Конденсатор - достаточно коварный элемент электрической цепи. Постоянный ток через него не течет, но зато может течь ток зарядки-разрядки. Процессы зарядки и разрядки конденсатора в их динамике не проверяются на ЕГЭ, однако от школьника требуется хорошо понимать, что происходит со всеми характеристиками конденсатора при различных изменениях: сдвигают-раздвигают пластины, вносят или выносят пластинки диэлектрика, увеличивают или уменьшают площадь пластин. И тут очень важно увидеть, при каких условиях происходят все эти изменения и что остается постоянным.
Чтобы научить своих учеников обращаться с конденсаторами и уметь различать разные случаи, я сделала такую табличку:
Школьнику предлагается заполнить эту табличку: написать, увеличивается, уменьшается, или остается постоянным (можно цифрами, как в ЕГЭ, или стрелочками).
Муж посмотрел на эту табличку и ахнул: зачем столько ячеек, там же всего два случая! Действительно, существенная разница только в том, остается конденсатор подключенным к источнику напряжения или нет. Но на этой основе можно составить кучу вариантов заданий ЕГЭ типа 15. Заполняя эту таблицу и рассуждая, что там увеличивается, а что уменьшается, школьник как бы одним махом прорешивает их все. И далее ему будет уже проще подходить к конкретным заданиям, в том числе и к более сложным задачам 25 на разрядку и зарядку конденсаторов.
Пройдёмся и мы по всем случаям и заполним табличку вместе.
1 часть. Конденсатор подключен к источнику
Если конденсатор подключен к источнику напряжения, то напряжение на нём остаётся постоянным при любых манипуляциях. Заполняем весь столбец таблицы.
Изменение ёмкости конденсатора не зависит от того, как подключен конденсатор, оно определяется по формуле 1). Так как расстояние между пластинами в формуле идет в знаменателе, то при увеличении расстояния ёмкость уменьшается, и наоборот. Площадь и диэлектрическая проницаемость - в числителе формулы, поэтому емкость изменяется таким же образом, как эти величины.
Поскольку напряжение постоянно, пользуемся формулой связи заряда с напряжением 2), и формулой связи энергии с напряжением 4). Видно, что емкость в этих формулах стоит в числителе, поэтому заряд и энергия меняются точно так же, как меняется емкость.
Напряженность электрического поля E зависит от напряжения и расстояния между пластинами, поэтому она меняется только при изменении расстояния между пластинами, а вот изменение площади и диэлектрической проницаемости на напряженность электрического поля не влияют.
2 часть. Конденсатор отключен от источника
Если конденсатор отключили от источника напряжения, то напряжение на нем уже может меняться, но при любых манипуляциях будет оставаться постоянным заряд. Ёмкость меняется так же в соответствие с формулой (1) вне зависимости от вида подключения. А для остальных величин нам нужны формулы, в которых будет задействован заряд, поэтому мы выписываем формулу для напряжения, энергии и напряженности электрического поля через заряд.
Напряжение и энергия конденсатора будут меняться обратно пропорционально ёмкости конденсатора. А для напряженности электрического поля нужно смотреть по формуле. Электрическое поле внутри конденсатора считается однородным, и при фиксированном заряде оно не зависит от расстояния между пластинами, а от площади пластин и диэлектрической проницаемости - зависит.
Заключение
Конечно, на уроках я не даю готовую таблицу и не заставляю её запоминать. Важно, чтобы школьник заполнил её самостоятельно, мы идем по столбцам таблицы, смотрим формулы, анализируем. На мой взгляд, это очень полезное упражнение для школьников, помогающее видеть картину в целом. Заполнив такую большую таблицу, ученик испытывает уважение к самому себе, приобретает веру в свои силы. И с этим знанием можно уже приступать к разбору заданий ЕГЭ.
На этом заканчиваю эту небольшую статью. Если вы хотите дать такую табличку своим ученикам, можете скачать её по ссылке с Яндекс-диска, в ворде, там в документе есть заполненная табличка и пустая.
Спасибо, что прочитали до конца! Буду рада лайкам и комментариям по существу.