Imię i nazwisko autora:

Martyna Jakubowska

Przedmiot:

fizyka

Temat zajęć:

Badanie, od czego zależy pojemność elektryczna kondensatora płaskiego

Grupa docelowa:

III etap edukacyjny, liceum, technikum, zakres rozszerzony

Podstawa programowa

Cele kształcenia – wymagania ogólne
II. Rozwiązywanie problemów z wykorzystaniem praw i zależności fizycznych.
III. Planowanie i przeprowadzanie obserwacji lub doświadczeń oraz wnioskowanie na podstawie ich wyników.

Zakres rozszerzony
Treści nauczania – wymagania szczegółowe
I. Wymagania przekrojowe. Uczeń:
4) przeprowadza obliczenia liczbowe posługując się kalkulatorem;
10) przeprowadza wybrane obserwacje, pomiary i doświadczenia korzystając z ich opisów; planuje i modyfikuje ich przebieg; formułuje hipotezę i prezentuje kroki niezbędne do jej weryfikacji.
VII. Elektrostatyka. Uczeń:
11) posługuje się pojęciem pojemności kondensatora i jej jednostką; posługuje się zależnością pojemności kondensatora płaskiego od jego wymiarów; oblicza energię zmagazynowaną w kondensatorze.

Kształtowane kompetencje kluczowe:

Zalecenia Parlamentu Europejskiego i Rady UE z 2018 r.

• kompetencje w zakresie rozumienia i tworzenia informacji,

• kompetencje cyfrowe,

• kompetencje matematyczne oraz kompetencje w zakresie nauk przyrodniczych, technologii i inżynierii,

• kompetencje osobiste, społeczne i w zakresie umiejętności uczenia się.

Cele operacyjne:

Uczeń:

1. wyjaśnia, czym jest kondensator płaski,

2. definiuje pojemność kondensatora i określa, od czego ona zależy,

3. przeprowadza myślowe eksperymenty, w których porównuje efektywność magazynowania ładunku na izolowanych przewodnikach i na kondensatorach,

4. przeprowadza wirtualny eksperyment, w którym określa, od czego zależy pojemność kondensatora płaskiego,

5. analizuje wyniki pomiarów uzyskane w ramach wirtualnego laboratorium fizyki.

Strategie nauczania

IBSE; strategia eksperymentalno‑obserwacyjna

Metody nauczania

praca eksperymentalna uczniów

Formy zajęć:

wirtualne laboratorium, praca w grupach

Środki dydaktyczne:

kilka komputerów (laptopów) dla uczniów i jeden, podłączony do rzutnika, komputer dla nauczyciela

Materiały pomocnicze:

e‑materiały pt. „Jak definiuje się potencjał pola i jaka jest jego jednostka?”, „Pojemność elektryczna przewodnika”, „Od czego zależy pojemność elektryczna ciał przewodzących?”, „Jak zbudowany jest kondensator płaski?”, „Jaki jest związek miedzy różnicą potencjałów, a natężeniem pola w kondensatorze płaskim?”.

PRZEBIEG LEKCJI

Faza wprowadzająca:

Na poprzedniej lekcji nauczyciel zapowiedział, że tematem kolejnej będzie „Badanie, od czego zależy pojemność kondensatora płaskiego” i poprosił uczniów o przypomnienie sobie wiadomości nt. pojemności przewodników izolowanych i kondensatorów, a w szczególności nt. budowy i własności kondensatora płaskiego.

Na początku lekcji nauczyciel prosi uczniów o zapisanie na tablicy wzorów na pojemność kondensatora płaskiego. Uczniowie omawiają poszczególne zmienne występujące w tych wzorach i dyskutują, w jaki sposób zmiana tych zmiennych (ich zmniejszanie lub zwiększanie) przekłada się na zmianę pojemności kondensatora i zmianę napięcia między jego okładkami, przy założeniu stałej wartości ładunku na okładkach.

Faza realizacyjna:

Nauczyciel uruchamia wirtualne laboratorium na komputerze podpiętym do rzutnika i całej klasie tłumaczy, w jaki sposób korzysta się z umieszczonych w nim przyrządów pomiarowych. Tłumaczy również, w jaki sposób można zmieniać odległość d między okładkami kondensatora i pole powierzchni S okładek, poprzez zmianę względnego przesunięcia między okładkami x. Następnie dzieli uczniów na kilka grup, zadając każdej z grup do wykonania inny pomiar. Na przykład:

grupa nr 1. bada zależność U(d) przy x=0 cm w kondensatorze próżniowym,
grupa nr 2. bada zależność U(d) przy x=0 cm w kondensatorze z dielektrykiem, 
grupa nr 3. bada zależność U(d) przy x=5 cm w kondensatorze próżniowym,
grupa nr 4. bada zależność U(x) przy d=1 mm w kondensatorze próżniowym, itd.

Każda z grup przygotowuje tabelę z wykonanymi pomiarami oraz sporządza wykres badanej zależności. Wykresy mogą zostać wykonane przy pomocy dowolnego arkusza kalkulacyjnego lub sporządzone odręcznie w zeszycie i w celu prezentacji na forum klasy zeskanowane.

Faza podsumowująca:

Gdy wszystkie grupy zakończą pomiary i przygotują wykresy, uzyskane wyniki są prezentowane i omawiane na forum klasy. Uczniowie dyskutują, czy i w jaki sposób wykonane pomiary są zgodne z przewidywaniami teoretycznymi w postaci wzorów na pojemność kondensatora płaskiego.

Uczniowie w zeszytach zapisują wnioski z wykonanych pomiarów.

Praca domowa:

Nauczyciel prosi uczniów o wykonanie Polecenia 2. umieszczonego pod wirtualnym laboratorium, czyli o wyznaczenie względnej przenikalności elektrycznej szkła używanego w wirtualnym laboratorium.

Wskazówki metodyczne opisujące różne zastosowania danego multimedium

Multimedium może być wykorzystane zgodnie z opisem przedstawiony w tym scenariuszu lub jako materiał pomocniczy w innych materiałach, które są tematycznie powiązane z pojęciami: kondensator, kondensator płaski, dielektryk.