Формирование универсальных учебных действий (УУД) при решении комплексных задач по теме «Постоянный электрический ток»

Горев Алексей Викторович

МОУ СОШ № 22 г. Орехово-Зуево, учитель физики

Формирование универсальных учебных действий (УУД) при решении комплексных задач по теме «Постоянный электрический ток»

	Все нужно изучать последовательно, сосредоточивая внимание в каждый данный момент только на чем-либо одном...Всё последующее должно опираться на предыдущее. Ян Амос Коменский (1592 —1670)

 

В данной работе рассматривается постановка и решение комплексной задачи на тему: «Закон Ома для участка цепи. Закон Ома для полной цепи. КПД источника тока».

В момент подключения электролампы к идеальному источнику тока вольтметр показал значение 10 В, сила тока при этом оказалась равной 0,2 А. Определите сопротивление нити накала лампы и её мощность в холодном состоянии. (Мы с вами знаем, что идеального ничего не бывает, но есть физические модели, в рамках которых мы и попытаемся кое-что решить).

Дано: U=10 В I = 0,2 А	Решение:
Ответ:	; P1

                 Через несколько миллисекунд после включения, показания изменились. При том же напряжении сила тока уменьшилась на 40% (сила тока стала равной ). Почему это произошло? Каким стало сопротивление нити накала  ?

Дано: U=10 В I2 = ?	Решение:                                                       (при использовании формул следите за  индексами)
Ответ:	;

                Почему меняется сопротивление проводников? И,  что интересно, у разных проводников по-разному. В нашем случае вольфрам: никчемный металл (отходы металлургического производства) в XIX веке и стратегическое сырье в XX-XXI веках.  Итак, на сколько нагрелась вольфрамовая нить накала, если ТКС вольфрама ?  Как изменилось сопротивление нити накала лампы при изменении температуры?

Дано:	Решение: (при использовании формул следите за  индексами)
Ответ:

          Холодную нить накала растянули в 2 раза. Как при этом изменились сопротивление, сила тока и мощность лампы в холодном состоянии?

Дано:	Решение: (при использовании формул следите за индексами )
Ответ:	;     ;

          Электроприборы, в том числе и электролампы, можно включать параллельно и последовательно (никто не запрещает и смешанное соединение, но это бывает крайне редко). Определите силу тока проходящего через цепь и через каждую лампу при их последовательном соединении и параллельном соединении.

Дано:	Решение: 1) ; ;   ;   2) ;  ;    (при использовании формул следите за индексами)
Ответ:	1);    2);

          Реальные источники тока создают дополнительное – внутреннее сопротивление. Любой реальный источник тока характеризуется двумя основными величинами – электродвижущей силой (ЭДС) – Е (которая не имеет никакого отношения к ньютоновскому пониманию силы) и внутренним сопротивлением -  r. Закон Ома для участка цепи  приобретает более сложный вид – становится законом Ома для полной цепи  или . Наличие внутреннего сопротивления является неотъемлемым свойством любого реального источника тока. Основной результат наличия внутреннего сопротивления — это ограничение электрической мощности, которую можно получить в нагрузке, питаемой от этого источника. Если к источнику с ЭДС E и внутренним сопротивлением r подключена нагрузка с сопротивлением R, то  напряжение и полезная мощность в нагрузке выражаются следующим образом:

;

       Допустим, что наш идеальный источник тока стал реальным с внутренним сопротивлением r = 5 Ом и ЭДС  E = 10 В. Определите силу тока в цепи и полезную мощность во внешней части цепи при подключении к источнику тока: 1)одной лампы; 2)двух последовательно соединённых ламп; 3) двух параллельно соединённых ламп.

Дано:	Решение: (при использовании формул следите за  индексами)
Ответ:	1);    2);  3);

        Полная мощность, выделяемая в цепи,  равна:

        При увеличении R полная мощность падает, стремясь асимптотически к нулю при неограниченном увеличении R. Мощность, выделяющаяся во внешней части цепи, равна:

       Очевидно, что полезная мощность Р_{полезная}  равна нулю в двух случаях – при R = 0  и  R → ∞. Исследуя функцию Р_{полезная} = f(R) на экстремум, получим, что Р_{полезная}  достигает максимума при R = r, следовательно:

 

       Коэффициент полезного действия (КПД) η источника ЭДС это величина равная отношению полезной мощности, выделяющейся во внешней цепи, к полной мощности источника тока.

 

В сущности КПД источника ЭДС указывает, какая доля работы сторонних сил преобразуется в электрическую энергию и отдается во внешнюю цепь. Выражая мощность через силу тока I, разность потенциалов во внешней цепи U и величину электродвижущей силы E, получим с использованием закона Ома:

 

       Следовательно, в том случае, когда вся энергия расходуется на тепло, КПД источника ЭДС равен отношению внешнего сопротивления к полному сопротивлению цепи. При R = 0 имеем η = 0. С увеличением R, КПД возрастает, стремится к значению η=1 при неограниченном увеличении R, однако при этом мощность, выделяющаяся во внешней цепи, стремится к нулю. Таким образом, требования одновременного получения максимальной полезной мощности при максимальном КПД невыполнимы. Для увеличения КПД необходимо, по возможности, уменьшать внутреннее сопротивление источника ЭДС, например, аккумулятора или динамо-машины.

      В случае R = 0 (короткое замыкание) вся мощность выделяется внутри источника. Это может привести к перегреву внутренних частей источника и выводу его из строя. По этой причине короткие замыкания источников тока недопустимы!

        Определим ток короткого замыкания нашего источника тока и КПД цепи при включении одной лампы, двух последовательно соединённых и двух параллельно соединённых ламп.

Дано:	Решение:     (при использовании формул следите за  индексами)
Ответ:	1)   2)   3)

Краткое описание документа:

В широком понимании термин «универсальные учебные действия» означает умение учиться, т. е. способность субъекта  саморазвиваться и самосовершенствоваться путём сознательного и активного накопления и усвоения нового опыта (вопрос терминологии –первоначально под субъектом учебной деятельности понимался только обучающий, который передавал свои знания и опыт обучаемому – объекту учения, затем было отмечено, что обучающийся также является субъектом обучения).

Способность обучающегося самостоятельно успешно усваивать новые знания, формировать умения и компетентности, включая самостоятельную организацию этого процесса, т. е. умение учиться, обеспечивается тем, что универсальные учебные действия, как действия обобщённые, открывают перед субъектом образовательного процесса широкие возможности формирования высоко развитой личности,  что абсолютно необходимо для жизнедеятельности успешного человека постиндустриального общества.

Одним из способов формирования УУД при обучении физике является решение задач. Решение задач – действие совсем не новое, многовековой опыт преподавания физики доказал эффективность и необходимость этого вида деятельности. Особый тип задач, это так называемые задачи с продолжением или комплексные задачи (вопрос терминологии – не путать с задачами метапредметного содержания).

В данной работе рассматривается постановка и решение комплексной задачи на тему: «Закон Ома для участка цепи. Закон Ома для полной цепи. КПД источника тока».