4.Конденсатор это:

А. Устройство электрических зарядов

Б. Накопитель электрических зарядов

В. Устройство и накопитель электрических зарядов

Г. Другой ответ

5.Плоский конденсатор это:

А. Плоская пластина с диэлектриком

Б. Система плоских пластин разделенных диэлектриком

В. Система плоских пластин

Г. Другой ответ

6.Электроемкость плоского конденсатора определяется по формуле: 

А. С=

Б. С=

В. С=

Г. С = Q

5.Закрепление материала.

1.Решение задач.

а).Определите общую электроемкость двух конденсаторов по 4 мкФ каждый при последова -тельном и параллельном соединении.

б). В распоряжении радиолюбителя имеются 2 конденсатора. Как нужно их соединить, чтобы удвоить, уменьшить в 2 раза электрическую емкость?

в).Определите электроемкость конденсатора, если заряд на одной из обкладок конденсатора

1,2 * 10^-5 Кл, а напряжение в цепи равно 12 В.

2.Проверка усвоения теоретического материала:

а).Что называют электрической емкостью?

б).Что представляет собой конденсатор?

в).С какими видами конденсаторов вы познакомились?

г).От каких величин зависит емкость плоского конденсатора?

3.Физическая игра «Верю – не верю».

(Под цифрами проставить знак +, если верите и знак -, если не верите).

1.Верите ли вы, что электрический заряд измеряется в Кулонах?

2……….,что существует три вида электрического заряда?

3……….,что единица электроемкости в СИ – Фарад?

4………..,что большой электроемкостью обладают системы из двух проводников, называемые конденсаторами?

5………..,что емкость плоского конденсатора не зависит от свойства диэлектрика между обкладками?

6.Домашнее задание: параграфы 8.10; 8.11.

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

Цель: изучить понятия электроёмкости, конденсатора.

Задачи урока:

Оборудование:

• Для учителя: компьютер, мультимедиапроектор, электрометр, амперметр и вольтметр демонстрационные, выпрямитель(50–100 В), дополнительное сопротивление «~250В», конденсатор (2мкф), плоский конденсатор, конденсатор переменной ёмкости, переключатель, эбонитовая палочка, батарея конденсаторов.

• Для учащихся: 10 наборов радиоконденсаторов постоянной и переменной ёмкости (бумажные, электролитические, керамические, стеклокерамические, плёночные спиральные, слюдяные); 10 наборов для фронтального опыта (2 жестяные и 1 стеклянная пластины, линейка, штангенциркуль, сборник задач Рымкевич – таблицы №8, 15).

В структуре урока выделяю следующие этапы:

1. Организационный момент – 1 мин.

2. Мотивация – 3 мин.

3. Целеполагание – 2 мин.

4. Изучение нового материала – 55 мин.

5. Применение полученных знаний и умений при решении задач – 12 мин.

6. Подведение итогов и рефлексия – 5 мин.

7. Информация о домашнем задании – 2 мин.

Особенность урока такова, что учителю не приходится работать с мелом у доски. Все зависимости, формулы, электрическая схема опыта, указания к выполнению фронтального опыта, определения в ходе урока последовательно показываются на экране с помощью мультимедиапроектора. Презентация управляется докладчиком. Изучение материала рассчитано на 2 урока в 10 классе.

Содержание урока

I. Организационный момент

II. Мотивация

(Приложение 1, 1 слайд). Телевизор

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

III. 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. Итак, тема урока: Конденсаторы.

(Приложение 1, 2 слайд). Тема урока

IV. Изучение нового материала

1. Ввести понятие электроёмкости.

Демонстрация 1. [3] Электрометр, пробный шарик.

Зарядка электрометра с помощью пробного шарика. Если заряды удвоить? 
Увел. Е – увел. А – увел. U, следовательно, q/U не зависит от заряда. 
q/U = 2q/2U = 3 q/3U = … = const 
q/U = C – ф.в., характеризующая способность 2-х проводников накапливать электрический заряд.

2. Вести рассказ об электроёмкости по плану обобщённого характера (ПОХ) о физической величине – Ф.В. (План – на ватмане на магнитной доске:

1. Название физической величины. 
2. Что характеризует. 
3. Определительная формула. 
4. Определение. 
5. Основная или производная. 
6. Скалярная или векторная .
7. От чего зависит значение величины. 
8. Единица измерения в «СИ». 
9. Метод измерения).

(Приложение 1, 3 слайд). На экране заполняются строки ПОХ об электроёмкости

1. С – электроёмкость

2. характеризует способность двух проводников накапливать электрический заряд;

3. С = q/U

4. это отношение заряда одного из проводников к разности потенциалов между этим проводником и соседним.

5. производная (находится в функциональной зависимости от других величин)

6. скалярная

7. определяется геометрическими размерами проводников, их формой, взаимным расположением, электрическими свойствами окружающей среды

8. фарада [С] = 1 ф 1ф = 1 Кл/В 1 мкф = 10^-6 ф 1 пф =10^-12 ф

9. метод измерения – косвенный

3. Большой электроёмкостью обладают системы из двух проводников, разделённых слоем диэлектрика, называемые конденсаторами.

Задание 1. Рассмотрите внешний вид, устройство, маркировку (на каждом столе – конденсаторы различных видов).

Учащиеся называют маркировку конденсатора, учитель её комментирует:

1. Бумажный: 2 полоски алюминиевой фольги, изолированы бумагой, пропитанной парафином. Б. и Г. – бумажный малогабаритный

2. КЭ-2М – конденсатор электролитический, малогабаритный Г – герметизированный Ц – цилиндрический. 1 обкладка – фольга, 2 обкладка – бумага, пропитанная раствором электролита; диэлектрик – плёнка оксидов, покрывающая 1-ю обкладку. КЭ бывают с твёрдым диэлектриком и с жидким (например: водный раствор борной кислоты с нашатырным спиртом). Имеют большие габариты, сложную конструкцию, С до 2000 мкф.

3. Керамические (стеклокерамические) высокого (до3 Кв) и низкого (до500 В) напряжения.

4. Плёночные ПСО – открытые, спиральные (тип намотки)

5. Слюдяные опресованные КСО (пластинки слюды чередуются с металлическими обкладками).

Номинальные ёмкости по ГОСТ 2516-60 г. от 1пф до 100 мкф. (кроме электролитических – до 5000 мкф.)

Это всё конденсаторы постоянной ёмкости – конструкция не предусматривает изменение ёмкости. На них указывается номинальное напряжение (в цепь с большим напряжением включать нельзя!!) В электрической цепи обозначаются: …

4. Виды конденсаторов:

(Приложение 1, 4 слайд). Конденсаторы постоянной ёмкости. 
(Приложение 1, 5 слайд). Радиоконденсаторы МБГП 
(Приложение 1, 6 слайд). Конденсаторы КПМ

5. Зарядка и разрядка конденсатора

(Приложение 1, 7 слайд). Электрическая схема опыта «Зарядка и разрядка конденсатора»

Демонстрация 2. [3] Зарядка и разрядка конденсатора через гальванометр

Вольтметр со шкалой на 15 делений включается с дополнительным сопротивлением «~250 В»; конденсатор. С =2 мкф; U=50–100 В. Уменьшаем напряжение – стрелка гальванометра отклоняется на меньшее число делений.

6. Применение конденсаторов.

(Приложение 1, 8 слайд). Фотовспышки. Конденсаторы в клавиатуре компьютера.

7. Простейший плоский конденсатор.

Демонстрация 3. . [3] Электроёмкость плоского конденсатора.

(Приложение 1, 9 слайд). Электроёмкость плоского конденсатора

С = q/U. 
С = Е_оЕS/d 
Е_о = 8,85 ^. 10^-12ф/м 
U = d q/Е_оЕS 
d увел – U увел – С уменьш;
S увел – U уменьш. – Сувел.

С определяется: геометрическими размерами, формой, взаимным расположением, электрическими свойствами среды. 1Ф : S = 100 км², d = 1 мм

8. Энергия конденсатора. (Приложение 1, 10 слайд). Энергия конденсатора

Задание 2. Исходя из определения конденсатора, получите ещё две формулы для расчёта энергии конденсатора.

9. Опыт №1 "Вычисление ёмкости плоского конденсатора"

Инструкция по постановке опыта (Приложение 1, 11 слайд).

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.

С = Е_о Е S/d 
Е_о = 8,85 ^. 10^-12ф/м (табл. 15 [3]) 
Е = 7 (табл. 8 [3]).

Пример расчета:

d = 2,8 ^. 10^-3м 
S = (0,08 ^. 0,03)м² = 2,4 ^. 10^-3м² 
С = 53,1 ^. 10^-12ф = 53пф

10. Устройство и действие конденсатора переменной ёмкости.

Демонстрация 4. [3] Устройство и действие конденсатора переменной ёмкости.

Подвижные пластины – ротор – соединены с корпусом (нижняя клемма). 
Неподвижные пластины – статор – соединены со стержнем (верхняя клемма) 
Заряжают при полностью введённых внутрь подвижных пластинах. Выдвигают подвижные пластины, следовательно, увеличиваются показания электрометра и уменьшается С. 
Конструкция позволяет плавно изменять ёмкость в 50–60 раз;

11. Виды конденсаторов переменной ёмкости. (Приложение 1, 12 – 15 слайды).

12. Соединение конденсаторов.

Для получения большой ёмкости: (Приложение 1, 16 слайд). 
Параллельное соединение конденсаторов. Спаралл. = С₁ + С₂ + … С_n. 
Для получения малой ёмкости: (Приложение 1, 17 слайд). 
Последовательное соединение конденсаторов. 1/Спослед. = 1/С₁ + 1/С₂ + … 1/С_n.

V. Закрепление изученного на уроке

Самостоятельное решение задач учащимися. [4]

I вариант: № 752, 767. 
II вариант: № 753, 768.

Работы сдаются учителю и оцениваются.

VI. Итоги урока

(Приложение 1, 18 слайд). Итоги урока. (ПОХ) план рассказа о приборе. 
По предложенному плану рассказать о конденсаторе.

Применение конденсаторов В современной технике конденсаторы находят себе исключительно широкое и разностороннее применение, прежде всего в областях электроники. Здесь можно отметить их применение для следующих основных целей: 1.В радиотехнической и телевизионной аппаратуре – для создания колебательных контуров, их настройки, блокировки, разделения цепей с различной частотой, в фильтрах выпрямителей и т.д. 2.В радиолакационной технике – для получения импульсов большей мощности, формирования импульсов и т.д. 3. В телефонии и телеграфии – для разделения цепей переменного и постоянного токов, разделения токов различной частоты, искрогашения в контактах, симметрирования кабельных линий и т.д. 4. В автоматике и телемеханике – для создания датчиков на емкостном принципе, разделения цепей постоянного и пульсирующего токов, искрогашения в контактах, в схемах тиратронных генераторов импульсов и т.д. 5. В технике счетно-решающих устройств – в специальных запоминающих устройствах и т.д. 6. В электроизмерительной технике – для создания образцов емкости, получения переменной емкости (магазины емкости и лабораторные переменные конденсаторы), создания измерительных приборов на емкостном принципе и т. д. 7. В лазерной технике – для получения мощных импульсов. Кроме электроники и электроэнергетики, конденсаторы применяют и в других неэлектротехнических областях техники и промышленности для следующих основных целей: В металлопромышленности - в высокочастотных установках для плавки и термической обработки металлов, в электроэрозионных (электроискровых) установках, для магнитоимпульсной обработки металлов и т.д. В добывающей промышленности (угольной, металлорудной и т.п.) – в рудничном транспорте на конденсаторных электровозах нормальной и повышенной частоты (бесконтактных), в электровзрывных устройствах с использованием электрогидравлического эффекта и т.д. В автотракторной технике – в схемах зажигания для искрогашения в контактах и для подавления радиопомех. В медицинской технике – в рентгеновской аппаратуре, в устройствах электротерапии и т.д. В технике использования атомной энергии для мирных целей – для изготовления дозиметров, для кратковременного получения больших токов и т.д. В фотографической технике – для аэрофотосъемки, получения вспышки света при обычном фотографировании и т.д. Виды конденсаторов Основная классификация конденсаторов проводится по типу диэлектрика в конденсаторе. Тип диэлектрика определяет основные электрические параметры конденсаторов: сопротивление изоляции, стабильность ёмкости, величину потерь и др. По виду диэлектрика различают: Конденсаторы вакуумные (обкладки без диэлектрика находятся в вакууме) . Конденсаторы с газообразным диэлектриком. Конденсаторы с жидким диэлектриком. Конденсаторы с твёрдым неорганическим диэлектриком: стеклянные (стеклоэмалевые, стеклокерамические, стеклоплёночные) , слюдяные, керамические, тонкослойные из неорганических плёнок. Конденсаторы с твёрдым органическим диэлектриком: бумажные, металлобумажные, плёночные, комбинированные — бумажноплёночные, тонкослойные из органических синтетических плёнок. Электролитические и оксидно-полупроводниковые конденсаторы. Такие конденсаторы отличаются от всех прочих типов прежде всего своей огромной удельной ёмкостью. В качестве диэлектрика используется оксидный слой на металлическом аноде. Вторая обкладка (катод) — это или электролит (в электролитических конденсаторах) или слой полупроводника (в оксидно-полупроводниковых) , нанесённый непосредственно на оксидный слой. Анод изготовляется, в зависимости от типа конденсатора, из алюминиевой, ниобиевой или танталовой фольги или спеченного порошка. Кроме того, конденсаторы различаются по возможности изменения своей ёмкости: Постоянные конденсаторы — основной класс конденсаторов, не меняющие своей ёмкости (кроме как в течение срока службы) . Переменные конденсаторы — конденсаторы, которые допускают изменение ёмкости в процессе функционирования аппаратуры. Управление ёмкостью может осуществляться механически, электрическим напряжением (вариконды, варикапы) и температурой (термоконденсаторы) . Применяются, например, в радиоприемниках для перестройки частоты резонансного контура. Подстроечные конденсаторы — конденсаторы, ёмкость которых изменяется при разовой или периодической регулировке и не изменяется в процессе функционирования аппаратуры. Их используют для подстройки и выравнивания начальных ёмкостей сопрягаемых контуров, для периодической подстройки и регулировки цепей схем, где требуется незначительное изменение ёмкости.

Тип урока: изучение нового материала.

Форма урока: лекция с элементами беседы.

Д/з: § 97,98.

Ход урока

1. Проверка д/з.

1. Устный опрос:

• Потенциальная энергия заряженного тела.

3. Закрепление нового материала.

1. Какие поля называют потенциальными?
   2. Как разность потенциалов между двумя точками поля зависит от работы электрического поля?
   3. Что нужно выбрать прежде, чем говорить о значении потенциала в данной точке поля?

ема урока: Электрическая емкость. Конденсаторы. Энергия

электрического поля.

1. Цели и задачи: Способствовать формированию информационной

и коммуникативной компетенций.

2. Способствовать формированию умения выдвигать гипотезы,

работать с лабораторным оборудованием, делать выводы.

3. Способствовать формированию понятий: электроемкость

конденсатора, энергия конденсатора; умений решать задачи.

УМК: Конденсатор, электрометр, пластина из

диэлектрика, набор конденсаторов.

Ход урока:

I. Организационный момент.

II. Изучение нового материала.

В радиотехнике часто применяется система проводников очень большой

электроёмкости. Называется она конденсатором. Сегодня мы должны

узнать, как устроены подобные системы и от чего зависит их

электроемкость.

Конденсатор представляет собой два проводника, разделенные слоем

диэлектрика, толщина которого мала по сравнению с размерами

проводников. Проводники называются обкладками конденсатора.

Простейший плоский конденсатор состоит из двух одинаковых

параллельных пластин, находящихся на малом расстоянии друг от друга.

Если заряды пластин одинаковы по модулю и противоположны по знаку,

то силовые линии электрического поля начинаются на положительно

заряженной обкладке конденсатора и оканчиваются на отрицательно

заряженной. Поэтому почти все электрическое поле

сосредоточено внутри конденсатора и однородно.

Заряд конденсатора – это абсолютное значение заряда одной из обкладок.

Электроемкость конденсатора определяется формулой: С = .

Различные типы конденсаторов.

Обычный технический бумажный конденсатор состоит из двух полосок

алюминиевой фольги, изолированных друг от друга и от металлического

корпуса бумажными лентами, пропитанными парафином. Полоски и

ленты туго свернуты в пакет небольшого размера.

Слайд 1.

Слайд 2.

Слайд 3.

Слайд 4.

В радиотехнике широко применяют конденсаторы переменной емкости.

Такой конденсатор состоит из двух систем металлических пластин,

которые при вращении рукоятки могут входить одна в другую. При этом

меняются площади перекрывающихся поверхностей пластин и их емкость.

Диэлектриком в них служит воздух.

Вопрос: Как вы думаете от чего может зависеть электроемкость

конденсатора?

Учащиеся выдвигают гипотезы

Работа в группах

1 группа: Исследование зависимости электроемкости от расстояния между

обкладками конденсатора.

2 группа: Исследование зависимости электроемкости от диэлектрика.

3 группа: Исследование зависимости электроемкости от площади

обкладок конденсатора.

4 группа: Исследование зависимости электроемкости от материала

обкладок

Вывод:

Емкость плоского конденсатора определяется площадью его пластин и

расстоянием между ними. Кроме того емкость конденсатора зависит от

свойств диэлектрика между пластинами. Так как диэлектрик ослабляет

поле, то электроемкость при наличии диэлектрика увеличивается.

Электроемкость плоского конденсатора равна

Энергия электрического поля. Согласно теории близкодействия вся

энергия взаимодействия заряженных тел сконцентрирована в

электрическом поле этих тел. Значит, энергия может быть выражена через

основную характеристику поля - напряженность.

Так как напряженность электрического поля прямо пропорциональна

разности потенциалов (U=Ed, то согласно формуле энергия конденсатора

прямопропорциональна квадрату напряженности электрического поля

внутри него:

Слайд 5.

Слайд 6.

Слайд 7.

Слайд 8.

ема урока: Электрическая емкость. Конденсаторы. Энергия

электрического поля.

1. Цели и задачи: Способствовать формированию информационной

и коммуникативной компетенций.

2. Способствовать формированию умения выдвигать гипотезы,

работать с лабораторным оборудованием, делать выводы.

3. Способствовать формированию понятий: электроемкость

конденсатора, энергия конденсатора; умений решать задачи.

УМК: Конденсатор, электрометр, пластина из

диэлектрика, набор конденсаторов.

Ход урока:

I. Организационный момент.

II. Изучение нового материала.

В радиотехнике часто применяется система проводников очень большой

электроёмкости. Называется она конденсатором. Сегодня мы должны

узнать, как устроены подобные системы и от чего зависит их

электроемкость.

Конденсатор представляет собой два проводника, разделенные слоем

диэлектрика, толщина которого мала по сравнению с размерами

проводников. Проводники называются обкладками конденсатора.

Простейший плоский конденсатор состоит из двух одинаковых

параллельных пластин, находящихся на малом расстоянии друг от друга.

Если заряды пластин одинаковы по модулю и противоположны по знаку,

то силовые линии электрического поля начинаются на положительно

заряженной обкладке конденсатора и оканчиваются на отрицательно

заряженной. Поэтому почти все электрическое поле

сосредоточено внутри конденсатора и однородно.

Заряд конденсатора – это абсолютное значение заряда одной из обкладок.

Электроемкость конденсатора определяется формулой: С = .

Различные типы конденсаторов.

Обычный технический бумажный конденсатор состоит из двух полосок

алюминиевой фольги, изолированных друг от друга и от металлического

корпуса бумажными лентами, пропитанными парафином. Полоски и

ленты туго свернуты в пакет небольшого размера.

Слайд 1.

Слайд 2.

Слайд 3.

Слайд 4.

В радиотехнике широко применяют конденсаторы переменной емкости.

Такой конденсатор состоит из двух систем металлических пластин,

которые при вращении рукоятки могут входить одна в другую. При этом

меняются площади перекрывающихся поверхностей пластин и их емкость.

Диэлектриком в них служит воздух.

Вопрос: Как вы думаете от чего может зависеть электроемкость

конденсатора?

Учащиеся выдвигают гипотезы

Работа в группах

1 группа: Исследование зависимости электроемкости от расстояния между

обкладками конденсатора.

2 группа: Исследование зависимости электроемкости от диэлектрика.

3 группа: Исследование зависимости электроемкости от площади

обкладок конденсатора.

4 группа: Исследование зависимости электроемкости от материала

обкладок

Вывод:

Емкость плоского конденсатора определяется площадью его пластин и

расстоянием между ними. Кроме того емкость конденсатора зависит от

свойств диэлектрика между пластинами. Так как диэлектрик ослабляет

поле, то электроемкость при наличии диэлектрика увеличивается.

Электроемкость плоского конденсатора равна

Энергия электрического поля. Согласно теории близкодействия вся

энергия взаимодействия заряженных тел сконцентрирована в

электрическом поле этих тел. Значит, энергия может быть выражена через

основную характеристику поля - напряженность.

Так как напряженность электрического поля прямо пропорциональна

разности потенциалов (U=Ed, то согласно формуле энергия конденсатора

прямопропорциональна квадрату напряженности электрического поля

внутри него:

Слайд 5.

Слайд 6.

Слайд 7.

Слайд 8.

ема урока: Электрическая емкость. Конденсаторы. Энергия

электрического поля.

1. Цели и задачи: Способствовать формированию информационной

и коммуникативной компетенций.

2. Способствовать формированию умения выдвигать гипотезы,

работать с лабораторным оборудованием, делать выводы.

3. Способствовать формированию понятий: электроемкость

конденсатора, энергия конденсатора; умений решать задачи.

УМК: Конденсатор, электрометр, пластина из

диэлектрика, набор конденсаторов.

Ход урока:

I. Организационный момент.

II. Изучение нового материала.

В радиотехнике часто применяется система проводников очень большой

электроёмкости. Называется она конденсатором. Сегодня мы должны

узнать, как устроены подобные системы и от чего зависит их

электроемкость.

Конденсатор представляет собой два проводника, разделенные слоем

диэлектрика, толщина которого мала по сравнению с размерами

проводников. Проводники называются обкладками конденсатора.

Простейший плоский конденсатор состоит из двух одинаковых

параллельных пластин, находящихся на малом расстоянии друг от друга.

Если заряды пластин одинаковы по модулю и противоположны по знаку,

то силовые линии электрического поля начинаются на положительно

заряженной обкладке конденсатора и оканчиваются на отрицательно

заряженной. Поэтому почти все электрическое поле

сосредоточено внутри конденсатора и однородно.

Заряд конденсатора – это абсолютное значение заряда одной из обкладок.

Электроемкость конденсатора определяется формулой: С = .

Различные типы конденсаторов.

Обычный технический бумажный конденсатор состоит из двух полосок

алюминиевой фольги, изолированных друг от друга и от металлического

корпуса бумажными лентами, пропитанными парафином. Полоски и

ленты туго свернуты в пакет небольшого размера.

Слайд 1.

Слайд 2.

Слайд 3.

Слайд 4.

В радиотехнике широко применяют конденсаторы переменной емкости.

Такой конденсатор состоит из двух систем металлических пластин,

которые при вращении рукоятки могут входить одна в другую. При этом

меняются площади перекрывающихся поверхностей пластин и их емкость.

Диэлектриком в них служит воздух.

Вопрос: Как вы думаете от чего может зависеть электроемкость

конденсатора?

Учащиеся выдвигают гипотезы

Работа в группах

1 группа: Исследование зависимости электроемкости от расстояния между

обкладками конденсатора.

2 группа: Исследование зависимости электроемкости от диэлектрика.

3 группа: Исследование зависимости электроемкости от площади

обкладок конденсатора.

4 группа: Исследование зависимости электроемкости от материала

обкладок

Вывод:

Емкость плоского конденсатора определяется площадью его пластин и

расстоянием между ними. Кроме того емкость конденсатора зависит от

свойств диэлектрика между пластинами. Так как диэлектрик ослабляет

поле, то электроемкость при наличии диэлектрика увеличивается.

Электроемкость плоского конденсатора равна

Энергия электрического поля. Согласно теории близкодействия вся

энергия взаимодействия заряженных тел сконцентрирована в

электрическом поле этих тел. Значит, энергия может быть выражена через

основную характеристику поля - напряженность.

Так как напряженность электрического поля прямо пропорциональна

разности потенциалов (U=Ed, то согласно формуле энергия конденсатора

прямопропорциональна квадрату напряженности электрического поля

внутри него:

Слайд 5.

Слайд 6.

Слайд 7.

Слайд 8.

ема урока: Электрическая емкость. Конденсаторы. Энергия

электрического поля.

1. Цели и задачи: Способствовать формированию информационной

и коммуникативной компетенций.

2. Способствовать формированию умения выдвигать гипотезы,

работать с лабораторным оборудованием, делать выводы.

3. Способствовать формированию понятий: электроемкость

конденсатора, энергия конденсатора; умений решать задачи.

УМК: Конденсатор, электрометр, пластина из

диэлектрика, набор конденсаторов.

Ход урока:

I. Организационный момент.

II. Изучение нового материала.

В радиотехнике часто применяется система проводников очень большой

электроёмкости. Называется она конденсатором. Сегодня мы должны

узнать, как устроены подобные системы и от чего зависит их

электроемкость.

Конденсатор представляет собой два проводника, разделенные слоем

диэлектрика, толщина которого мала по сравнению с размерами

проводников. Проводники называются обкладками конденсатора.

Простейший плоский конденсатор состоит из двух одинаковых

параллельных пластин, находящихся на малом расстоянии друг от друга.

Если заряды пластин одинаковы по модулю и противоположны по знаку,

то силовые линии электрического поля начинаются на положительно

заряженной обкладке конденсатора и оканчиваются на отрицательно

заряженной. Поэтому почти все электрическое поле

сосредоточено внутри конденсатора и однородно.

Заряд конденсатора – это абсолютное значение заряда одной из обкладок.

Электроемкость конденсатора определяется формулой: С = .

Различные типы конденсаторов.

Обычный технический бумажный конденсатор состоит из двух полосок

алюминиевой фольги, изолированных друг от друга и от металлического

корпуса бумажными лентами, пропитанными парафином. Полоски и

ленты туго свернуты в пакет небольшого размера.

Слайд 1.

Слайд 2.

Слайд 3.

Слайд 4.

В радиотехнике широко применяют конденсаторы переменной емкости.

Такой конденсатор состоит из двух систем металлических пластин,

которые при вращении рукоятки могут входить одна в другую. При этом

меняются площади перекрывающихся поверхностей пластин и их емкость.

Диэлектриком в них служит воздух.

Вопрос: Как вы думаете от чего может зависеть электроемкость

конденсатора?

Учащиеся выдвигают гипотезы

Работа в группах

1 группа: Исследование зависимости электроемкости от расстояния между

обкладками конденсатора.

2 группа: Исследование зависимости электроемкости от диэлектрика.

3 группа: Исследование зависимости электроемкости от площади

обкладок конденсатора.

4 группа: Исследование зависимости электроемкости от материала

обкладок

Вывод:

Емкость плоского конденсатора определяется площадью его пластин и

расстоянием между ними. Кроме того емкость конденсатора зависит от

свойств диэлектрика между пластинами. Так как диэлектрик ослабляет

поле, то электроемкость при наличии диэлектрика увеличивается.

Электроемкость плоского конденсатора равна

Энергия электрического поля. Согласно теории близкодействия вся

энергия взаимодействия заряженных тел сконцентрирована в

электрическом поле этих тел. Значит, энергия может быть выражена через

основную характеристику поля - напряженность.

Так как напряженность электрического поля прямо пропорциональна

разности потенциалов (U=Ed, то согласно формуле энергия конденсатора

прямопропорциональна квадрату напряженности электрического поля

внутри него:

Слайд 5.

Слайд 6.

Слайд 7.

Слайд 8.

ема урока: Электрическая емкость. Конденсаторы. Энергия

электрического поля.

1. Цели и задачи: Способствовать формированию информационной

и коммуникативной компетенций.

2. Способствовать формированию умен

В радиотехнике часто применяется система проводников очень большой

электроёмкости. Называется она конденсатором. Сегодня мы должны

узнать, как устроены подобные системы и от чего зависит их

электроемкость.

Конденсатор представляет собой два проводника, разделенные слоем

диэлектрика, толщина которого мала по сравнению с размерами

проводников. Проводники называются обкладками конденсатора.

Простейший плоский конденсатор состоит из двух одинаковых

параллельных пластин, находящихся на малом расстоянии друг от друга.

Если заряды пластин одинаковы по модулю и противоположны по знаку,

то силовые линии электрического поля начинаются на положительно

заряженной обкладке конденсатора и оканчиваются на отрицательно

заряженной. Поэтому почти все электрическое поле

сосредоточено внутри конденсатора и однородно.

Цель: доказать, что электростатическое поле потенциально. дать понятие потенциала электрического поля. Побуждать учащихся к преодолению трудностей в процессе умственной деятельности, воспитать интерес к физике.

Ход урока

I. Организационный момент

II.    Проверка домашнего задания

1. Как обнаружить существование электрического поля?

2. Дайте определение напряженности электрического поля. Какова единица напряженности.

3. Как напряженность электрического заряда зависит от расстояния?

4. Где начинается и где заканчивается линия напряженности электростати­ческого поля?

5. Какое электрическое поле называется однородным?

6. Сформируйте принцип суперпозиции электростатических полей.

III.  Физический диктант.

Электрическое поле

См. раздел «Самостоятельные и контрольные работы»

. Ответы: 1. Вещество, поле. 2. Электростатическим. 3- Заряд. 4. Действие на электрические заряды.5. Кулоновская. 6. Напряженность электрического поля.

IV.Изучение нового материала

При перемещении тока между двумя точками в гравитационном поле работа силы тяжести не зави­сит от формы траектории его движения. Силы гравитационного и электрическо­го взаимодействия имеют одинаковую зависимость от расстояния, и векторы сил направлены вдоль прямой, соединяющей точечные тела.

Можно предположить, что при перемещении заряда в электростатическом поле из одной точки в другую работа сил электрического поля не зависит от формы.

Пусть q перемещается в электрическом поле из т. М в т. N по траектории MBN, при этом совершается работа А_г Теперь вернем заряд в начальную точку по траектории NCM. Внешние силы должны совершить работу А₂, а работа поля А₂ - -А; тогда А- А, + А₂ = A - 0.

Работа электрических сил по любой замкнутой траектории равна нулю.

Пусть заряд q перемещается в однородном электрическом поле из т. В в т. Д

Если работа не зависит от формы траектории, то работу мож­но найти как разность потенциальных энергий в начале и в конце траектории.

Потенциалом электрического поля в данной точке называется отношение потенциальной энергии, которой обладает пробный заряд, помещенный в дан­ную точку поля, к этому заряду Тогда: А = q (e, -е₂).

В международной системе единиц, единицей потенциала служит [В] вольт.

1В - это разность потенциалов двух точек электрического поля, при переходе между которыми заряда в I Кл поле совершает работу 1 Дж.

Поверхность, во всех точках которой потенциал электрического поля имеет одинаковые значения, называется эквипотенциальной поверхностью.

Между двумя любыми точками на эквипотенциальной поверхности раз­ность потенциалов равна нулю, поэтому работа сил электрического поля при любом перемещении заряда эквипотенциальной поверхности равна нулю. Значит, вектор силы F перпендикулярен вектору перемещения. Линии на­пряженности электростатического поля перпендикулярны эквипотенциаль­ной поверхности.

Эквипотенциальными поверхностями точечного заряда являются сферы, в центре которых расположен заряд.

Потенциал - величина скалярная.

Для накопления значительных разноименных электрических зарядов приме­няются конденсаторы.

Конденсаторы — это система из двух проводников (обкладок), разделенных диэлектриком, толщина которого мала по сравнению с линейными размерами проводников. Плоский конденсатор представляет собой две плоские металличес­кие пластины, разделенные слоем диэлектрика. Напряженность поля между пластинами . Физическая величина, определяемая отношением заряда q к

разности потенциалов Де между обкладками конденсатора, называется электроемкостью

Единица электроемкости в системе СИ — фарад  Ф

Электроемкость плоского конденсатора можно увеличить путем увеличения площади обкладок, уменьшая расстояние между ними и применяя диэлектрики с большими значениями диэлектрической проницаемости.

Электроемкость уединенной среды радиусом R:

Электроемкость шара зависит от его радиуса и не зависит от заряда на его поверхности.

1Ф — электроемкость очень большой величины: такой электроемкостью об­ладает сфера 9 • 10¹¹ км, что в 13 раз превышает радиус Солнца.

Виды конденсаторов: воздушный, бумажный, слюдяной, электростатический.

Назначение:

1. Накапливать на короткое время заряд или энергию для быстрого измене­ния потенциала.

2. Не пропускать постоянный ток.

3. В радиотехнике - колебательный контур, выпрямитель.

4. Фототехника.

V. Повторение изученного

1. Что понимают под работой электрического поля?

2. Как понимать выражение «электрическое поле потенциально»?

3. Какие поля называют потенциальными?

4. Как связанно изменение потенциальной энергии с работой?

5. Чему равна потенциальная энергия заряженной частицы в однородном поле?

6. От чего зависит работа по перемещению заряда из одной точки поля в другую?

7. Чему равна работа по перемещению заряда по замкнутому контуру?

8. Напишите формулу работы по перемещению заряда в электрическом поле.

 9. Что называется потенциалом электрического поля?

10. Какая формула выражает смысл этого понятия?

11. Что называют разностью потенциалов между двумя точками поля?

12. Какая формула выражает смысл этого понятия?

13. Для чего предназначены конденсаторы?

14. Как устроен конденсатор?

15. Что называется электроемкостью?

16. В каких единицах выражается электроемкость?

17. От чего зависит электроемкость конденсатора?

Домашнее задание

§  33-34 Упражнение 16

ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ПО ТЕМЕ «ЭЛЕКТРОЁМКОСТЬ. ЭНЕРГИЯ ЗАРЯЖЕННОГО КОНДЕНСАТОРА» «Физика - 10 класс» «Электроёмкость» — последняя тема раздела «Электростатика». При решении задач на эту тему могут потребоваться все сведения, полученные при изучении электростатики: закон сохранения электрического заряда, понятия напряжённости поля и потенциала, сведения о поведении проводников в электростатическом поле, о напряжённости поля в диэлектриках, о законе сохранения энергии применительно к электростатическим явлениям. Основной формулой при решении задач на электроёмкость является формула (14.22). Задача 1. Электроёмкость конденсатора, подключённого к источнику постоянного напряжения U = 1000 В, равна C1 = 5 пФ. Расстояние между его обкладками уменьшили в n = 3 раза. Определите изменение заряда на обкладках конденсатора и энергии электрического поля. Р е ш е н и е. Согласно формуле (14.22) заряд конденсатора q = CU. Отсюда изменение заряда Δq — (С2 - C)U = (nC1 - C1)U = (п — 1)С1U = 10-8 Кл. Изменение энергии электрического поля Задача 2. Заряд конденсатора q = 3 • 10-8 Кл. Ёмкость конденсатора С = 10 пФ. Определите скорость, которую приобретает электрон, пролетая в конденсаторе путь от одной пластины к другой. Начальная скорость электрона равна нулю. Удельный заряд электрона Р е ш е н и е. Начальная кинетическая энергия электрона равна нулю, а конечная равна Применим закон сохранения энергии где А — работа электрического поля конденсатора: Следовательно, Окончательно Задача 3. Четыре конденсатора ёмкостями С1 = С2 = = 1 мкФ, С3 = 3 мкФ, С4 = 2 мкФ соединены, как показано на рисунке 14.46. К точкам А и В подводится напряжение U = 140 В. Определите заряд q1 и напряжение U1, на каждом из конденсаторов. Р е ш е н и е. Для определения заряда и напряжения прежде всего найдём ёмкость батареи конденсаторов. Эквивалентная ёмкость второго и третьего конденсаторов С2,3 = С2 + С3, а эквивалентную ёмкость всей батареи конденсаторов, представляющей собой три последовательно соединённых конденсатора ёмкостями С1, С2,3, С4, найдём из соотношения 1/Cэкв = 1 /С1 + 1/С2,3 + 1 /С4, Сэкв = (4/7) • 10-6 Ф. Заряды на этих конденсаторах одинаковы: q1 = q2,3 = q4 = Сэкв = 8 • 10-5 Кл. Следовательно, заряд первого конденсатора q1 = 8 • 10-5 Кл, а разность потенциалов между его обкладками, или напряжение, U1 = q1/С1 = 80 В. Для четвёртого конденсатора аналогично имеем q4 = 8 • 10-5 Кл, U4 = q4/C4 = 40 В. Найдём напряжение на втором и третьем конденсаторах: U2 = U3 = q2,3/C2,3 = 20 В. Таким образом, на втором конденсаторе заряд q2 = C2U2 = 2 • 10-5 Кл, а на третьем конденсаторе q3 = C3U3 = 6 • 10-5 Кл. Отметим, что q2,3 = q2 + g3. Задача 4. Определите эквивалентную электрическую ёмкость в цепи, изображённой на рисунке (14.47 а), если ёмкости конденсаторов известны. Р е ш е н и е. Часто при решении задач, в которых требуется определить эквивалентную электрическую ёмкость, соединение конденсаторов не очевидно. В этом случае если удаётся определить точки цепи, в которых потенциалы равны, то можно соединить эти точки или исключить конденсаторы, присоединённые к этим точкам, так как они не могут накапливать заряд (Δφ = 0) и, следовательно, не играют роли при распределении зарядов. В приведённой на рисунке (14.47, а) схеме нет очевидного параллельного или последовательного соединения конденсаторов, так как в общем случае φA ≠ φB в и к конденсаторам С1 и С2 приложены разные напряжения. Однако заметим, что в силу симметрии и равенства ёмкостей соответствующих конденсаторов потенциалы точек А и В равны. Следовательно, можно, например, соединить точки А и В. Схема преобразуется к виду, изображённому на рисунке (14.47, б). Тогда конденсаторы С1, так же как и конденсаторы С2, будут соединены параллельно и Сэкв определим по формуле 1/Сэкв = 1/2С1 + 1/2С2, откуда Можно также просто не учитывать присутствие в схеме конденсатора СЗ, так как заряд на нём равен нулю. Тогда схема преобразуется к виду, изображённому на рисунке (14.47, в). Конденсаторы С1 и С2 соединены последовательно, следовательно, Эквивалентные конденсаторы с С'экв соединены параллельно, так что окончательно получим такое же выражение для эквивалентной ёмкости: Задача 5. Энергия плоского воздушного конденсатора W1 = 2 • 10-7 Дж. Определите энергию конденсатора после заполнения его диэлектриком с диэлектрической проницаемостью ε = 2, если: 1) конденсатор отключён от источника питания; 2) конденсатор подключён к источнику питания. Р е ш е н и е. 1) Так как конденсатор отключён от источника питания, то его заряд q0 остаётся постоянным. Энергия конденсатора до заполнения его диэлектриком после заполнения где С2 = εС1. Тогда Источник: «Физика - 10 класс», 2014, учебник Мякишев, Буховцев, Сотский Следующая страница «Электрический ток. Сила тока» Назад в раздел «Физика - 10 класс, учебник Мякишев, Буховцев, Сотский» Электростатика - Физика, учебник для 10 класса - Класс!ная физика Что такое электродинамика --- Электрический заряд и элементарные частицы. Закон сохранения заряд --- Закон Кулона. Единица электрического заряда --- Примеры решения задач по теме «Закон Кулона» --- Близкодействие и действие на расстоянии --- Электрическое поле --- Напряжённость электрического поля. Силовые линии --- Поле точечного заряда и заряженного шара. Принцип суперпозиции полей --- Примеры решения задач по теме «Напряжённость электрического поля. Принцип суперпозиции полей» --- Проводники в электростатическом поле --- Диэлектрики в электростатическом поле --- Потенциальная энергия заряженного тела в однородном электростатическом поле --- Потенциал электростатического поля и разность потенциалов --- Связь между напряжённостью электростатического поля и разностью потенциалов. Эквипотенциальные поверхности --- Примеры решения задач по теме «Потенциальная энергия электростатического поля. Разность потенциалов» --- Электроёмкость. Единицы электроёмкости. Конденсатор --- Энергия заряженного конденсатора. Применение конденсаторов --- Примеры решения задач по теме «Электроёмкость. Энергия заряженного конденсатора»

Активная ссылка на источник «Класс!ная физика» обязательна: http://class-fizika.ru/10_a181a.html

Тема урока “ Энергия заряженного конденсатора. Энергия электрического поля ”

Учитель физики Панина Л.А.

Цель: Создать условия для деятельности школьников по изучению и закреплению понятий “энергия заряженного конденсатора”, “плотность энергии электрического поля”, содействовать актуализации личностного смысла учащихся к изучению темы. 
Задачи: 

Образовательная:

1. формировать понятие электроемкости уединенного проводника и ее единицы; познакомить с устройством плоского конденсатора и видами их соединений, вывести формулы электроемкости уединенного проводника, шара, плоского конденсатора, батареи последовательно и параллельно соединенных конденсаторов, энергии заряженного конденсатора.

2. Показать на примере демонстрации искровой разрядки конденсатора или разрядки конденсатора через лампу накаливания, что электрическое поле обладает энергией, а поэтому оно материально. 
Воспитательная:

-развитие коммуникативной компетентности

Развивающие:

- развивать наблюдательность, внимание, умение анализировать; сравнивать результаты, делать выводы; развивать навыки практической работы, умения работать группой

Основные знания и умения

1. Знать физический смысл электроемкости, формулы для вычисления электроемкости уединенного проводника, шара, плоского конденсатора, батареи параллельно и последовательно соединенных конденсаторов и уметь применять их для решения задач.

2. Знать формулу для вычисления энергии заряженного конденсатора и уметь применять ее для решения задач. 
Тип урока: изучение нового материала 
Используемая литература: Модульная технология изучения физики в 10-м классе, учебник Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, Н.Н. Сотский «Физика» 10 кл. 

Методические рекомендации: 
Последовательность изложения нового материала 
1. Электроемкость проводника. Единицы электроемкости.

2. Зависимость электроемкости проводника от его размеров, формы и окружающих тел.

3. Электроемкость металлического шара (сферы).

4. Конденсаторы. Их устройство, назначение, зарядка и разрядка, роль диэлектрика. Классификация конденсаторов.

5. Последовательное соединение конденсаторов в батарею.

6. Параллельное соединение конденсаторов в батарею.

7. Энергия заряженного конденсатора. Объемная плотность энергии электрического поля. 
Оборудование

Два электрометра, четыре металлические сферы (двух диаметров), электрофорная машина, два изолирующих штатива, демонстрационный разборный плоский конденсатор, демонстрационный конденсатор переменной емкости, набор конденсаторов (керамические, бумажные, слюдяные, электролитические), фотовспышка, электрическая лампа на 3,5 В и 0,28 А, источник постоянного тока или выпрямитель, питаемый от сети переменного тока, соединительные провода.

Демонстрации:

- Зависимость потенциала уединенного проводника от величины сообщаемого заряда;

- зависимость потенциала уединенного проводника от его размера при сообщении одинаковых зарядов;

- зависимость потенциала проводника от присутствия других проводников;

-зависимость электроемкости плоского конденсатора от площади обкладки,

- расстояния между обкладками и диэлектриком, разделяющим обкладки;

- разрядка конденсатора через лампу накаливания или фотовспышка;

- устройство различных типов конденсаторов.

Мотивация познавательной деятельности учащихся

В наше время все учащиеся в какой-то степени знают о конденсаторах. Конденсаторы широко применяются в устройстве радиоприемников, телевизоров, магнитофонов и во многих электронных приборах. Конденсаторы служат для накопления электрических зарядов и электрической энергии. Свойство конденсатора накапливать и сохранять электрические заряды используют в технике для получения кратковременных импульсов тока большой силы. Одним из примеров подобного использования конденсатора является электронная фотовспышка, используемая в фотографии. В этом случае конденсатор разряжается через специальную лампу.

План занятия

Проверка знаний, умений и навыков учащихся

1. Сообщить учащимся результаты физического диктанта, выполненного на прошлом занятии; разобрать типичные и грубые ошибки.

2. Опросить устно четырех учащихся по следующим заданиям:

Задание первое:

1) Объяснить физическую природу электростатической индукции. Почему внутри проводника, помещенного в электрическое поле, напряженность равна нулю?

2) Написать формулу зависимости напряженности и разности потенциалов однородного электрического поля.

3) В некоторой точке поля на заряд 2нКл действует сила 0,4 мкН. Найти напряженность поля в этой точке.

Задание второе:

1) Объяснить физическую природу поляризации неполярных диэлектриков. Почему напряженность внутри диэлектрика, помещенного в электрическое поле, меньше напряженности внешнего поля?

2) Написать формулу напряженности электрического поля заряженной плоскости.

3) Какая сила действует на заряд 12нКл, помещенный в точку, в которой напряженность электрического поля равна 2 кВ/м?

Задание третье:

1) Объяснить физическую природу поляризации полярных диэлектриков. Почему незаряженная бумажная гильза (диэлектрик) притягивается к заряженному телу?

2) Написать формулу потенциала электрического поля заряженного шара.

3) Металлическому шару радиусом 3 см сообщили заряд 16 нКл. Найти напряженность поля в точке, удаленной от центра шара на 2 см.

Задание четвертое:

1) В каких диэлектриках поляризация не зависит от температуры, а в каких зависит? Почему?

2) Почему при равновесии весь избыточный заряд наэлектризованного проводника расположен на его поверхности?

3) Металлическому шару радиусом 3 см сообщили заряд 16 нКл. Найти напряженность поля в точке, удаленной от центра шара на 4 см.

3. Проверить выполнение домашнего задания. 
№ 958. Наэлектризуйте трением эбонитовую палочку. Сначала только коснитесь шарика электроскопа, а затем проведите по нему палочкой. Одинаково ли зарядился электроскоп в том и другом случае? (во втором случае электроскоп зарядится больше, так как заряд снимается не с одной, а со многих точек поверхности палочки.) 
.№ 974. Чему равна напряженность поля в центре равномерно заряженного проволочного кольца, имеющего форму окружности? В центре равномерно заряженной сферической поверхности? (в обоих случаях напряженность равна 0.) 
№ 986. Для того, чтобы разредить электроскоп, бывает достаточно коснуться его пальцем. Разрядится ли электроскоп если поблизости от него находится изолированное от земли заряженное тело (нет, т.к. на электроскопе останется индуцированный телом заряд противоположного знака.) 
№ 987. Если к заряженному «султану» поднести иголку острием, то листочки султана постепенно начинают разряжаться. Почему? (На иголке находится заряд противоположного знака (одноименный по руке уходит в землю), который нейтрализует заряд, находящийся на листочках.) 
4. Изучение нового материала с использованием слайдов учеников 
Выясните суть понятия “энергия заряженного конденсатора” (изучите первых два абзаца §99-100 учебного пособия ). 
Вода может храниться в ведре, а с помощью чего можно накапливать и сохранять электрическую энергию?

Это это устройство называется конденсатором

Немного истории. В тысяча семьсот сорок пятом году в Лейдене голландский физик Питер Ван Мушенбрук совместно с немецким коллегой создали первый накопитель энергии и назвали его лейденской банкой

Что же такое конденсатор? От латинского слова «уплотнение», «сгущение»- это устройство, предназначенное для накопления заряда и энергии электростатического поля

Рассмотрим подробнее его устройство. Простейший плоский конденсатор состоит из двух одинаковых параллельных пластин (называемых обкладками), находящихся на малом расстоянии друг от друга и разделенных слоем диэлектрика. На пластины от источника питания подаются заряды одинаковые по модулю, но противоположные по знаку. Таким образом, между пластинами возникает разность потенциалов. Все электрическое поле сосредоточено внутри конденсатора и однородно. Существует огромный природный конденсатор. Облако и Земля- это разноименные обкладки конденсатора. Молния- разряд конденсатора. Под зарядом конденсатора понимают абсолютное значение одной из обкладок

Присутствие конденсатора в радиотехническом или электротехническом устройстве можно узнать по обозначениям. Даны обозначения конденсатора постоянной и переменной емкость

Выясним, что является основной характеристикой конденсатора. Это электрическая емкость (электроемкость), которая обозначается буквой С. Электроемкость- это физическая величина, характеризующая способность двух проводников накапливать электрический заряд. Единица электроемкости в системе СИ названа в честь великого ученого Майкла Фарадея и называется фарад. Электроемкость двух проводников равна одному фараду, если при сообщении им заряда в один кулон между ними возникает разность потенциалов один вольт. Один фарад - это очень большая величина, поэтому на практике используют мкФ, нФ, пФ. 

Рассмотрим, как характеристики конденсатора выглядят на языке формул. Электроемкость двух проводников – это отношение заряда проводника к разности потенциалов между ними.

С =q/U 

Но электроемкость не зависит ни от сообщенного проводникам заряда, ни от возникающей между ними разности потенциалов. Емкость конденсатора определяется геометрическими размерами проводников, формой, расположением и , конечно, диэлектрической проницаемостью среды.

С= εε0s/d

Чтобы зарядить конденсатор, нужно совершить работу по разделению положительных и отрицательных зарядов. Согласно закону сохранения энергии эта работа равна энергии конденсатора, которую можно определить по трем, приведенным на слайде, формулам

W=q2/2С= СU2/2 =qU/2. 
На следующем слайде вы видите различные виды конденсаторов

Все разнообразие конденсаторов можно разделить на два типа: по виду диэлектрика конденсаторы бывают вакуумные, воздушные, бумажные, стеклянные, электролитические и другие

А вот по возможности изменять емкость- это конденсаторы постоянной и переменной емкости, обозначения которых на схемах вам было представлено выше

Для получения нужной электроемкости конденсаторы можно соединять в батареи, используя последовательный и параллельный способ, как в случае с резисторами. Рассмотрим параллельный способ соединения конденсаторов. Если заряд на обкладке первого конденсатора обозначим q1, а на обкладке второго- через q2, то по закону сохранения заряда общий заряд будет равен сумме зарядов q1 и q2. Разность потенциалов(напряжение) U между обкладками остается неизменной. Общая емкость конденсаторов при параллельном соединении равна сумме емкостей конденсаторов С1 и С2.

Собщ.=С1+С2

При последовательном соединении конденсаторов, суммарный заряд не меняется. Общая разность потенциалов на обкладках конденсаторов равна сумме разности потенциалов на концах первого и разности потенциалов на обкладках второго конденсатора Uобщ.=U1 +U2. При последовательном соединении складываются обратные величины емкостей :

1/Собщ.= 1/С1+ 1/С2 
Найденная емкость конденсатора при последовательном соединении всегда меньше наименьшей емкости

Так как конденсаторы способны накапливать электрическую энергию, а затем ее мгновенно отдавать, то они имеют широкую область применения: 1)радиотехника и электротехника

2) в фототехнике всем известная фотовспышка.

3) в лазерной технике.

4) в элементах памяти ЭВМ и любимом вами компьютере. Ведь под крышками цифр и символов клавиатуры компьютера стоят конденсаторы.

5)конденсатор нашел применение при измерении влажности воздуха и древесины,

6) в системе защиты от короткого замыкания.

Таким образом, вы видите насколько прочно вошли в нашу жизнь эти накопители энергии- конденсаторы. Но следует помнить, что заряженный конденсатор опасен для жизни!

Рассмотрим некоторые типы задач, которые встречались на ЕГЭ в прошлые годы слайды

Таким образом, мы с вами рассмотрели назначение, основные характеристики, способы соединения конденсаторов, разобрали несколько видов задач. Теперь у вас наверняка не возникнет практических проблем при встрече с конденсаторами.

Ответьте на предложенные вопросы:

В распоряжении радиолюбителя имеются два конденсатора одинаковой емкости. Как нужно соединить эти конденсаторы, чтобы получилась удвоенная емкость? Емкость, уменьшенная в два раза?

В установках для улавливания пыли пропускают воздух через металлические трубы, по оси которых протягиваются металлическая поволока. Проволока соединяется с минусом, а труба – с плюсом генератора, подающего напряжение в несколько десятков тысяч вольт. Как будут вести себя пылинки: а) незаряженные? б) заряженные положительно или отрицательно? 
Выясните суть понятия “энергия заряженного конденсатора” (изучите первых два абзаца §101 учебного пособия ). 
Решите следующую задачу. Какую работу надо совершить, чтобы сжать пружину на x=5см, если для сжатия ее на x1=1см требуется сила F=200H?

Зная, что энергия конденсатора определяется работой затраченной на его зарядку, определим формулу энергии конденсатора, используя аналогию между работой по зарядке конденсатора и работой по сжатию пружины. Для этого изучите и дополните следующую таблицу.

Соответствия между механическими и электрическими

величинами в процессах зарядки конденсатора и сжатия пружины

Сжатие пружины	Зарядка конденсатора
Жесткость k	Величина, обратная электроемкости. 1/С
Удлинение пружины x	Заряд конденсатора q
Работа по сжатию недеформированной пружины (определяется изменением потенциальной энергии пружины)	Энергия заряженного конденсатора ……

Выясните суть понятия “плотность энергии электрического поля” (изучите последние три абзаца на с. 49 учебного пособия). Сделайте необходимые пометки.

Запишите максимальное количество различных вариантов формулы для энергии заряженного конденсатора, используя следующие величины: q, C, U, S, d, ε, ε0 ,E. 
“Энергия заряженного конденсатора. Энергия электрического поля ” 

Ответьте на предложенные вопросы:

В распоряжении радиолюбителя имеются два конденсатора одинаковой емкости. Как нужно соединить эти конденсаторы, чтобы получилась удвоенная емкость? Емкость, уменьшенная в два раза?

В установках для улавливания пыли пропускают воздух через металлические трубы, по оси которых протягиваются металлическая поволока. Проволока соединяется с минусом, а труба – с плюсом генератора, подающего напряжение в несколько десятков тысяч вольт. Как будут вести себя пылинки: а) незаряженные? б) заряженные положительно или отрицательно? 
Выясните суть понятия “энергия заряженного конденсатора” (изучите первых два абзаца §12 на с.48 учебного пособия ). 
Решите следующую задачу. Какую работу надо совершить, чтобы сжать пружину на x=5см, если для сжатия ее на x1=1см требуется сила F=200H?

Зная, что энергия конденсатора определяется работой затраченной на его зарядку, определим формулу энергии конденсатора, используя аналогию между работой по зарядке конденсатора и работой по сжатию пружины. Для этого изучите и дополните следующую таблицу.

Соответствия между механическими и электрическими

величинами в процессах зарядки конденсатора и сжатия пружины

Сжатие пружины	Зарядка конденсатора
Жесткость k	Величина, обратная электроемкости. 1/С
Удлинение пружины x	Заряд конденсатора q
Работа по сжатию недеформированной пружины (определяется изменением потенциальной энергии пружины)	Энергия заряженного конденсатора ……

Задачи для самостоятельной работы

1.Емкость 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 из пластин к разности потенциалов между ними

2.Расстояние d между обкладками плоского воздушного конденсатора увеличили в 2 раза, а пространство между обкладками заполнили парафином. Диэлектрическая проницаемость парафина ε = 2. Как изменилась емкость конденсатора? 
1) увеличилась в 4 раза 3) не изменилась

2)уменьшилась в 4 раза 4) увеличилась в 2 раза

3.Конденсатор емкостью 0,01 Ф заряжен до напряжения 20 В. Какой энергией обладает конденсатор? 
1) 0,1 Дж 2) 0,2 Дж 3) 2 Дж 4) 4 Дж

4.Если заряд на конденсаторе постоянной емкости увеличить в 2 раза, то энергия электрического поля конденсатора :

1) не изменится 3) уменьшится в 2 раза

2) увеличится в 2 раза 4) увеличится в 4 раза

5.Воздушный конденсатор емкостью С заполняют диэлектриком с диэлектрической проницаемостью ε = 2. Конденсатор какой емкости надо включить последовательно с данным, чтобы получившаяся батарея тоже имела емкость С? 
1) С 2) 2С 3) 3С 4) 4С 
6.Разность потенциалов между пластинами плоского конденсатора, расстояние между которыми 4 см и напряженность электрического поля между которыми 80 В/м, равна: 
1) 320,0 В 2) 3,2 В 3) 20,0 В 4) 200,0 В 
7. Отсоединенный от источника тока плоский воздушный конденсатор заряжен до разности потенциалов U. Если такой конденсатор заполнить диэлектриком с диэлектрической проницаемостью ε , то разность потенциалов между обкладками конденсатора станет равной: 
1) ε U 2)( ε-1) U 3) U/( ε-1) 4) U/ ε 
8(В).Плоский конденсатор подключили к источнику тока, а затем уменьшили расстояние между пластинами. Что произойдет при этом с зарядом и электроемкостью конденсатора? 
К каждой позиции первого столбика подберите соответствующую позицию второго и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами. Краевыми эффектами пренебречь, считая пластины конденсатора бесконечно большими. Диэлектрическую проницаемость воздуха принять равной 1. 
ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ ИХ ИЗМЕНЕНИЕ

А) Заряд конденсатора 1)увеличится

Б)Электроемкость 2)уменьшится

3)не изменится

А	Б

9(В).Два последовательно соединенных конденсатора (С₁=2 мкФ и С₂= 4 мкФ) присоединены к источнику постоянного напряжения U=120 В.Определить напряжение на первом конденсаторе.

10(С).Конденсаторы, электрическая емкость которых С₁= 4 мкФ и С₂= 8 мкФ, заряжают до напряжения 3 В каждый, а затем «плюс» одного из них подключают к «минусу» другого и соединяют свободные выводы резистором сопротивлением 1000 Ом. Какое количество теплоты выделится в резисторе? 


Ответы:

1.верный ответ 4. (Задача требует четкого знания определения электроемкости конденсатора)

2. ответ 3 – не изменилась. Из формуле по определению электроемкости плоского конденсатора С = ε ε₀s/d видно, что при увеличении расстояния между обкладками d в 2 раза, электроемкость С уменьшится в 2 раза (обратно пропорциональная зависимость), и при увеличении ε в 2 раза ( так как у воздуха ε=1) С увеличивается в 2 раза (прямо пропорциональная зависимость). В результате электроемкость конденсатора С не изменилась. 
3.Ответ 2 : 0,2 Дж. Воспользуемся формулой для энергии плоского конденсатора: W=СU²/2, получим верный ответ. 
4.Ответ 4: увеличится в 4 раза. Применим формулу для энергии плоского конденсатор: W= q²/2С. Так как заряд увеличится в 2 раза, а он возводится в формуле в квадрат, то энергия увеличится в 4 раза. 
5.Верный ответ 2: 2С. После заполнения диэлектриком емкость конденсатора стала 2С. Если включить последовательно с этим конденсатором конденсатор емкости С₁, то общая емкость батареи С_общ.= 2С· С₁/(2С+С₁). Откуда С₁=2С. 
6. Верный ответ 2 : 3,2 В. В плоском конденсаторе электрическое поле однородное, и разность потенциалов между пластинами равна произведению напряженности поля на расстояние между пластинами, т.е. U = Е ·d 
7.Верный ответ 4 : U/ ε. В это случае при отсоединении конденсатора от источника питания, заряд сохраняется. Электроемкость же возрастает в ε раз: С₁= εС. Поэтому U₁=СU/ εС=U/ ε 
8.Верный ответ: А-1, Б-1. Так кА конденсатор подключен к источнику тока, то его заряд увеличивается. Но величина заряда не играет роли в значении электроемкости конденсатора. На электроемкость влияет уменьшение расстояния между пластинами. С = ε ε₀s/d . Из формулы видно, что электроемкость и расстояние между пластинами находятся в обратно пропорциональной зависимости. 
9. Решение: При последовательном соединении конденсаторов q= q₁= q_2, т.е. заряды на обкладках конденсаторов равны . Но, с другой стороны, можно записать: q=С₁ U₁=С₂ U₂ (1). Для данного вида соединения конденсаторов сумма напряжений U₁ и U₂ равна напряжению источника тока U : U =U₁ + U₂ . (2) В равенство (1) подставим значение U₂ из (2): U₂ =U - U₁ ;

С₁ U₁=С₂ ( U - U₁). Из полученного уравнения находим напряжение на первом конденсаторе: U₁ = С₂ U/(С₁+ С₂). После подстановки численных значений получим ответ: 80 В.

10.Запишем выражение для начальной энергии конденсаторов:

W₁=( С₁+ С₂)· U²/2. Запишем выражения для энергии конденсаторов после

Замыкания их через резистор: W₁= q₁²/2С₁+ q₂²/2С₂,где заряды на пластинках конденсаторов находятся из выражений : q₁+ q₂ = С₁ U – С₂ U и

q₁/С₁ = q₂/С₂, т.к. конденсаторы соединены параллельно. Отсюда следует, что q₁ = U С₁(С₁- С₂)/ С₁+ С₂, q₂ = U С₂(С₁- С₂)/ С₁+ С₂, а, следовательно,

W₂=( С₁- С₂)² U² / 2(С₁+ С₂). Выделившееся количество теплоты равно:

Q= W₁ – W₂= 2С₁С₂ U²/ С₁+ С_2. Q=48 мк Дж. Из итоговой формулы видно, что ответ не зависит от значения сопротивления резистора.

Технологическая карта урока 

-----------------------

Задачи для самостоятельной работы

1.Емкость 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 из пластин к разности потенциалов между ними

2.Расстояние d между обкладками плоского воздушного конденсатора увеличили в 2 раза, а пространство между обкладками заполнили парафином. Диэлектрическая проницаемость парафина ε = 2. Как изменилась емкость конденсатора?

1) увеличилась в 4 раза 3) не изменилась

2)уменьшилась в 4 раза 4) увеличилась в 2 раза

3.Конденсатор емкостью 0,01 Ф заряжен до напряжения 20 В. Какой энергией обладает конденсатор?

1) 0,1 Дж 2) 0,2 Дж 3) 2 Дж 4) 4 Дж

4.Если заряд на конденсаторе постоянной емкости увеличить в 2 раза, то энергия электрического поля конденсатора :

1) не изменится 3) уменьшится в 2 раза

2) увеличится в 2 раза 4) увеличится в 4 раза

5.Воздушный конденсатор емкостью С заполняют диэлектриком с диэлектрической проницаемостью ε = 2. Конденсатор какой емкости надо включить последовательно с данным, чтобы получившаяся батарея тоже имела емкость С?

1) С 2) 2С 3) 3С 4) 4С

6.Разность потенциалов между пластинами плоского конденсатора, расстояние между которыми 4 см и напряженность электрического поля между которыми 80 В/м, равна:

1) 320,0 В 2) 3,2 В 3) 20,0 В 4) 200,0 В

7. Отсоединенный от источника тока плоский воздушный конденсатор заряжен до разности потенциалов U. Если такой конденсатор заполнить диэлектриком с диэлектрической проницаемостью ε , то разность потенциалов между обкладками конденсатора станет равной:

1) ε U 2)( ε-1) U 3) U/( ε-1) 4) U/ ε

8(В).Плоский конденсатор подключили к источнику тока, а затем уменьшили расстояние между пластинами. Что произойдет при этом с зарядом и электроемкостью конденсатора?

К каждой позиции первого столбика подберите соответствующую позицию второго и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами. Краевыми эффектами пренебречь, считая пластины конденсатора бесконечно большими. Диэлектрическую проницаемость воздуха принять равной 1.

ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ ИХ ИЗМЕНЕНИЕ

А) Заряд конденсатора 1)увеличится

Б)Электроемкость 2)уменьшится

3)не изменится

А	Б

9(В).Два последовательно соединенных конденсатора (С₁=2 мкФ и С₂= 4 мкФ) присоединены к источнику постоянного напряжения U=120 В.Определить напряжение на первом конденсаторе.

10(С).Конденсаторы, электрическая емкость которых С₁= 4 мкФ и С₂= 8 мкФ, заряжают до напряжения 3 В каждый, а затем «плюс» одного из них подключают к «минусу» другого и соединяют свободные выводы резистором сопротивлением 1000 Ом. Какое количество теплоты выделится в резисторе?

Ответы:

1.верный ответ 4. (Задача требует четкого знания определения электроемкости конденсатора)

2. ответ 3 – не изменилась. Из формуле по определению электроемкости плоского конденсатора С = ε ε₀s/d видно, что при увеличении расстояния между обкладками d в 2 раза, электроемкость С уменьшится в 2 раза (обратно пропорциональная зависимость), и при увеличении ε в 2 раза ( так как у воздуха ε=1) С увеличивается в 2 раза (прямо пропорциональная зависимость). В результате электроемкость конденсатора С не изменилась.

3.Ответ 2 : 0,2 Дж. Воспользуемся формулой для энергии плоского конденсатора: W=СU²/2, получим верный ответ.

4.Ответ 4: увеличится в 4 раза. Применим формулу для энергии плоского конденсатор: W= q²/2С. Так как заряд увеличится в 2 раза, а он возводится в формуле в квадрат, то энергия увеличится в 4 раза.

5.Верный ответ 2: 2С. После заполнения диэлектриком емкость конденсатора стала 2С. Если включить последовательно с этим конденсатором конденсатор емкости С₁, то общая емкость батареи С_общ.= 2С· С₁/(2С+С₁). Откуда С₁=2С.

6. Верный ответ 2 : 3,2 В. В плоском конденсаторе электрическое поле однородное, и разность потенциалов между пластинами равна произведению напряженности поля на расстояние между пластинами, т.е. U = Е ·d

7.Верный ответ 4 : U/ ε. В это случае при отсоединении конденсатора от источника питания, заряд сохраняется. Электроемкость же возрастает в ε раз: С₁= εС. Поэтому U₁=СU/ εС=U/ ε

8.Верный ответ: А-1, Б-1. Так кА конденсатор подключен к источнику тока, то его заряд увеличивается. Но величина заряда не играет роли в значении электроемкости конденсатора. На электроемкость влияет уменьшение расстояния между пластинами. С = ε ε₀s/d . Из формулы видно, что электроемкость и расстояние между пластинами находятся в обратно пропорциональной зависимости.

9. Решение: При последовательном соединении конденсаторов q= q₁= q_2, т.е. заряды на обкладках конденсаторов равны . Но, с другой стороны, можно записать: q=С₁ U₁=С₂ U₂ (1). Для данного вида соединения конденсаторов сумма напряжений U₁ и U₂ равна напряжению источника тока U : U =U₁ + U₂ . (2) В равенство (1) подставим значение U₂ из (2): U₂ =U - U₁ ;

С₁ U₁=С₂ ( U - U₁). Из полученного уравнения находим напряжение на первом конденсаторе: U₁ = С₂ U/(С₁+ С₂). После подстановки численных значений получим ответ: 80 В.

10.Запишем выражение для начальной энергии конденсаторов:

W₁=( С₁+ С₂)· U²/2. Запишем выражения для энергии конденсаторов после

Замыкания их через резистор: W₁= q₁²/2С₁+ q₂²/2С₂,где заряды на пластинках конденсаторов находятся из выражений : q₁+ q₂ = С₁ U – С₂ U и

q₁/С₁ = q₂/С₂, т.к. конденсаторы соединены параллельно. Отсюда следует, что q₁ = U С₁(С₁- С₂)/ С₁+ С₂, q₂ = U С₂(С₁-С₂)/ С₁+ С₂, а, следовательно,

W₂=( С₁- С₂)² U² / 2(С₁+ С₂). Выделившееся количество теплоты равно:

Q= W₁ – W₂= 2С₁С₂ U²/ С₁+ С_2. Q=48 мк Дж. Из итоговой формулы видно, что ответ не зависит от значения сопротивления резистора.

Технологическая карта урока

Основ-ные этапы урока	Время (мин)	Деятельность учителя	Деятельность учащихся	Приемы, методы и формы обучения	Прогнозируемый результат совместной деятельности	Оборудова-ние
Организа-ционный момент	2	Создает нормальную обстановку для работы на уроке	Участвуют в определении общих целей урока и плана его проведения	Беседа	Психологическая настроенность, представление цели урока
Актуали-зация знаний, проверка д/з.	7	Устанавливает правильность, полноту и осознанность выполнения домашнего задания всеми учащими. Способствует актуализации личностного смысла учащихся к изучению темы	Выполняют задание 1 рабочей карты Анализируют решения домашних задач, устраняют недочеты,	Индивидуальная, групповая	Ликвидация недостатков в выполнении д/з, актуализированные знания о соединении конденсаторов	Рабочая карта урока,
Изучение нового материа-ла	17	Организует групповую деятельность учащихся по выполнению задания 2 рабочей карты Организует деятельность по выполнению заданий 4-6 рабочей карты урока	Выполняют в группах задание 1 рабочей карты Выполняют в группах задания 4-6 рабочей карты урока	Групповая, использование аналогии	Восприятие, осмысление и первичное запоминание изучаемого материала	Рабочая карта урока
Первич-ная проверка новых знаний	5	Устанавливает правильность и осознанность учащимися изученного материала	Выступают с отчетами “лидеры” групп. Участники групп дополняют выступающих	Групповая, индивидуаль-ная	Выявление и ликвидация неясностей осмысления учащимися изученного материала	Рабочая карта урока
Закрепле-ние и примене-ние изу-ченного	8	Организует деятельность школьников над заданиями 7-8 рабочей карты, обеспечивает контроль за их выполнением	Выполняют задания 6-7 рабочей карты	Групповая	Усвоение школьниками знаний и способов деятельности на уровне их применения в разнообразных ситуациях	Рабочая карта урока
Информа-ция о д/з	2	Организует инструктаж по выполнению д/з	Записывают д/з в дневник	Фронтальная, индивидуаль-ная	Понимание учащимися цели, содержания и способов выполнения д/з	Д/з на доске
Подведе-ние итогов занятия	2	Дает качественную оценку работы класса, групп, и отдельных учащихся, выставляет бальные оценки	Оценивают работу групп	Взаимооценка	Выставление бальных отметок
Рефлек-сия	2	Организует рефлексию	Оценивают свое эмоциональное состояние и свою деятельность на уроке

IV. Закрепление знаний, умений, навыков

V. Подведение итогов урока.

1. Что называется напряженностью электрического поля?
   2. Чему равна напряженность поля точечного заряда?
  3. Как направлена напряженность поля зарядаq₀, если q₀0? если q₀0?    4. Как формулируется принцип суперпозиции полей?

VI. Домашнее задание: §4