Конспект урока «Конденсатор в цепи переменного тока ( Емкостное сопротивление в цепи переменного тока)» по физике для 11 класса

Время, мин

Цель

Содержание учебного материала

Методы
и приемы работы

ФОУД*

Деятельность учителя

Деятельность

учеников

1.Организационный этап.

Создать психологический настрой учащихся и рабочую обстановку в классе

Приветствует

обучающихся

ф

проверяет их готовность к уроку объяснить цели и задачи урока.

Приветствуют учителя, проверяют свою готовность к уроку.

1.Актуализация знаний.

Определить уровень усвоения предыдущего материала.

Задаю вопросы:

Что такое активное сопротивление?

1. Чему равна разность фаз между колебаниями тока и напряжения в цепи переменного тока с активным сопротивлением?

1. Если в цепи переменного тока промышленная частота 50 Гц, то с какой частотой совершает колебания мощность?

1. Что называется действующим значением переменного тока?

1. Как связано действующее значение силы тока с амплитудным значением?

Составление плана работы на уроке.

Беседа по вопросам

предлагаю учащимся вопросы, которые помогут в освоении нового материала, уровень которых соответствует уровню В.

Анализируя ответы учащихся, исправляя неточности в ответах, добиваюсь с помощью рассуждений четкого понимания физической сущности процесса.

Отвечают на вопросы, основываясь на понимании физической сущности процесса.

3 Объяснение нового материала с использованием эксперимента.

Сформировать знания учащихся о емкостном сопротивлении в цепи переменного тока;

закрепить понятия емкостного сопротивления, зависимости его от частоты переменного тока и емкости конденсатора, опираясь на демонстрацию зависимости сопротивления от частоты переменного тока и емкости конденсатора

Перед началом объяснения следует напомнить, что имеется ряд случаев, когда в электрических цепях кроме активного и индуктивного сопротивлений, имеется и емкостное сопротивление.

многожильные провода, кабели, обмотки электродвигателей имеют емкостное сопротивление.

Объяснение сопровождается показом конденсаторов различных типов и емкостных сопротивлений с подключением их в электрическую цепь.

Предлагается рассмотреть случай, когда в электрической цепи преобладает одно емкостное сопротивление, а активным и индуктивным можно пренебречь.

Вспоминаем вместе с учащимися, как ведет себя конденсатор в цепи постоянного тока. Выясняем, почему в этом случае тока в цепи нет.

Ответ на 6 вопрос Проводим эксперимент:

- Заменяем источник постоянного тока на источник переменного тока с таким же напряжением и убеждаемся:

Лампочка горит! Ток в цепи есть!

Делаем вывод: в цепи переменного тока конденсатор пропускает ток.

Объясняем результаты эксперимента:

Этот ток вызван перезарядкой конденсатора. Процесс зарядки длится четверть периода. После достижения амплитудного значения напряжение между обкладками конденсатора уменьшается, и конденсатор в течение следующей четверти разряжается.

В следующую четверть конденсатор вновь заряжается, но полярность напряжения на его обкладках меняется на противоположную

Перезарядка происходит потому, что переменное напряжение меняет свое направление, и, следовательно, если мы подключим амперметр в эту цепь, то он будет показывать ток зарядки и разрядки конденсатора. Через конденсатор и в этом случае ток не проходит. Как и в цепи постоянного ток, через диэлектрик разделяющий обкладки конденсатора ток не идет. Но в результате периодически повторяющихся процессов зарядки и разрядки конденсатора по проводам, соединенным с его выводами, течет переменный ток. Лампа накаливания , включенная в цепь последовательно с конденсатором, кажется горящей непрерывно, так как человеческий глаз при высокой частоте колебаний силы тока не замечает периодического ослабления свечения нити накала лампы.

Устанавливаем связь между амплитудой колебаний напряжения на обкладках конденсатора и амплитудой колебания силы тока.

Обращаю внимание, что CUmw является амплитудой колебания силы тока.

Im = CUmw.

Ввожу понятие емкостного сопротивления конденсатора.

Анализируя последнюю формулу (Im = CUmw.)

Делаем вывод, что для конденсатора в цепи переменного тока зависимость силы тока от напряжения имеет вид:

Im = Um/Хс,

где Хс - емкостное сопротивление,

Хс =1/ Cw

Закон Ома справедлив и для действующего значения силы тока и напряжения, предлагаю учащимся самим самостоятельно доказать это, используя зависимость амплитудного и действующего значения силы тока и напряжения:

Iд =Im / 2,

Uд = Um/ 2

Iд = Uд/Хс.

Анализируя формулу Хс =1/ Cw, делаем вывод, что емкостное сопротивление зависит от частоты переменного тока и емкости конденсатора.

Опыт №2

В цепь переменного тока, включаем через дополнительное сопротивление емкостное сопротивление: Установим на генераторе частоту 300Гц, конденсатор подключим в цепь емкостью 4,7 мкф. Обращаем внимание учеников на показания измерительных приборов, заносим показания в таблицу: Плавно увеличиваем частоту генератора, демонстрируя при этом рост тока, протекающего через конденсатор при практически неизменном напряжении на его выводах. Увеличиваем частоту до 600 Гц, снимаем показания измерительных приборов, заносим их в таблицу и прошу учеников еще раз определить сопротивление конденсатора. Заносим данные опыта в таблицу и сопоставляем вместе с учащимися величины сопротивлений, полученные ими и, принимая во внимание характер изменения тока при проведении опыта.

Опыт №3 заменяем конденсатор емкости 4,7 мкф на конденсатор 18,8 мкф, ток в цепи при этом увеличится в 4 раза, что при неизменности приложенного напряжения означает, что сопротивление конденсатора в 4 раза уменьшилось.

Вместе с учащимися делаем вывод об обратнопропорциональной зависимости емкостного сопротивления от частоты.

Беседа.

Фронтальный эксперимент.

Демонстрационный эксперимент.

Ф

Г

И

Сегодня, с помощью экспериментов, мы попытаемся понять, как ведет себя конденсатор в цепи переменного тока. Все расчеты по электрическим цепям я предлагаю рассчитать вам

1 вопрос учащимся: Как называется прибор для накопления зарядов?

2.вопрос учащимся, Что представляет простейший конденсатор?

3.вопрос учащимся,

как ведет себя конденсатор в цепи постоянного тока

.

5.Вопрос учащимся:

Почему в цепи постоянного тока по ветке, где включен конденсатор ток не идет?

6.Вопрос учащимся:

а если конденсатор подключить с такой же лампочкой в цепь переменного тока с таким же напряжением, что будет происходить?

7 Вопрос учащимся:

Если изменение напряжения на обкладках конденсатора происходит по гармоническому закону: U = UmCos(wt), то как изменяется заряд на его обкладках?

8.Вопрос учащимся:

По какому закону будут происходить колебания силы тока в цепи?

9.Вопрос учащимся:

Совпадает ли по фазе колебания сила тока и напряжение, так же как при активном сопротивлении в цепи переменного тока

10. вопрос учащимся:

Как зависит амплитуда колебания силы тока от амплитуды напряжения, что это напоминает?

Задаю вопрос учащимся:

Как проверить, что емкостное сопротивление зависит от частоты и емкости конденсатора?

Решаем проверить экспериментально

Опыт №2

Прошу учеников на основе экспериментальных данных рассчитать сопротивление конденсатора.

Предлагаю сделать вывод о зависимости емкостного сопротивления от частоты переменного напряжения

Для того, чтобы показать зависимость емкостного сопротивления от величины емкости конденсатора,

задаю вопрос учащимся, что нужно изменить в цепи для этой цели?

Анализирую ответы учащихся.

Опыт №3.

Предлагаю учащимся

заменить конденсатор емкости 4,7 мкф на конденсатор 18,8 мкф,

1.Предполагаемый ответ: Прибор, предназначенный для накопления зарядов, называется конденсатором.

2.Предполагаемый ответ:

Простейший конденсатор – это два проводка разделенных слоем изоляции.

3 Предполагаемый ответ: не пропускает

Ток

Предполагаемый эксперимент: группа учащихся проводит эксперимент, в цепи постоянного тока включена лампочка 12 В последовательно с конденсатором емкостью 2200 мкф к источнику 3 В – 12 В, лампочка не горит, что доказывает - в цепи постоянного тока конденсатор не пропускает ток

5.Предполагаемое объяснение учащихся:

Если конденсатор включить в цепь постоянного тока, то ток в цепи проходить не будет, так как между пластинами конденсатора находится диэлектрик.

6.Учащийся экспериментально отвечает на поставленный вопрос.

7. Предполагаемый ответ:

Заряд изменяется также по гармоническому закону:

q = CU = UmCos(wt).

Напоминаю, что электрический ток в цепи возникает в результате изменения заряда конденсатора, поэтому, так как электрический ток есть первая производная от заряда, то

8.Предполагаемый ответ:

I = q' = - CUm wSin(wt) = CUm wCos(wt + п/2),

где Im = qmw = CUmw

9Предполагаемый ответ:

Видно, с математической точки зрения, что колебания напряжения на конденсаторе отстают по фазе от колебаний силы тока на п/2.

Обращаю внимание, что CUmw является амплитудой колебания силы тока.

Im = CUmw.

10.Предполагаемый ответ:

Амплитуда колебания силы тока прямо пропорциональна амплитуде напряжения, что напоминает закон Ома:

I = U/R

Заносят экспериментальные данные в таблицу

На основе экспериментальных данных рассчитывают сопротивление конденсатора, каждая группа используя разные экспериментальные данные

.. делают вывод об обратной зависимости емкостного сопротивления от частоты переменного напряжения

Опыт №3. Учащиеся заменяют конденсатор емкости 4,7 мкф на конденсатор 18,8 мкф.

Снимают показания приборов, записывают в таблицу, анализируют, что ток в цепи увеличился в 4 раза, делают самостоятельно вывод о зависимости емкостного сопротивления от емкости.

3. Обобщение изученного материала

Для закрепления

нового материала провожу фронтальный опрос учащихся в классе.

Брейн-ринг

ф

1. Почему амперметр не покажет тока, если включить конденсатор в цепь постоянного тока?

2. Какой ток показывает миллиамперметр при включении в цепь переменного тока?

3. Какова разность фаз между колебаниями тока и напряжения в цепи переменного тока с конденсатором?

4. Что такое емкостное сопротивление? В чем оно измеряется?

5. Как определить емкостное сопротивление?

6. Как зависит емкостное сопротивление от емкости конденсатора и частоты переменного тока?

1 конденсатор в цепи постоянного тока не покажет тока, так как цепь разомкнута.

2.переменный.

3.п/2

4. Хс =1/ Cw,

5. Хс = Uд/ Iд

6. Хс =1/ Cw,

4 Рефлексия.

беседа

Вопросы к учащимся

1. Что больше всего вас удивило на сегодняшнем уроке?

2. Какие трудности возникли в ходе урока?

3. На сколько важен, по вашему мнению эксперимент уроке?

4. С каким настроением вы уходите с урока?

Ответы учащихся

1.Эксеримент, который доказывает, что в цепи переменного тока конденсатор пропускает ток

2. Расчетные.

3.Наглядно подтверждает теорию.

4.!!!!

6 этап урока. Домашнее задание.

Учебник Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев "Физика - 11" п 32, повторить п31.

Записывают домашнее задание