Открытое учебное занятие на тему Энергия заряженного конденсатора
Министерство образования Республики Башкортостан
Государственное образовательное учреждение начального
профессионального образования
Профессиональное училище № 110
ПРОЕКТ УРОКА НА ТЕМУ:
«Энергия заряженного конденсатора»
Преподаватель: Гарифуллина Л. А.
с. Акъяр-2014
Задачи урока: научить применять формулы для расчета энергии заряженного конденсатора и расшифровывать маркировку конденсаторов; наглядно продемонстрировать необходимость выполнения правил техники безопасности при работе с конденсатором; показать возможные области применения конденсаторов, их полезные и вредные «действия»; продемонстрировать превращение электрической энергии в ее другие виды при разрядке конденсатора.
Оборудование: компьютер, видеофрагмент о зарядке и разрядке «лейденской банки»; плакаты «опыт П. Мушенбрука в г. Лейдене», «правила техники безопасности при работе с конденсатором», «Пример расчета характеристик заряженного конденсатора», наборы для фронтального эксперимента и карточки.
Подготовка к уроку: для всех – письменно перечислить области применения конденсаторов; ДЛЯ ЖЕЛАЮЩИХ – сделать плакаты, принести конденсаторы разных типов; подготовить сообщение об опытах П. Мушенбрука с «лейденской банкой».
План урока
Этап урока
Приемы и методы
Время, мин.
1. Организационный
Приветствие, проверка готовности к уроку, запись темы урока
2
2. Подготовка к усвоению новых знаний (актуализация опорных знаний)
Фронтальный опрос с записью основных положений на доске.
Проверка домашнего задания
5
3. Основной этап урока:
·обеспечение мотивации;
·изучение нового материала
·Сообщение учащегося об истории открытия конденсатора; просмотр и озвучивание «немого» видеофрагмента ; изучение плаката «Правила ТБ при работе с конденсаторами»;
·фронтальный ученический эксперимент и демонстрационный эксперимент; объяснение преподавателя, запись краткого конспекта на доске и в тетрадях учеников
23
4. Первичная проверка понимания
Фронтальное решение расчетной задачи
3
5. Закрепление
Самостоятельная работа учащихся по расчету энергии конденсатора, проверка выполнения работы по таблице учителя;
Физический диктант
10
6. Подведение итогов занятия, выставление оценок
2
Ход урока
Подготовка к усвоению новых знаний. После проверки готовности учащихся к уроку и записи на доске и в тетрадях темы урока проводится краткий фронтальный опрос:
·Что такое конденсатор?
·Перечислите особенности основных частей конденсаторов.
·Какие виды конденсаторов вы знаете?
·Какая физическая величина является основной характеристикой конденсаторов?
·Какие единицы электроемкости вам известны?
·Перечислите области применения конденсаторов.
В процессе опроса на доске записывается формула для определения электроемкости конденсатора, а также основная и дольные единицы электроемкости:
С = q / U
[С] = 1 Ф (фарада)
1 мкФ = 10 -6 Ф
1 пкФ = 10 -12 Ф
Последний вопрос позволяет проверить домашнее задание. Преподаватель записывает на доске все называемые учащимися области применения конденсаторов в порядке их упоминания. Затем просит привести примеры «полезного» и «вредного» действия конденсаторов. В результате на доске появляется таблица.
Использование конденсаторов
Области использования конденсаторов
«Польза»
«Вред»
1. Радиотехника: колебательный контур
Передача информации
Радиопиратство
2. Фотовспышка
Получение качественных фотографий
Возможность ослепления, повреждения глаз
3. Электрошоковое оружие
Защита при нападении
Возможность использования как оружия нападения, нанесения психофизической травмы
4.Чемодан для переноски ценностей
Защита инкассаторов, ювелиров
Возможность использования нарушителями закона
Основной этап. Ученик рассказывает об опытах П. Мушенбрука и Э. Клейста, используя текст учебника и слайды.
«Осенью1745 г. Немецкий физик Э. Клейст налил в медицинскую склянку немного ртути и опустил в нее гвоздь. Наэлектризовав его он взял склянку в одну руку, а другой прикоснулся к гвоздю. И тут же испытал ощущение, еще не испытанное никем до него: появилась искра, и Клейст почувствовал сильный удар в руку.
Чуть позже, в январе 1746 г., независимо от Клейста аналогичный опыт провел голландский ученый Питер ванн Мушенбрук. О своем открытии Мушенбрук сообщил в письме своему коллеге – французскому ученому Реомюру: «Хочу сообщить Вам новый, ужасный опыт, который не советую повторять. Я занимался изучением электрической силы. Для этого я подвесил на двух шелковых нитях железный ствол, получающий электричество от стеклянного шара, который быстро вращался вокруг оси и натирался руками. На другом конце висела медная проволока, конец который был погружен в стеклянный круглый сосуд, заполненный наполовину водой, который я держал в руке; левой же рукой я пытался извлечь из электрического ствола искру. Вдруг моя правая рука была поражена ударом с такой силой, что все тело содрогнулось, как от удара молнииЯ думал, что пришел конец».
После сообщения учащегося преподаватель предлагает посмотреть короткий немой видеофрагмент «Разборная лейденская банка». При первом просмотре учащимся дается установка: подумать, как «озвучить» этот видеофрагмент при втором просмотре. Демонстрируется устройство лейденской банки: стеклянная банка, станиоль, покрывающий ее внутреннюю и внешнюю поверхности, металлически стержень, укрепленный на внутренней станиолевой обкладке; процессы зарядки и разрядки конденсатора ( экспериментатор заряжает лейденскую банку с помощью электрофорной машины и разряжает ее с помощью разрядника, при этом между шарами проскакивается искра).
При втором просмотре учащиеся сами делают комментарии о составе лейденской банки ( какие элементы являются обкладками конденсатора, из чего выполнен диэлектрик между обкладками) и процессах зарядки и разрядки.
Преподаватель обращает внимание на плакат «правила техники безопасности при работе с конденсаторами».
ПРАВИЛА ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ
ПОМНИТЕ!
ЗАРЯЖЕННЫЙ КОНДЕНСАТОР ОПАСЕН ДЛЯ ЖИЗНИ!
ЗАПРЕЩАЕТСЯ ПРИКАСАТЬСЯ К ОБЕСТОЧЕННОЙ ЦЕПИ!
В НЕЙ МОГУТ БЫТЬ НЕЗАРЯЖЕННЫЕ КОНДЕНСАТОРЫ!
ЗАПРЕЩАЕТСЯ ПРИКАСАТСЯ К ВЫВОДАМ КОНДЕНСАТОРА!
Группа хором читает плакат. Преподаватель задает вопрос: «Почему необходимо сделать такое предупреждение? Учащиеся отвечают, что конденсаторы – накопители электрической энергии, а человеческое тело – хороший проводник электричества, поэтому при неосторожном обращении с конденсатором можно получить ожог.
Преподаватель предлагает учащимися в ходе фронтального эксперимента убедится в том, что конденсатор является накопителем электрической энергии.
Учащиеся, работая парами, выполняют простой опыт, руководствуясь указаниями на карточке .
Опыт по зарядке и разрядке конденсатора.
Зарядите оксидный конденсатор большой емкости ( около 1000 мкФ), подключив его к источнику тока (4,5В) с учетом полярности выводов, согласно схеме.
Убедитесь в том, что зарядка конденсатора происходит практически мгновенно, т. е. соприкосновение выводов конденсатора с электродами источника питания может быть кратковременным.
Пронаблюдайте за разрядкой конденсатора. Подключив его на 2 – 3 с (не более, чтобы не произошла полная разрядка) к светодиоду
Какие превращения энергии вы наблюдали при разрядке конденсатора?
При обсуждении результатов опытов преподаватель обращает внимание учащихся на следующие моменты:
- зарядка конденсатора происходит очень быстро;
- при разрядке конденсатора можно наблюдать превращение электрической энергий в световую, тепловую и звуковую энергию. Для иллюстрации последнего положения можно провести демонстрационный опыт, в котором вместо светодиода к выводам заряженного конденсатора присоединяются наушники. При разрядке конденсатора в наушниках слышен характерный щелчок.
После проведения экспериментов преподаватель объясняет основные положения новой темы, делая записи на доске (а учащиеся повторяют их в тетрадях):
Энергия заряженного конденсатора
·это энергия электрического поля, сосредоточенная в пространстве между его обкладками;
·обозначается W в джоулях, [W] = 1 Дж;
·может быть вычислена по формулам:
W = q 2 / 2С или W = CU 2 / 2;
·может превращаться в другие виды энергии: световую, тепловую, звуковую;
·запасена очень удобным образом, т. к. в подходящей электрической цепи эту энергию можно высвободить из конденсатора за время порядка 1 мкс.
Первичная проверка усвоения. Для обеспечения первичного запоминания формулы для расчета энергии конденсатора предлагается решить задачу.
Задача. Какую максимальную энергию можно запасти в заполненном маслом конденсаторе емкостью С = 1мкФ, рассчитан на разность потенциалов U = 200 B?
Закрепление. Умение рассчитывать энергию конденсатора отрабатывается в процессе самостоятельного решения учащимися задачи с последующей взаимопроверкой.
Каждому учащемуся перед началом урока на парту был положен маркированный конденсатор с индивидуальный номером и карточка с таблицей.
Фамилия, имя _______________________
№
Емкость конденсатора С, Ф
Рабочее напряжение
U, В
Энергия заряженного
Конденсатора
W, Дж
W = CU2/ 2
Заряд конденсатора
q, Кл
q = CU
В процессе выполнения задания учащиеся должны записывать емкость и рабочее напряжение в соответствии с маркированный «своего» конденсатора, перевести данные в стандартный вид и рассчитать по формуле энергию заряженного конденсатора. Сильным учащимся предлагается вычислить еще и заряд конденсатора, а также энергию по другой формуле.
После выполнения задания учащиеся меняются карточками, проверяют работу соседа по парте, пользуясь таблицей для взаимопроверки заданий, которая также выполнена в виде плаката, но до этого момента была закрыта, и выставляют однагрупникам оценку. Обычно лишь четверть учащихся заполняют таблицу полностью, остальные успевают только спать данные маркировки и сделать расчет заряда. Заполнение таблицы можно задать на дом, а в начале следующего урока – провести взаимопроверку.
В конце урока все пишут физический диктант на отдельных листочках:
? формула для определения электроемкости;
? единица электроемкости;
? обозначение энергии заряженного конденсатора;
? единица энергии заряженного конденсатора;
? формулы для определения энергии заряженного конденсатора.
Далее учащиеся по образцу проверяют ответы (самопроверка).
Подведение итогов. Преподаватель подводит итоги урока, отмечает учеников, принимавших активное участие в работе, выставляет оценки. Затем просит учащихся еще раз вернутся к опыту по разрядке конденсатора и подключить конденсатор к выводам светодиода. Учащиеся наблюдают свечение светодиода и делают вывод, что конденсатор способен достаточно долго хранить запасенную энергию. После проведения этого эксперимента внимание учащихся еще раз обращается на плакат «Правила техники безопасности при работе с конденсаторами».
Рисунок 115