Füüsika esitlused "kondensaatorid". Elektriline võimsus. Kondensaatorid ja nende kasutamine. Elektrivälja energia. Laetud kondensaatori energia kondensaatorite rakenduse esitlus

slaid 4

Tunni eesmärgid:

• Õppige määrama laetud kondensaatori energiat.
• Arendada oskust rakendada ülesannete lahendamisel füüsikaseadusi.
• Uurige kondensaatori praktilist tähendust.

slaid 5

Kondensaatorid.

Kondensaator koosneb kahest dielektrilise kihiga eraldatud juhist, mille paksus on juhtide mõõtmetega võrreldes väike.

Lamekondensaatori mahtuvus määratakse järgmise valemiga:

slaid 6

Laetud kondensaatori energia.

E - q + q

Kondensaatori energia laengu potentsiaalse energia jaoks ühtlases väljas on:

Slaid 7

Kondensaatorite rakendamine

Kondensaatorite tüübid:

õhk,

Paber,

Vilgukivi,

Elektrostaatiline.

Eesmärk:

• Potentsiaali kiireks muutmiseks koguge lühikeseks ajaks laengut või energiat.
• Ärge laske läbi alalisvoolu.
• Raadiotehnikas - võnkeahel, alaldi.
• Rakendus fotograafias.

Slaid 8

Konsolideerimine.

Teoreetiline materjal küsimuste kohta:

• Milleks on kondensaatorid?
• Kuidas on kondensaator paigutatud?
• Miks on kondensaatori plaatide vaheline ruum täidetud dielektrikuga?
• Mis on laetud kondensaatori energia?

Slaid 9

Probleemi lahendamine:

1. Kui suur on kondensaatori võimsus. Kui ta sai süüdistuse 6 . 10-5 C, 120 V allikast.

Sektsioonid: Füüsika

Didaktiline eesmärk

1. Andke üksikjuhi ja selle ühiku elektrilise võimsuse mõiste; tutvuda lamekondensaatori seadme ja nende ühenduste tüüpidega.

2. Tuleta üksikjuhi, kuuli, lamekondensaatori, järjestikku ja paralleelselt ühendatud kondensaatorite aku elektrilise võimsuse ja laetud kondensaatori energia valemid.

3. Esitage kondensaatorite klassifikatsioon sõltuvalt plaate eraldava dielektriku tüübist ja elektrilise mahtuvuse suurusest.

hariduslik eesmärk

Näidake kondensaatori sädelahenduse või kondensaatori tühjenemise demonstreerimise näitel läbi hõõglambi, et elektriväljal on energiat ja seetõttu on see materjal.

Põhiteadmised ja -oskused

1. Teadma elektrilise võimsuse füüsikalist tähendust, üksikjuhi, kuuli, lamekondensaatori, paralleel- ja jadaühendusega kondensaatorite aku elektrilise võimsuse arvutamise valemeid ning oskama neid rakendada ülesannete lahendamisel.

2. Teadma laetud kondensaatori energia arvutamise valemit ja oskama seda ülesannete lahendamisel rakendada.

Uue materjali esitamise järjekord

1. Juhi elektriline võimsus. Elektrilise võimsuse ühikud.

2. Juhi elektrilise võimsuse sõltuvus selle suurusest, kujust ja ümbritsevatest kehadest.

3. Metallist kuuli (kera) elektriline võimsus.

4. Kondensaatorid. Nende seade, otstarve, laadimine ja tühjendamine, dielektriku roll. Kondensaatorite klassifikatsioon.

5. Kondensaatorite jadaühendus akus.

6. Kondensaatorite paralleelühendus akus.

7. Laetud kondensaatori energia. Elektrivälja mahuline energiatihedus.

Varustus

Kaks elektromeetrit, neli metallsfääri (kahe läbimõõduga), elektroforimasin, kaks isolatsioonistendit, demonteeritav lamekondensaatori demo, muutuva mahtuvusega demo, kondensaatorite komplekt (keraamiline, paber, vilgukivi, elektrolüüt), taskulamp, elektrilamp 3,5 V ja 0,28 A juures, alalisvooluallikas või vahelduvvoolu toitega alaldi, ühendusjuhtmed. Meeleavaldused

Üksikjuhi potentsiaali sõltuvus teatatud laengu suurusest; üksikjuhi potentsiaali sõltuvus selle suurusest samade laengute edastamisel; juhi potentsiaali sõltuvus teiste juhtide olemasolust; lamekondensaatori elektrilise mahtuvuse sõltuvus plaadi pindalast, plaatide ja plaate eraldava dielektriku vaheline kaugus; kondensaatori tühjendamine läbi hõõglambi või välklambi; seade erinevat tüüpi kondensaatorid.

Õpilaste tunnetusliku tegevuse motiveerimine

Tänapäeval teavad kõik õpilased mingil määral kondensaatoritest. Kondensaatoreid kasutatakse laialdaselt raadiotes, televiisorites, magnetofonides ja paljudes elektroonikaseadmetes. Kondensaatoreid kasutatakse elektrilaengute ja elektrienergia salvestamiseks. Kondensaatori omadust koguda ja salvestada elektrilaenguid kasutatakse tehnoloogias lühiajaliste suure tugevusega vooluimpulsside saamiseks. Üks näide sellisest kondensaatori kasutamisest on fotograafias kasutatav elektrooniline välklamp. Sel juhul tühjendatakse kondensaator spetsiaalse lambi kaudu.

Tunniplaan

Õpilaste teadmiste, oskuste ja vilumuste kontrollimine

1. Teavitada õpilasi viimases tunnis sooritatud kehalise dikteerimise tulemustest; analüüsida tüüpilisi ja vigu.

2. Küsitlege nelja õpilast suuliselt järgmiste ülesannete kohta:

Ülesanne üks:

1) Selgitage elektrostaatilise induktsiooni füüsikalist olemust. Miks on juhtme sees olev pinge elektriväljas null?

2) Kirjutage homogeense elektrivälja tugevuse ja potentsiaalide erinevuse sõltuvuse valem.

3) Kui palju muutub gaasimolekulide kaootiliste liikumiste keskmine kineetiline energia selle temperatuuri tõustes 100 K võrra? Vastus ∆E k \u003d 2,07 * 10 -21 J.

Teine ülesanne:

1) Selgitage mittepolaarsete dielektrikute polarisatsiooni füüsikalist olemust. Miks on elektrivälja asetatud dielektriku sees olev tugevus väiksem kui välisvälja tugevus?

2) Kirjutage laetud tasandi elektrivälja tugevuse valem.

3) Määrake soojusenergia 3,2 kg hapnikku temperatuuril 127 °C. Vastus. ∆U=831 kJ.

Kolmas ülesanne:

1) Selgitage polaarsete dielektrikute polarisatsiooni füüsikalist olemust. Miks tõmbab laenguta paberihülss (dielektrik) laetud keha külge?

2) Kirjutage laetud kuuli elektrivälja potentsiaali valem. 31 Kui palju muutub 1,2 kg süsiniku siseenergia, kui temperatuur langeb 40°C võrra? Vastus. ∆U=49,86 kJ.

Neljas ülesanne:

1) Millistes dielektrikutes ei sõltu polarisatsioon temperatuurist ja millistes? Miks?

2) Miks tasakaaluolekus paikneb kogu elektrifitseeritud juhi liigne laeng selle pinnal?

3) Määrata 2 kg hapniku rõhk balloonis mahuga 0,4 m 3 temperatuuril 27°C. Vastus

p ≈ 0,39 MPa.

3. Kontrolli kodutööd. Lisaküsimused vastajatele:

T. nr 958. Elektrifitseerige eboniitpulk hõõrdumise teel. Esmalt puudutage lihtsalt elektroskoobi kuuli ja seejärel käivitage võlukepp sellest üle. Kas elektroskoopi laeti mõlemal juhul ühtemoodi? (Teisel juhul laetakse elektroskoopi rohkem, kuna laeng ei eemaldata mitte ühest, vaid paljudest pulga pinna punktidest.)

Kd nr 974. Kui suur on väljatugevus ühtlaselt laetud ringikujulise traadirõnga keskpunktis? Ühtlaselt laetud sfäärilise pinna keskel? (Mõlemal juhul on intensiivsus 0.)

T. nr 986. Elektroskoobi haruldaseks muutmiseks piisab, kui puudutada seda sõrmega. Kas elektroskoop tühjeneb, kui selle läheduses on maapinnast eraldatud laetud keha (ei, sest keha poolt indutseeritud vastupidise märgiga laeng jääb elektroskoobile).

T. nr 987. Kui laetud “sultanile” tuua nõel teravikuga, siis hakkavad sultani lehed tasapisi tühjenema. Miks? (Nõelal on vastupidise märgiga laeng (sama nimega läheb käe peal maasse), mis neutraliseerib lehtede laengu.)

Kuidas loetakse Coulombi seadust?

Kuidas loetakse laengu jäävuse seadust?

Millist välja nimetatakse elektriväljaks?

Frontaalne uuring

1. Mida nimetatakse laengu suuruseks?

(Sama märgiga elektrilaengute ülejääki mis tahes kehas nimetatakse laengu suuruseks või elektrienergia koguseks.)

2. Kuidas loetakse laengu jäävuse seadust?

(Elektrilaengud ei teki ega kao, vaid jaotuvad ainult ümber kõigi selles või teises nähtuses osalevate kehade vahel.)

3. Millised on elektrifitseerimise tüübid?

4. Miks võib see bensiini ühest paagist teise valades süttida, kui ei järgita erilisi ettevaatusabinõusid?

(Kui bensiin torust välja voolab, elektriseerub see nii, et tekib elektrisäde, mis selle süütab.)

5. Loe Coulombi seadust?

6. Miks tehakse elektrostaatikaga seotud katsete juhid õõnsaks?

(Kuna staatilised laengud asuvad ainult juhi välispinnal.)

7. Mida me nimetame keskkonna dielektriliseks konstandiks? (Väärtus, mis iseloomustab laengutevahelise interaktsioonijõu sõltuvust keskkond nimetatakse e s.)

8. Miks ei ole elektrostaatiliste katsete seadmetes teravad otsad, vaid need lõpevad ümarate pindadega?

(Juhtmete teravates otstes on laengute tihedus nii suur, et need ei jää juhtmele kinni ega voola sealt ära.)

9. Millist välja nimetatakse elektriväljaks?

(Välja, mis edastab ühe fikseeritud elektrilaengu toime teisele fikseeritud laengule vastavalt Coulombi seadusele, nimetatakse elektriväljaks.)

10. Mida me nimetame pingejooneks?

(See on sirge, mis puutub igasse punkti, mille väljatugevuse vektorid on suunatud.)

11. Jõujoonte omadused?

12. Millist välja nimetatakse homogeenseks?

13. Kuidas määrata laengu märki elektroskoobil, millel on eboniitpulk ja riie?

(Elektroskoobi laengu märk on negatiivne, kui elektrifitseeritud eboniitpulga puudutamisel hajuvad lehed suurema nurga all.)

14. Kuidas muutub kahe punktlaengu vastastikune jõud, kui iga laengu väärtust suurendada neli korda ja laengute vahekaugust poole võrra vähendada?

(Suurendada 64 korda.)

15. Mida me nimetame antud punkti väljapotentsiaaliks? (Elektrivälja energiakarakteristikut antud punktis nimetatakse välja potentsiaaliks antud punktis.)

16. Valem φ, E?

Analüüsige õpilaste vastuseid, kommenteerige ja pange hindeid.

Täna on meil ebatavaline õppetund. Meil on külalised. Ütleme neile tere. Palun istu maha.

Igaühel teist on laual õppetunni kaart. Kirjutage sellele oma nimi. Pärast iga ülesande täitmist panete kirja punktide arvu selle ülesande täitmise eest. Tunni lõpus arvutame kokku punktide arvu ja anname vastava hinde.

Õpitud materjali kontrollimine.

Füüsiline dikteerimine.

(pärast valmimist – vastastikune kontrollimine).

1 variant.

1). Juht on aine, milles ... (tasuta laengud võivad liikuda kogu mahu ulatuses).

2). Pooljuhtide hulka kuuluvad ... (mineraalid, oksiidid, sulfiidid, germaanium, räni, seleen, rasv, soolvesi, veri, süsinik).

3). Üksiku juhi elektriline võimsus arvutatakse valemiga .... (C \u003d Q / φ).

4) ε 0 on ... (elektrikonstant ja võrdub 8,85 * 10 -12 C 2 / N * m 2).

5) Elektrivõimsust mõõdetakse ... (faradides).

6) Kera elektriline mahtuvus sõltub ... (raadiusest).

7) Millised kolm rühma jagavad kõik ained ... (juht, pooljuht, dielektrik).

2. võimalus.

1) Pooljuht on aine, milles ... (vabade laengute arv sõltub välistingimustest).

2) Juhtide hulka kuuluvad ... (metallid. Soolade, leeliste, hapete, niiske õhu, plasma, inimkeha lahused).

3) Üksikpalli elektriline võimsus arvutatakse valemiga ... (C = 4π ε 0 ε R).

4) ε on ... (keskkonna dielektriline konstant)

5) Laengut mõõdetakse ... (kulonides).

6) Kera elektriline võimsus ei sõltu ... (laeng tema pinnal).

7) Dielektrikute hulka kuuluvad ... (gaasid, destilleeritud vesi, benseen, õlid, klaas, portselan, vilgukivi, puit ja teised).

Uue materjali õppimine.

(ülevaatuse käigus täidetakse toetav kokkuvõte).

Elektrilaengute salvestamiseks kasutatakse seadet, mida nimetatakse kondensaatoriks.

Mis on kondensaator? Millest see koosneb?

Põhikontuur.

Kondensaator on ... (kahe dielektrilise kihiga eraldatud juhi süsteem, mille paksus on juhi mõõtmetega võrreldes väike).

Juhid on ... (kondensaatorplaadid).

Võimeline koguma suurt laengut.

Sümbol:

Elektriväli kondensaatori sees.

Laadimiseks .... (kinnitage selle plaadid vooluallika pooluste külge).

Kondensaatorite tüübid: õhk, vilgukivi, keraamiline, paber, elektrolüüt, ...

(tabelikuva: Kondensaatorite tüübid).

Teade: esimene kondensaator.

Peamine omadus on elektriline võimsus.

Elektriline võimsus on .. (füüsikaline suurus, mis iseloomustab kahe juhi võimet koguda elektrilaengut).

Näita arvutis animatsiooni: "Kondensaatori võimsus ja selle kasutamine."

C = q/φ; C = εε 0 S / d.

Mõõtühik: Farad (F).

Rakendus:

raadiotehnika;

kaamera välklamp;

arvuti klaviatuur;

Kondensaatori energia.

(Animatsioon: "Kondensaatori ehitus ja energia").

Ühenduste tüübid diagrammil:

C \u003d C 1 + C 2 + ... ... ..

1 / C \u003d 1 / C 1 + 1 / C 2 + ....

Puudused:

Energiat ei jätku kauaks.

Tühjendub kiiresti.

Vajalik on pidev laadimine.

1. Probleemi lahendamine.

Kondensaatori elektriline mahtuvus C = 5pF. Milline laeng oli igal selle plaadil, kui nende potentsiaalide erinevus on U = 100 V.

Laeng q \u003d 6 * 10 -4 C lamekondensaatori plaatidel tekitab plaatide vahel potentsiaalide erinevuse 200 V. Määrake kondensaatori mahtuvus. (Kasjanov: Füüsika -10, lk 403, ülesanne nr. 1).

Arvutage 0,1 μF kondensaatori elektrostaatilise välja energia, mis on laetud potentsiaalide erinevuseni 200 V. (Kasjanov: Füüsika - 10, lk 406, ülesanne nr 1).

Leidke lamekondensaatori elektriline mahtuvus, kui selle iga plaadi pindala on 1m 2, siis plaatide vaheline kaugus on 1,5 mm. Dielektrik on vilgukivi (ε = 6).

Iseseisev töö.

(pärast lõpetamist kontrollivad nad üksteist)

1 variant.

1. Kui suur on kondensaatori mahtuvus, kui see laetuna 1,4 kV pingele saab laengu 28 nC?

2. Arvutage käivitusmootori kondensaatori energia selle täieliku tühjenemise hetkel, kui on teada, et plaatidel on pinge 300 V ja kondensaatori mahtuvus on 0,25 μF.

2. võimalus.

1. Leidke 200 V potentsiaalivahega laetud õhukondensaatori mahtuvus. Iga plaadi pindala on 0,25 m 2, nende vaheline kaugus on 1 mm. (ε = 1).

2. Kondensaator ütleb 4 uF, 100 V. Mis on maksimaalne energia, mis sellel võib olla.

Õppetunni kokkuvõte. Hindamine.

Mida sa õppisid? Mida sa õppisid?

Korrake põhimõisteid (kondensaator, plaadid, mahtuvus, energia, rakendus).

Kodutöö.

Õppige põhijoont.

Probleemi lahendama.

Ülesanne: Lamekondensaatori iga plaadi pindala on 200 cm 2 , ja nende vaheline kaugus on 1 cm Kui suur on väljaenergia, kui väljatugevus on 500 kV/m?