Презентация на тему "Методика решения задач. Конденсаторы в цепи постоянного тока." 10 класс

Содержание

• 
  Слайд 1
  

  МАСТЕР КЛАССУчителя физики МОУ лицея № 51 высшей категории Курловой Галины Александровны.

  Тема: Методика решения задач. Конденсаторы в цепи постоянного тока. Представленные задачи с глубоким физическим содержанием, решение которых требует свободного владения электростатическими законами. Первые две задачи достаточно простые, необходимые для первоначального ознакомления с методикой решения. Преследовалась цель максимально раскрыть физическую суть процессов, описанных в задачах, и провести все необходимые математические выкладки. Приведены задачи , предлагавшиеся на ЕГЭ в уровне «С» 2008 года и на вступительных экзаменах МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2009 – 2010г г. Тольятти

• 
  Слайд 2

  Задача № 1

  Определить энергию конденсатора емкостью С =200 мкф, включенного в цепь, схема которой изображена на рисунке. ЭДС источника 5 В, его внутреннее сопротивление 0,5 Ом. Сопротивление резистора R1= 2 Ом, R2 =2,5 Ом. С R1 R2

• 
  Слайд 3

  Решение задачи №1:

  В стационарном режиме через конденсатор ток не идет. Поэтому электрическую цепь можно представить проще: Ток в этой цепи определяется I = E/ R1 +R2 + r. Напряжение на участке ав – напряжение на резисторе R2 ,а значит и на конденсаторе: U = IR2.=R2E/ R1 +R2 + r. W= СU2/2 W= С(R2) 2E2/2(R1 +R2 +r )2= 6,25/10000Дж Ответ: W =6,25/10000Дж в а R1 R2 Е

• 
  Слайд 4

  Задача № 2Попробуйте решить самостоятельно.

  Конденсаторы С1 и С2 и резисторы, сопротивления которых равны R1, R2, R3включены в электрическую цепь, как показано на рисунке. Найдите установившийся заряд на конденсаторе С, если ЕДС источника Е, а его внутреннее сопротивление равно нулю. C1 R3 C2 R1 2 R E

• 
  Слайд 5
  

  Решение задачи №2 Ток в стационарном режиме идет по цветной ветке.I =E/R1+R2+R3=1A Напряжение на конденсаторе С2 равно напряжению на резисторах R2 и R3q2=C2U23 = C2 IR23 = 2мкф 1А 10ом = 20мкКлОтвет:q2 = 20мкКл

  С2 Е С1 R1 R2 R3 R1 R2 R3 Е

• 
  Слайд 6
  

  Следующий тип задач позволяет определить разность потенциалов в электрической цепи содержащей конденсаторы.

  Задача № 3 Найти разность потенциалов между точками А и В в цепи. Внутренним сопротивлением источника можно пренебречь. ЭДС источника равна Е=10В, R1 = 2 ом, R2 = 3 ом. Емкость конденсаторов С1 = 0,5мкф, С2 = 2 мкф С1 R1 R2 E А В + - + + С2

• 
  Слайд 7

  Решение задачи №3:

  Ток в стационарном режиме идет от источника через сопротивление R1и R2 I = E/R1 +R2 = 10B/5ом = 2А . Ur1 = I R1 = 4В По верхней ветке, через конденсаторы ток не идет. Правые пластины конденсатора заряжены положительно, левые отрицательно от источника тока. Если идти от точки А против часовой стрелки до точки В потенциал изменяется: при переходе через конденсатор С1 потенциал (энергия) уменьшается от + к -, при переходе по резистору R1к точке В потенциал возрастает: Yа – Uc1 + Ur1 = Yв : Yа –Yв = Uc1 - Ur1 По законам последовательного соединения конденсаторов: q1 = q2, следовательно: С1U1 = C2U2, Откуда: U1С1/ C2= U2 Е = U1+U2 = U1 + U1 С1/ C2 = U1 ( 1 + С1/ C2 ). Uc1= Е/ ( 1 + С1/ C2 ) = 10В /( 1+ 0,5мкф/2мкф) = 8В Yа –Yв = Uc1- Ur1 = 8В – 4В = 4В Ответ: Yа –Yв = 4В

• 
  Слайд 8
  

  Задача №4.Определить заряд конденсатора С в схеме, представленной на рисунке. Внутренним сопротивлением батареи пренебречь.

  Решение задачи: Обозначим заряды конденсаторов С, 2С и 3С через q1,q2 и q3 соответственно. Предположим, что у конденсатора С положительный заряд находится на нижней пластине. Тогда из закона сохранения заряда –q2 – q1 +q3 = 0 ( в выделенном квадрате пластины конденсаторов не соединены с источником, значит заряд этих пластин до зарядки конденсаторов и после зарядки остается равны нулю 1) q2+ q1 = q3 В стационарном режиме ток идет только через источник тока R и 2R. Через конденсаторы ток не идет. R и 2R соединены последовательно, поэтому ток в цепи: I = E/3R R 3C 2C C 2R E + - + + +

• 
  Слайд 9

  Продолжение решения задачи №4

  Выберем обход в правом контуре по часовой стрелке, тогда по 2 –му правилу Кирхгоффа: 2) – Uc+ U2c = IR = E/3;q2/2c - q1/c = E/3; q2/2C - q1/C = E/3; - 2q1 + q2 =2CE/3 q2 = 2q1 +2CE/3 ( конденсатор - накопитель энергии, здесь в роли источника тока) Аналогично в левом контуре: 3) U3c+ Uc = I2R = 2E/3 q3/3c + q1/c = 2 E/3 С учетом первогоуравнения: (q2+ q1 = q3) 3) q 1/3c + q2/3c + q1/c = 2E/3; q2 + q1 +3q1 = 2CE 4q1 + 2 q1 + 2CE/3 = 2CE 6q1 =2CE – 2CE/3 = 6CE/3 -2CE/3 = 4CE/3 q1 = 4CE/18 = 2CE/9 Ответ: Заряд на конденсаторе С: q1 =2CE/9 Примечание: Следует обратить внимание на то, что q1положительный. Это означает, что предположение о знаке заряда на обкладках конденсатора С было правильным (от этого предположения зависит расстановка знаков в первом уравнении). Понятно, что если бы было сделано другое предположение, ответ имел бы другой знак. R 3C 2C C 2R + + +