Дидактическая цель
1. Дать понятие электроемкости уединенного проводника и ее единицы; познакомить с устройством плоского конденсатора и видами их соединений.
2. Вывести формулы электроемкости уединенного проводника, шара, плоского конденсатора, батареи последовательно и параллельно соединенных конденсаторов, энергии заряженного конденсатора.
3. Дать классификацию конденсаторов в зависимости от рода диэлектрика, разделяющего обкладки, и величины электроемкости.
Воспитательная цель
На примере демонстрации искровой разрядки конденсатора или разрядки конденсатора через лампу накаливания показать, что электрическое поле обладает энергией, а поэтому оно материально.
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.
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), элект-рофорная 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) На сколько изменится средняя кинетическая энергия хаотического движений молекул газа при повышении его температуры на 100 К? Ответ .∆Ек=2,07*10-21 Дж.
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) Определить тепловую энергию 3,2 кг кислорода при температуре 127°С. Ответ. ∆U=831 кДж.
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. 31 На сколько изменится внутренняя энергия 1,2 кг углерода при понижении температуры на 40°С? Ответ. ∆U=49,86 кДж.
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) Определить давление 2 кг кислорода, находящегося в баллоне емкостью 0,4 м3 при температуре 27°С. Ответ,
р ≈ 0,39 МПа.
3. Проверить выполнение домашнего задания. Дополнительные вопросы к отвечающим:
Т. № 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.)
Т. № 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.)
Т. № 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.)
Т. № 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.)
Как читается закон Кулона?
Как читается закон сохранения заряда?
Какое поле называется электрическим полем?
Фронтальный опрос
1. Что называется величиной заряда?
(Избыток электрических зарядов одного знака в каком- либо теле называетсяся величиной заряда или количеством электричества.)
2. Как читается закон сохранения заряда?
(Электрические заряды не возникают и не исчезают, а только перераспределяются между всеми телами, участвующими в том или ином явлении.)
3. Назовите виды электризации?
4. Почему при переливании бензина из одной цистерны в другую он может воспламениться, если не принять специальных мер предосторожности?
(При вытекании из трубы бензин электризуется настолько, что возникает электрическая искра, воспламеняющая его.)
5. Прочитайте закон Кулона?
6. Почему проводники для опытов по электростатике делаются полыми?
(Потому что статические заряды располагаются лишь на внешней поверхности проводника.)
7. Что мы называем диэлектрической проницаемостью среды? (Величина, характеризующая зависимость силы взаимодействия между зарядами от окружающей среды называется eс.)
8. Почему приборы для электростатических опытов не имеют острых концов, а заканчиваются округленными поверхностями?
(На острых концах проводников настолько большая плотность зарядов, что они не удерживаются на проводнике и «стекают» с него.)
9. Какое поле называется электрическим полем?
(Поле, передающее воздействие одного неподвижного электрического заряда на другой неподвижный заряд в соответствии с законом Кулона, называется электрическим полем.)
10. Что мы называем линией напряженности?
(Это такая линия, по касательной к каждой точке которой направлены векторы напряженности поля.)
11. Свойства силовых линий?
12. Какое поле называется однородным?
13. Как определить знак заряда на электроскопе, имея эбонитовую палочку и сукно?
(Знак заряда электроскопа будет отрицательным, если от прикосновения наэлектризованной, эбонитовой палочки листочки разойдутся на больший угол.)
14. Как изменится сила взаимодействия между двумя точечными зарядами, если величину каждого заряда увеличить в четыре раза, а расстояние между зарядами уменьшить вдвое?
(Увеличиться в 64 раза.)
15. Что мы называем потенциалом поля данной точки? (Энергетическая характеристика электрического поля в данной точке называется потенциалом поля в данной точке.)
16. Формула для определения φ, Е ?
Проанализировать ответы учащихся, прокомментировать и сказать оценки.
Приложения
1. «Электроемкость проводника».
2. «Электрическое поле. Исследование электризации различных тел».
3. «Влияет ли на электроемкость проводника масса его, материал из чего сделан проводник?»
4. «Закрепление: Измерение электроемкости плоского конденсатора».