Исследовательская работа "Изучение цепей постоянного тока"

• 1 слайд

  
  
  
  
  
  
  
  
  Исследовательская работа
  Тема:
  Усовершенствование устройств при изучении цепей постоянного тока и их практическое применение
  Секция: физика
  
  
  Авторы: Кондратикова Юлия , ученица 8-В класса,
  Сичко Богдан, ученик 8-Г класса,
  МОУ «РРСОШ№6 с л/к»
  
  Руководитель: Кондратиков Виталий Эдуардович,
  учитель физики высшей квалификационной
  категории МОУ «РРСОШ№6 с л/к»
  
  

• 2 слайд

  Тема работы выбрана с целью усиления творческой практической направленности при изучении цепей постоянного тока
  Главные задачи:
  усовершенствование приборов при изучении цепей постоянного тока;
  развить творческую, исследовательскую деятельность при изучении раздела «Электрические явления»;
  формировать умения применять знания на практике.
  
  
  

• 3 слайд

  При изучении цепей постоянного тока, в основном, приходиться сталкиваться со следующими проблемами:
  
  наличие в ограниченном количестве оборудования для демонстрации свойств цепей постоянного тока;
  
  демонстрации, как правило, проводятся на горизонтальной поверхности.
  
  

• 4 слайд

  Методы решения:
  применение компьютерных технологий. Опыты можно проводить на рабочем столе, а изображение выводить при помощи веб-камеры через компьютер на экран или монитор;
  
  
  
  

• 5 слайд

  2 метод:
  
  Усовершенствование существующего или изготовлении нового оборудования для проведения демонстраций.
  

• 6 слайд

  Установка неодимовых магнитов на приборы
  

• 7 слайд

  Широкая цветовая гамма проводников, позволяет соединять различные элементы разными цветами, что увеличивает степень усвоения материала и делает сам процесс более простым и привлекательным
  
  

• 8 слайд

  Телефонные блоки питания, в среднем, имеют следующие выходящие характеристики: Uвых=5В, Iвых=2А, что вполне позволяет их применять в качестве источника постоянного тока.
  
  

• 9 слайд

  Применение на практике улучшенных устройств можно разделить на несколько условных групп:
  
  сборка цепи по монтажной схеме;
  сборка цепи по принципиальной схеме;
  изображение схемы по цепи;
  изображение схемы и сборка цепи по заданию;
  изучение основных законов электричества;
  сборка и расчёт цепи с заданными параметрами.
  
  

• 10 слайд

  Пример монтажной схемы и результат сборки
  При сборке цепи по монтажной схеме ученику даётся её пример, согласно которому он должен собрать цепь.
  
  

• 11 слайд

  Пример составление цепи по принципиальной схеме
  
  При сборке цепи по принципиальной схеме ученику предлагается собрать цепь, используя предложенную схему.
  
  

• 12 слайд

  Пример изображения схемы по электрической цепи
  При изображении схемы по цепи ученику предлагается начертить электрическую схему предложенной цепи.
  
  

• 13 слайд

  ЗАДАНИЕ Имеются две лампочки, ключ и источник постоянного тока. Необходимо начертить принципиальную схему и собрать цепь, таким образом, чтобы обе лампочки отключались и включались одновременно от одного ключа.
  

• 14 слайд

  Определение параметров цепи теоретическим и опытным путём
  
  При определении сопротивления каждого резистора в отдельности получаем:R1=2,1Ом, R2=4,9Ом, R3=2,6Ом.
  
  RОб.=2,1Ом+4,8Ом+2,6Ом=9,5Ом, RИзм.=9,3Ом
  

• 15 слайд

  Действующая модель для изучения цепей постоянного тока
  

• 16 слайд

  Участок цепи, характеризующий работу логического элемента «ИЛИ»
  
  

• 17 слайд

  Подключение пятирожковой люстры
  

• 18 слайд

  Стенд для проведения лабораторных работ по разделу «Электричество»
  
  Перечень работ:
   
  изучение последовательного соединения;
  изучение параллельного соединения;
  определение удельного сопротивления проводника;
  определение ЭДС и внутреннего сопротивления источника;
  снятие ВАХ резистора.
  
  

• 19 слайд

  Выводы:
  усовершенствованные приборы позволяют лучше усвоить учебный материал;
  практическая деятельность способствует лучшему пониманию предмета;
  учебный материал нужно осваивать постепенно, опираясь на полученные начальные знания;
  самостоятельная, творческая работа позволяет лучше усваивать учебный предмет;
  изучение материала лучше усваивается, если учитывать связь между обучением и реальными жизненными ситуациями;
  если поставленная задача носит проблемный характер и заставляет проявить любопытство, то и знания усваиваются с «аппетитом»).
  
  

• 20 слайд

  СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!
  

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.................................................................................................................. 3

Глава 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИЗУЧЕНИЯ ЦЕПЕЙ ПОСТОЯННОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА........................................................................................ 6

1.1 Электрические величины, характеризующие постоянный электрический ..........

ток............................................................................................................................. 6

1.2 Соединение элементов в электрическую цепь.................................................... 7

1.3 Измерение Электрических величин.................................................................. 11

Глава 2. ПРАКТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИЗУЧЕНИЯ ЦЕПЕЙ ПОСТОЯННОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА...................................................................................... 13

2.1 Усовершенствование устройств при изучении цепей постоянного тока........... 13

2.2 Практическое применение усовершенствованных устройств при изучении .......

цепей постоянного тока.......................................................................................... 16

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.......................................................................................................... 19

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ........................................................... 20

ВВЕДЕНИЕ  

Мы хорошо знаем, какую важную роль играет электричество в жизни человека. Оно дает нам свет, тепло, приводит в движение разные механизмы, которые делают труд человека легче. Электроэнергия заняла настолько прочное место в нашей жизни, что без неѐ нельзя сейчас обойтись.

Когда-то, давным-давно, люди жили без электричества. Они вставали с восходом Солнца, ложились на закате, пищу готовили на костре. Наверное, это хорошо: сидеть вечером, в кругу семьи у костра, и слушать, как потрескивают дрова, чувствовать, как идет тепло от костра.

Но сейчас все намного проще: можно включить плитку и приготовить пищу, включить телевизор, магнитофон и посмотреть интересную передачу или послушать музыку. Можно поиграть в интересные игры на компьютере. Еще лучше - пообщаться с близкими людьми, которые находятся очень далеко, через интернет. Когда дома холодно, мы включаем обогреватель, и тут же становится тепло и уютно.

Но оказывая огромную помощь людям, электроэнергия таит в себе смертельную опасность для тех, кто не умеет правильно с ней обращаться. Электроэнергия может стать причиной пожара при коротком замыкании. Электрический ток даже может убить человека. Опасность тока состоит в том, что он не имеет запаха, цвета и действует бесшумно. Поэтому невозможно без специальных приборов определить, находится эта электроустановка под напряжением или нет.

Если соблюдать правила, можно обезопасить свою жизнь. Благодаря электричеству появляется много возможностей. Но при этом - это и страшная сила, которую стоит уважать.

Для того чтобы электричество стало настоящим другом, нужно как следует изучить его и не боятся. При изучении школьного курса физики мы проходим темы, которые связанны с электрическим током. Мы изучаем термины, законы, решаем задачи. Но мир электричества намного интересней того, что нам преподают в школе. И он до сих пор не раскрыл все свои тайны. В нынешнее время очень интенсивно развивается электротехника и робототехника. Произошли изменения и в потреблении электрической энергии. Вместо обычных ламп накаливания и различных экранов пришли светодиодные технологии, которые позволяют экономить электричество и получать устройства лучшего качества. Параметры приборов заметно уменьшились, а производительность выросла. Для достижения более высоких результатов необходимо научиться анализировать, творчески мыслить и пытаться найти правильные варианты решения конкретных задач уже на начальном этапе изучения материала, чтоб потом было проще его применять на практике.

Тема работы выбрана с целью усиления практической направленности при изучении цепей постоянного тока. 

Задачи: 

-          усовершенствование приборов при изучении цепей постоянного тока;  

-          развить творческую, исследовательскую деятельность при изучении раздела «Электрические явления»;

-          формировать умения применять знания на практике.

Степень изученности темы: Одним из первых, чьѐ внимание привлекло электричество, был греческий философ Фалес Милетский, который в VII веке до н. э. обнаружил, что потѐртый о шерсть янтарь приобретает свойства притягивать лѐгкие предметы. В 1600 году Уильям Гилберт ввѐл в обращение сам термин «электричество», а в 1663 году магдебургский бургомистр Отто фон Герике создал электростатическую машину, которая позволила наблюдать не только эффект притягивания, но и эффект отталкивания. В 1745 голландец Питер ванн Мушенбрук создал первый электрический конденсатор- Лейденскую банку. Примерно в эти же годы работы по изучению атмосферного электричества вели и русские учѐные –Г. Рихман и М. Ломоносов.

Первую теорию электричества создаѐт американец Бенджамин Франклин, который рассматривает электричество как «нематериальную жидкость». Изучение электричества переходит в категорию точной науки после открытия закона Кулона в 1785 году.

В 17 веке начинает складываться электрическая концепция вещества, согласно которой все физические тела являются своеобразными комплексами взаимодействующих частиц. Поэтому в дальнейшем многие физические свойства тел определяются с помощью законов, которые были сформулированы еще в древние времена. Огромный вклад в развитие знаний об электричестве внесли такие учѐнные как: Вольта, изобретатель источника постоянного тока; Ампер, установивший связь электричества и магнетизма; Джоуль, Ленц, Ом, работы которых значительно расширяют понимание электричества.  

Опираясь на исследования Эрстеда и Ампера, Фарадей в начале 19 века открывает явление электромагнитной индукции и создаѐт на его основе первый в мире генератор электроэнергии. Венцом исследований электромагнетизма явилась разработка английским физиком Максвелом теории электромагнитных явлений. 

Больших успехов при изучении электрических явлений добился Н. Тесла, проводивший опыты по генерированию энергии и беспроводной еѐ передачи. В 1920 году была создана теория Квантовой электродинамики. В 1967 году был сделан очередной шаг на пути изучения электричества. С. Вайнберг, А. Салам и Ш. Глэшоу создали объединѐнную теорию электрослабых взаимодействий ^[9].

Изучение свойств электрического тока продолжается и сейчас, и с каждым годом происходят все новые и новые открытия в этой сфере науки. Перед человечеством стоит очень важная задача: как получить новые, экологически чистые источники энергии? Не секрет, что традиционные источники энергии вскоре могут закончиться. Кроме этого, стоит вопрос о возможной беспроводной передачи  электрической энергии. Большое внимание уделяется сверхпроводимости. Этот список можно продолжать очень долго.

 Ученные постоянно исследуют электричество и пытаются полностью разгадать его тайны. От их достижений во многом зависит путь, по которому мы будем жить и развиваться. 

Глава         1.       ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ    ОСНОВЫ ИЗУЧЕНИЯ       ЦЕПЕЙ ПОСТОЯННОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА

1.1 Электрические величины, характеризующие постоянный

электрический ток

Изучая электрические явления, мы встречаемся с целым рядом физических величин и терминов, некоторые из которых вызывают затруднения при усвоении. Невозможно решить многие практические задания, не усвоив предварительно теоретический материал. Поэтому в этом разделе будут сперва изучены некоторые термины и свойства электрических процессов, связанные с электрическими цепями, а потом, применяя теоретические знания, будет построена практическая часть работы.

Электрический ток представляет собой упорядоченное движение заряженных частиц [4.стр. 95].

Главные величины, которые характеризуют электрический ток- это:

-                сила тока - электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника в 1с:I _ ^q , единица измерения -1А ^{[4.стр. 107]};

t

-                напряжение - величина характеризующее электрическое поле:

                              A                                           -1В ^{[4.стр. 113]};

U  , единица измерения q

-       сопротивление – свойство проводника передавать по нему

электрический ток: R _^l , единица измерения -1Ом ^{[4.стр. 122]}; S

-       работа – числено равна произведению силы тока, напряжения и времени, в течение которого шѐл ток: A UIt , единица измерения -1Дж ^{[3.стр. 299]};

-       мощность – характеризует выполненную работу за единицу

времени:P _ ^A , единица измерения -1Вт ^{[3.стр. 300]}. 

t

Для того   чтобы         существовал        электрический     ток, необходимо выполнения рядя условий:

-       существование свободных зарядов;

-       существование источника свободных зарядов;

-       существование проводника;

-       существование электрического поля ^{[3.стр. 292]}.

Вольтамперная характеристика (ВАХ) — это зависимость напряжения на зажимах элемента или участка цепи от тока, протекающего через него ^{[4.стр. 120]}

(Приложение 1). 

1.2 Соединение элементов в электрическую цепь

Для того чтобы электрический ток проходил по проводникам, необходимо составить электрическую цепь.

Электрическая цепь – совокупность устройств или элементов, предназначенных для получения, передачи и применения электрической энергии ^{[2.стр. 28]}. Элементом электрической цепи называется устройство, которое отображает какое–либо свойство электрической цепи ^{[2.стр. 29]}. Например: проводник передаѐт электрический ток,  ключ отключает или включает электрический ток, в лампе накала электрический ток преобразуется в свет и пр.

Простейшая электрическая цепь состоит из источника, проводников и потребителя, например – лампочка (рис.1).

 

Рис. 1. Простейшая электрическая цепь

Источниками электрической энергии являются электрические генераторы, в которых механическая энергия преобразуется в электрическую, а также элементы и аккумуляторы, в которых происходит преобразование химической, тепловой, световой и других видов энергии в электрическую.

К потребителям электрической энергии относятся электродвигатели, различные нагревательные приборы, световые приборы и т. д. Элементы электрической цепи постоянного тока задаются только одним параметром — сопротивлением. Сопротивление определяет свойство элемента поглощать энергию из электрической цепи и преобразовывать ее в другие виды энергии.

Передающие элементы цепи связывают источники и приемники. Кроме электрических проводов в это звено могут входить аппараты для включения и отключения          цепи, приборы     для    измерения электрических     параметров (амперметры, вольтметры), устройства защиты (предохранители), преобразующие устройства (трансформаторы) и др. В электрической цепи различают два участка: внутренний и внешний. Источник является внутренним участком цепи. Все остальные элементы относятся к внешним участкам электрической цепи [2.стр. 29].

Для упрощения изображения        электрической     цепи применяются различные типы электрических схем. 

Электрической схемой называют изображение элементов электрической цепи и методов их соединения с помощью условных знаков ^{[4.стр. 100]}. Наиболее распространены два вида схем: монтажные и принципиальные.

На монтажных схемах элементы цепи и их соединение показываются в виде рисунков или эскизов. Они учитывают расположение, компоновку составных частей и отображают все электрические связи между ними. Подобные схемы часто используются при соединении кабелей и проводов приборов или установок (Приложение 2). 

Принципиальная схема определяет состав элементов входящих цепь и связь между этими элементами. С помощью принципиальной схемы получают детальное представление о принципах работы электрического изделия, установки (Приложение 3).  

Все элементы электрической цепи на схемах указывают с помощью условных обозначений        (исключение        составляют монтажные схемы)

(Приложение 4). 

Электрические цепи, с которыми приходиться иметь дело на практике, обычно состоят не из одного приѐмника тока, а из нескольких, которые могут быть соединены между собой по-разному.

Существуют два основных метода соединения элементов цепи:

последовательное и параллельное.

Последовательное соединение –  это соединение двух или более резисторов в форме цепи, в которой каждый отдельный резистор соединяется с другим только в одной точке. При этом ток по цепи проходит в одном направлении без разветвлений ^[5]. Примером последовательного соединения является гирлянда новогодних лампочек. 

При последовательном соединении, через все резисторы проходит один и тот же электрический ток I=I₁=I₂. Чем больше элементов на данном участке электрической цепи, тем «труднее» току протекать через него. Следовательно, при последовательном соединении резисторов их общее сопротивление увеличивается, и оно равно сумме всех сопротивлений R=R₁+R₂ (рис. 2). При n

последовательно соединѐнных одинаковых проводников R=nR₁ ^{[4.стр. 137]}.

 

Рис.2. Последовательное соединении проводников

Параллельное соединение – это соединение двух или более резисторов в форме цепи, при котором резисторы соединяются между собой обоими контактами. В результате к одной точке может быть присоединено несколько резисторов. При этом ток по цепи проходит по разветвлениям ^[5]. 

При подобном соединении, через каждый резистор потечет отдельный ток. Сила данного тока будет обратно пропорциональна сопротивлению резистора. В результате общая проводимость такого участка электрической цепи увеличивается, а общее сопротивление в свою очередь уменьшается.

Таким образом, при параллельном соединении резисторов с разным сопротивлением, общее сопротивление будет всегда меньше значения самого маленького отдельного резистора. Следовательно, сила тока в неразветвлѐнной цепи равна сумме токов в разветвлениях: I=I₁+I₂ ,напряжение на каждом из параллельно соединѐнных проводников одинаково U=U₁=U₂. Общее

1 1 1

сопротивление будет определятся по формуле:                        . При упрощении,

                                                                                                                                             R R R1       2

R R^{1 2} (рис. 3). При n параллельно соединѐнных одинаковых получаем:R 

R R1  2

R1 [4.стр. 140]. проводников имеем:R 

n

 

Рис.3. Параллельное соединении проводников

Каждый тип соединения имеет свои преимущества и недостатки. Например, последовательное соединение применяется при защите цепей от перегрузок: при увеличении силы тока выходит из строя предохранитель, и цепь автоматически отключается. Однако при выходе из строя одного из элементов соединения отключаются и остальные. При параллельном соединении при выходе из строя одного из элементов соединения, остальные действуют. Однако при включении элемента с меньшим возможным напряжением в цепь элемент перегорит. 

На практике очень часто встречается смешанный метод соединения. Смешанным соединением называют участок цепи, где часть резисторов соединяются между собой последовательно, а часть параллельно (рис.4). В свою очередь, смешанное соединение бывает последовательного и параллельного типов ^[5].

 

Рис. 4. Смешанное соединение последовательного (AB) и параллельного (CD) типов

Для того чтобы посчитать общее сопротивление смешанного соединения:

-     цепь разбивают на участки с только параллельным или только последовательным соединением;

-     вычисляют общее сопротивление для каждого отдельного участка;

-     вычисляют общее сопротивление для всей цепи смешанного соединения. В качестве примера рассмотрим решение цепи при смешанном соединение  последовательного типа (рис.5). 

 

Рис. 5. Эквивалентное преобразование схемы при смешанном соединении последовательного типа

Сдесь: 1  1 1        _ 1 , ¹  ¹  ¹ . R123 R R R1     2                  3 R R R45                     4                      5

1.3 Измерение Электрических величин

Для измерения силы тока применяется амперметр (рис.6).

 

Рис. 6. Общий вид амперметра

При включении амперметра в электрическую цепь необходимо знать:

-          амперметр включается в электрическую цепь последовательно с тем элементом цепи, силу тока в котором необходимо измерить (рис. 7) ^{[4.стр. 110]}.

 

Рис.7. Подключение амперметра в цепь

-          при    подключении       амперметра          необходимо соблюдать полярность: "+"   амперметра          подключается      к        "+"     источника   тока, а "минус" амперметра - к "минусу" источника тока. 

Для измерения напряжения применяется вольтметр (рис.8)

 

Рис.8. Общий вид вольтметра

При включении вольтметра в электрическую цепь необходимо знать:

-          вольтметр подключается параллельно участку цепи, на котором будет измеряться напряжение (рис. 9) ^{[4.стр. 118]}.

 

Рис. 9. Подключение вольтметра в цепь

-          при подключении вольтметра необходимо соблюдать полярность: "+" вольтметра подключается к "+" источника тока, а "минус" вольтметра - к "минусу" источника тока.

Для определения работы или мощности тока можно использовать специальный измерительный прибор  - ваттметр. При отсутствии ваттметра пользуются одновременным подключением двух измерительных приборов к нужному участку цепи: амперметра и вольтметра (рис.10).

 

Рис.10. Подключение амперметра и вольтметра при определении работы и мощности тока и сопротивления проводника

Сопротивление проводника, а так же другие параметры постоянного тока, можно определить при помощи мультиметра (рис. 11) или по  схеме, представленной на рис. 10 ^[7].  

Далее проводится расчет работы,   мощности   тока   и        сопротивления проводника по формулам:   P UI A, UIt R,  ^U .

Рис.11. Общий вид мультиметра 

Если величина измеряется непосредственно измерительным прибором, такое определение величины называется прямым измерением. Если величина определяется расчѐтным путѐм, такое определение называется  косвенным [1. стр.154].

При определении электрической величины, необходимо учитывать, что любой прибор допускает определѐнную погрешность. Разность между истинным значением и измеренным называется абсолютной погрешностью:

Δ= АИзм.-АИст.

                   Для    определения       абсолютной погрешности школьных      приборов,

Ц ^[8]. достаточно поделить цену деления пополам:

2

Глава 2. ПРАКТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИЗУЧЕНИЯ ЦЕПЕЙ ПОСТОЯННОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА

2.1 Усовершенствование устройств при изучении цепей постоянного тока

При изучении цепей постоянного тока приходиться сталкиваться с двумя задачами:

-          наличие в ограниченном количестве оборудования для демонстрации свойств цепей постоянного тока;

-          демонстрации проводятся как правило на горизонтальной поверхности.

Это приводит к тому, что ученики не в полном объеме усваивают материал, так как в процессе сборки необходимой схемы участвует ограниченное количество учащихся, а остальные просто наблюдают за сборкой и не в состоянии увидеть основные аспекты. Помимо этого, даже если даѐтся задание собрать схему группами, то это занимает много времени и урок проходит не совсем продуктивно. Появляется вопрос: как можно с горизонтальной поверхности перенести схемы в «вертикальную плоскость».

Возможно несколько вариантов:

-          применение компьютерных технологий. Опыты можно проводить на рабочем столе,  а изображение выводить при помощи веб-камеры через компьютер на экран или монитор (Приложение 5). При этом необходимо решить ещѐ одну задачу: наличие компьютера или экрана в кабинете. Этот вопрос практически решѐн. Во всех школах установлены интерактивные доски или работают компьютерные классы. Отрицательная сторона этого метода заключается в том, что изображение идѐт с некоторым опозданием. Поэтому качество оставляет желать лучшего. Зато можно анализировать определѐнные участки цепи, увеличивая их на большом экране.

-          второй метод заключается в усовершенствовании существующего или изготовлении нового оборудования для проведения демонстраций. На этом методе остановимся и рассмотрим его более детально.

Не секрет, что в любой лаборатории по физике существует большое количество различных устройств, которые давно вышли из строя и иногда просто занимают лишнее место. Кроме этого в кабинетах информатики также есть большое количество различных неработающих устройств. Они и помогут решить поставленную задачу. Главное иметь воображение и желание.

Подсказкой к решению некоторых задач могут послужить магнитные игры, с которыми мы иногда сталкиваемся. Так появилась идея: можно прикрепить магниты к электрическим приборам и работать с ними на металлической доске, которая есть почти в каждом кабинете. 

Из литературы известно, что электрический ток и магнитное поле тесно связаны между собой. Магнитное поле появляется при движении заряда. Большинство измерительных приборов работают именно на основе взаимодействия магнитного поля и электрического тока. Такие приборы называются индукционными  ^{[1. стр.159]}. Поэтому, если просто закрепить магнит к устройству, то может появиться некоторая погрешность в измерениях. А это может привести к неточности измерений. Но существуют вещества, которые уменьшают действия магнитного поля. Они называются диамагниты. К ним относятся: марганец, алюминий, золото, серебро, медь и пр. ^{[1. стр.23]}. Применение диамагнитов даѐт возможность установить индукционные измерительные приборы на магнит. Магнит большой мощности можно найти в старых нерабочих жѐстких дисках от компьютера. Этот магнит является редкоземельным веществом, который называется «неодим». Для того чтобы записывать информацию на диск,  он должен иметь большую магнитную силу. Но для того, чтобы он не оказывал побочные действия на другие элементы, он устанавливается на диамагнитную подложку (Приложение 6). Кроме этого, в DVD- приводах так же установлены неодимовые магниты, которые можно применять для работы. (Приложение 7). Большое количество жѐстких дисков и приводов можно найти в магазинах «Мир компьютеров» и «Тираэт». Установка подобного магнита позволяет решить поставленные задачи: 

-          парамагнитная подложка уменьшает действие магнитного поля на измерительный прибор;

-          если закрепить неодимовые магниты к элементам цепи, то появляется возможность устанавливать в вертикальной плоскости различные устройства, иногда значительной массы (Приложение 8).

Решив одну задачу необходимо решить другую: как соединить элементы цепи? На помощь опять приходят старые устройства. Дело в том, что старые блоки питания от компьютеров имеют большое количество проводников различного цвета (Приложение 9). Их то и можно применять. Широкая цветовая гамма проводников, позволяет соединять различные элементы различными цветами, что увеличивает степень усвоения материала и делает сам процесс более простым и привлекательным (Приложение 10).  Клеммы для проводников можно приобрести в специализированных магазинах. Вопрос источника тока тоже можно решить очень просто. Любой блок питания от старого ненужного телефона вполне с этим справиться. Телефонные блоки питания, в среднем, имеют следующие выходящие характеристики: U_вых=5В, I_вых=2А, что вполне позволяет их применять в качестве источника постоянного тока. Достаточно заменить стандартный выход на необходимый (Приложение 11). 

После выполнения всех подготовительных действий, процесс изучения цепей постоянного тока становиться более понятней и интересней. Ведь сборка цепи и изучение еѐ свойств происходит не на рабочем столе, а на доске и этот процесс визуально доступен всем ученикам (Приложение12).

2.2 Практическое применение усовершенствованных устройств при

изучении цепей постоянного тока

Применение на практике улучшенных устройств можно разделить на несколько условных групп:

-         сборка цепи по монтажной схеме;

-         сборка цепи по принципиальной схеме;

-         изображение схемы по цепи;

-         изображение схемы и сборка цепи по заданию;         изучение основных законов электричества;         сборка и расчѐт цепи с заданными параметрами.

При этом необходимо учитывать принцип от простого к сложному в каждой группе.

Далее рассматриваются каждый из вариантов в отдельности.

Сборка цепи по монтажной схеме является самой простой и этот метод можно применять на начальном этапе изучения электрических цепей. Он заключается в следующем. Ученику даѐтся пример монтажной схемы, согласно которой он должен собрать цепь (рис. 12).

Рис.12. Пример монтажной схемы и  результат сборки

После окончания сборки можно проверить, как работает цепь на практике. Если сборка была произведена правильно, то она должна работать без дополнительной настройки. Если же при сборке были допущены ошибки, то их можно проанализировать и исправить всем классом. При анализе работы цепи можно смоделировать дополнительные ситуации. Например: будет ли работать цепь, если отключить одну лампочку? Сразу появляется вопрос: как отключить лампочку? Можно просто открутить, а можно подключить на каждую лампочку отдельный ключ. При этом схема, естественно, преобразуется, но было доказано свойство параллельного соединения: если отключить один из потребителей, то остальные продолжают работать. Таким образом, появляется связь между изучаемыми темами.

При сборке цепи по принципиальной схеме ученику предлагается собрать цепь, используя предложенную схему. В этом случае элементы цепи изображены условными обозначениями и при самой сборке возникают некоторые трудности. В качестве примера, можно привести уже рассмотренную цепь (рис.13) .

Рис.13. Пример составление цепи по принципиальной схеме

При изображении схемы по цепи действия происходят с точностью, да наоборот. Ученику предлагается начертить электрическую схему предложенной цепи (рис. 14).

Рис. 14. Пример изображения схемы по электрической цепи

Когда основные этапы по изучению электрических цепей пройдены, можно немного усложнить задания. Можно попробовать составить схему и собрать цепь по заданию учителя. Например: имеются две лампочки, один выключатель, ключ и источник постоянного тока. Необходимо начертить принципиальную схему и собрать цепь, таким образом, чтобы обе лампочки отключались и включались одновременно от одного ключа. Результатом такого задания может послужить уже знакомая цепь (рис. 13). 

При изучении основных законов электричества необходимо рассчитать теоретическим путѐм определѐнный параметр, а потом, при помощи непосредственных измерений, определить необходимое значение. Например: даны три резистора. Определите их общее сопротивление при их последовательном соединении (рис.15). При определении сопротивления каждого резистора в отдельности получаем:R₁=2,1Ом, R₂=4,9Ом, R₃=2,6Ом.

По закону последовательного соединения: R_Об=R₁+R₂+R₃. Подставляя значения резисторов, получается: R_Об.=2,1Ом+4,8Ом+2,6Ом=9,5Ом. Как видно получаются разные результаты. Это можно объяснить тем, что при измерении сопротивлений возможно контакты были не очень идеальны, что привело к полученной разности. Но учитывая допускаемые погрешности при измерении (говорилось ранее), можно предположить, что законы последовательного соединения подтверждаются.  

Рис. 15. Определение параметров цепи теоретическим и опытным путѐм

Таким образом можно изучать и другие основные законы электричества, связанные с силой тока, напряжением и сопротивлением в цепях постоянного тока, а также можно получить ВАХ определѐнного элемента (Приложение 13). 

Полученные навыки можно так же применить при сборке и расчѐте цепей с заданными параметрами. Например, применяя вышеизложенную задачу, можно определить остальные параметры: напряжение на каждом резисторе, общее напряжение, общую силу тока, мощность, выделяемую на каждом резисторе, и работу за определѐнное время.

При усвоении основного материала, связанного с цепями постоянного тока, можно перейти к моделированию более сложных ситуаций. Например, создание действующего стенда для изучения цепей и параметров электрического тока (Приложение14), сборка цепей для изучения логических элементов на уроках информатики (Приложение 15), макет подключения бытового электрического оборудования (Приложение 16) или изготовление стенда для проведения лабораторных работ по разделу «Электричество» (Приложение 17). Эти работы необходимо проводить только под присмотром учителя, строго соблюдая технику безопасности. 

Кроме этого можно составить небольшой сборник заданий, который так же может найти практическое применение при изучении цепей постоянного тока (Приложение 18).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Изучение свойств электрического тока - очень занимательный и увлекательный процесс. Особенно он приносит удовольствия, тогда когда сам принимаешь в нѐм непосредственное участие. Если хорошо усвоить материал на начальном этапе изучения, то в дальнейшем изучение дисциплины в целом станет проще и увлекательней. Изготовленный материал можно применять во время проведения уроков по физике или на кружковых занятиях, а также при  самостоятельной работе. Полученные навыки могут пригодиться и в дальнейшем при изготовлении поделок,  элементарного ремонта электрических устройств, например, гирлянды, выключателя, удлинителя или утюга, а так же при наладке оборудования или освещения в доме. Изготовленные стенды могут послужить наглядным пособием при дальнейшем изучении дисциплины. 

В следствии написания работы можно сделать следующие выводы:

-          усовершенствованные приборы позволяют лучше усвоить учебный материал;

-          творческая практическая        деятельность способствует лучшему пониманию предмета (Приложение19);

-          учебный материал нужно осваивать постепенно, опираясь на полученные начальные знания;

-          изучение материала лучше усваивается, если учитывать связь между обучением и реальными жизненными ситуациями;

-          если поставленная задача носит проблемный характер и заставляет проявить любопытство, то и знания усваиваются с «аппетитом»);

-          полученные результаты имеют практическое значение при изучении дисциплины в целом.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1.                 Бечѐва М.К., Златенов И.Д. Электротехника и электроника: учебное пособие      для ПТУ.-М.: Высшая школа, 1991.-224стр.

2.                 Данилов И.А. Общая электротехника с основами электроники

3.                 Мякишев Г. Я., Буховцев Б. Б., Соттский Н.Н. Физика. 10 кл.: учебник для      общеобразовательных учреждений. -М.: Просвещение, 2010.-365стр. 4. Перешкин А.В. Физика. 8 кл.: учебник для общеобразовательных        учреждений. -М.: Дрофа, 2013.-237стр.

Интернет - ресурсы:

5.   URL: http://hightolow.ru/sitemap.php

6.   URL: https://www.yaklass.ru/p/fizika/8-klass/elektricheskie-iavleniia-12351

7.   URL: http://class-fizika.narod.ru/8_30.htm

8.   URL: https://otvet.mail.ru/question/48566656

9.   URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Электричество

ПРИЛОЖЕНИЯ

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Пример ВАХ

 

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Примеры монтажных схем

 

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

Пример принципиальной схемы

 

ПРИЛОЖЕНИЕ 4

Условное обозначение некоторых элементов цепи

 

ПРИЛОЖЕНИЕ 5

Получение изображения при помощи веб-камеры

 

ПРИЛОЖЕНИЕ 6

Устройство жёсткого диска

 

ПРИЛОЖЕНИЕ 7

Устройство DVD -привода

 

ПРИЛОЖЕНИЕ 8

Установка неодимовых магнитов на элементы цепи

 

ПРИЛОЖЕНИЕ 9

Устройство блока питания компьютера

 

ПРИЛОЖЕНИЕ 10 

Подключение элементов цепи проводниками различного цвета

 

ПРИЛОЖЕНИЕ 11

Блок питания телефона в качестве источника постоянного тока

 

ПРИЛОЖЕНИЕ12

Общий вид электрической цепи

 

ПРИЛОЖЕНИЕ 13

Вольтамперная характеристика резистора

U,B	0,5	0,55	0,6	0,65	0,7	0,75
I,A	0,9	0,98	1,02	1,08	0,16	0,23

ПРИЛОЖЕНИЕ 14

Пример действующего стенда для изучения цепей и параметров электрического тока

ПРИЛОЖЕНИЕ 15

Участок цепи, характеризующий работу логического элемента «ИЛИ»

 

ПРИЛОЖЕНИЕ 16

Макет подключения пятирожковой люстры

 

ПРИЛОЖЕНИЕ 17

Стенд для проведения лабораторных работ по разделу «Электричество»

 

Перечень возможных исследовательских работ:

 изучение последовательного соединения;  изучение параллельного соединения;  определение удельного сопротивления проводника;  определение ЭДС и внутреннего сопротивления источника;  снятие ВАХ резистора.

ПРИЛОЖЕНИЕ 18

Примеры задач для изучения цепей постоянного тока

Задача 1. Закончите схему, которая состоит из источника, ключа и лампочки.

 

Задача 2. Закончите схему, которая состоит из источника, ключа, реостата и попарно паралельно подключенных лампочек.

 

Задача 3. Закончите схему, которая состоит из двух источников, ключа, реостата, амперметра и трёх паралельно подключенных лампочек.

 

Задача 4. Соберите электрическую цепь по принципиальной схеме.

 

Задача 5. Соберите электрическую цепь по принципиальной схеме.

 

Задача 6. Соберите электрическую цепь по принципиальной схеме.

 

Задача 7. Соберите электрическую цепь по принципиальной схеме.

 

Задача 8. По монтажной схеме начертите принципиальную схему и соберите цепь.

 

Задача 9. По монтажной схеме начертите принципиальную схему и соберите цепь.

 

Задача 10. По монтажной схеме начертите принципиальную схему и соберите цепь.

 

Задача 11. По монтажной схеме начертите принципиальную схему и соберите цепь.

 

Задача 12. Соберите электрическую цепь по схеме. Определите напряжение на каждой лампе и общее напряжение. Сделайте вывод.

 

Задача 13. Соберите электрическую цепь по схеме. Определите сопротивление каждого резистора и общее сопротивление. Определите общее сопротивление, применяя закон Ома для различных напряжений тока. Сравните полученные результаты.

 

Задача 14. Соберите электрическую цепь по схеме. Определите сопротивление каждого резистора и общее сопротивление. Определите общее сопротивление, применяя закон Ома для различных напряжений тока. Сравните полученные результаты.

 

Задача 15. Соберите электрическую цепь по схеме. Определите сопротивление каждого резистора и общее сопротивление. Определите общее сопротивление, применяя закон Ома для различных значений силы тока. Сравните полученные результаты.

 

Задача 16. Соберите электрическую цепь по схеме. Определите сопротивление каждого резистора и общее сопротивление. Определите общее сопротивление, применяя закон Ома для различных напряжений тока. Сравните полученные результаты.

 

Задача 17. Начертите принципиальную схему и соберите электрическую цепь, которая состоит из источника тока, ключа и лампочки. 

Задача 18. Начертите принципиальную схему и соберите электрическую цепь, которая состоит из источника тока, ключа и двух лампочек таким образом, чтоб лампочки включались одним ключом. Рассмотрите все возможные варианты.

Задача 19. Начертите принципиальную схему и соберите электрическую цепь, которая состоит из источника тока, двух ключей и двух лампочек таким образом, чтоб лампочки включались отдельным ключом. 

Задача 20. Начертите принципиальную схему и соберите электрическую цепь, которая состоит из источника тока, трёх ключей, трёх лампочек и звонка таким образом, чтоб лампочки включались отдельным ключом и каждый раз звенел звонок. 

Задача 22. Начертите принципиальную схему и соберите модель светофора, которая состоит из источника тока, трёхпозиционного ключа и трёх лампочек. 

Задача 23. Начертите принципиальную схему и соберите электрическую цепь, которая состоит из источника тока, двух трёхпозиционных ключей и одной лампочки таким образом, чтобы лампочку можно было включать и отключать  с двух разных точек.

ПРИЛОЖЕНИЕ 19

Результаты анкетирования учащихся

Вопрос. Когда знания усваиваются лучше?

 когда учитель объясняет практическую часть у доски (7 учеников);  когда участвуешь в практической части лично (34 ученика).

Вопрос. Когда знания усваиваются лучше?

 при выполнении индивидуальных заданий (12 учеников);  при выполнении групповых заданий  (29 учеников).

Было опрошено 41 ученик  8-В и 8-Г классов.