Добавить материал и получить бесплатное свидетельство о публикации в СМИ
Эл. №ФС77-60625 от 20.01.2015
Инфоурок / Физика / Другие методич. материалы / Методическая разработка урока "Метод контурных токов" (10 класс). Профильный уровень

Методическая разработка урока "Метод контурных токов" (10 класс). Профильный уровень



Осталось всего 2 дня приёма заявок на
Международный конкурс "Мириады открытий"
(конкурс сразу по 24 предметам за один оргвзнос)


  • Физика

Название документа Метод_разработка_Yrok 12_114_10_Метод_контур_токов.doc

Поделитесь материалом с коллегами:

Методическая разработка урока физики для профильного класса

(политехнический, физико-математический)

Урок 12/114 10 класс

Тема: Метод контурных токов.

Цели урока:

  1. образовательная: научить учащихся производить расчеты сложных электрических цепей;

  2. развивающая: сформировать умения анализировать, развитие логики мышления, поиска способов рационального решения физических задач;

  3. воспитательная: воспитание мотивации учения.

Содержание урока:

  1. Организационный момент

  2. Проверка знаний.

  1. Фронтальный опрос.

Вопросы:

  • Дайте определение узла электрической цепи. Начертите на доске электрический узел, укажите направление электрических токов в подводящих к узлу ветвях.

  • Сформулируйте первое правило Кирхгофа.

  • Зhello_html_m20672371.gifапишите первое правило Кирхгофа для начерченного на доске (рис. 1) узла.

hello_html_3caf33e2.gif










Рис. 1. Рис.2.

  • Какое соединение элементов электрической цепи можно считать ветвью?

  • Сформулируйте второе правило Кирхгофа, запишите второе правило Кирхгофа для предложенной схемы (рис. 2).

  • Объясните, как записать второе правило Кирхгофа, если в ветви находятся несколько источников тока?

  • Как влияет полярность включения источника тока в электрическую цепь на знак ЭДС в уравнении?


  1. Индивидуальный опрос у доски с одновременным решением задачи № 1 в тетрадях учащихся.

ЗАДАЧА № 1.

В предложенной электрической цепи определите силу тока во всех резисторах, используя законы Кирхгофа.

hello_html_m76a1ea5b.gif















Рис. 3

Решение задачи:

Напишем 1 закон Кирхгофа для узлов А, В, С:

А: I1 - I2 + I4 = 0;

В: I5 – I1 + I3 = 0;

С: I6 – I4 – I5 = 0.

Выберем направление обхода контуров ADBA, BDCB и ABCA и напишем 2 закон Кирхгофа для этих контуров:

ADBA: ε1 = I2 . R2 + I1 . R1 + I3 . R3 ;

BDCB: ε2 = I5 . R5 - I3 . R3 + I6 . R6 ;

ABCA : 0 = I4 . R4 - I1 . R1 – I5 . R5 .

Пhello_html_4d4694d3.gifодставим численные значения сопротивлений резисторов и источников тока в полученные уравнения и объединим их систему из шести уравнений с шестью неизвестными:

Выразим из наиболее простого уравнения системы один из неизвестных токов и, подставив это неизвестное в остальные уравнения, преобразуем уравнения системы с учетом полученного выражения, и, понижая с каждым преобразованием ранг системы уравнений, найдем численные значения неизвестных, входящих в эту систему уравнений:

hello_html_m487d9508.gif





hello_html_427d22df.gif





Подставим полученные значения силы тока в резисторах в уравнения Кирхгофа, убедимся в правильности расчетов:

hello_html_61abcddd.gif






  1. Изучение нового материала.

Вопросы: Расчет электрических цепей с помощью метода контурных токов.

Расчет электрической цепи методом контурных токов.

Для сравнения уровня сложности расчетов произведем расчет электрической цепи Рис. 3., предложенной в предыдущей задаче, методом контурных токов:

hello_html_m45272f51.gif

Основным достоинством, рассматриваемого метода расчета электрической цепи, метода контурных токов является то, что для вычисления силы токов в каждом элементе цепи количество уравнений в системе соответствует количеству контуров рассчитываемой электрической цепи. В нашем случае необходимо составить всего три уравнения, что в два раза меньше чем в системе уравнений рассчитываемой при использовании законов Кирхгофа.

Выберем в контурах ADBA, BDCB и ABCA произвольно направления контурных токов J1, J2 и J3. Составим систему из трех уравнений:

hello_html_m7baa0653.gif






Подставив в полученную систему уравнений численные значения резисторов и ЭДС, рассчитаем контурные токи:

hello_html_5c11494.gif





Сила тока в отдельных резисторах определяется как векторная сумма контурных токов, протекающих через эти резисторы:




I1 = J1 – J3 = 0,2 А; I2 = J1 = 0,6 А;

I3 = J2 – J1 = 0,4 А; I4 = J3 = 0,4 А;

I5 = J2 – J3 = 0,6 А; I6 = J2 = 1А.


Результаты расчета проверяются с помощью законов Кирхгофа.

  1. Закрепление изученного материала.

Уhello_html_f2ddaf1.gifчащимся предлагается самостоятельно записать уравнения, необходимые для расчета следующей электрической цепи (рис. 4) методом контурных токов:

Рис. 4.

Для предложенной электрической цепи выберем 3 контура:

1 – контур: С, R2 ,ε1,R1, А, R3, С

2 – контур: С, R3, А, R4, В, R6, D, R5, С

3 – контур: D, R6, В, R7, ε2, R8, D

Составим уравнения согласно второму правилу Кирхгофа для выбранных контуров:

ε1= J1 . (R1 + R2 + R3 + r1) – J2 . R3 (1).

0 = J2 . (R3 + R4 + R5 + R6) – J1 . R3J3 . R6 (2).

ε 2= J3 . (R6 + R7 + R8 + r2) – J2 . R6 (3).

После решения системы трех уравнений с тремя неизвестными найдем токи в элементах цепи:

I1 = I2 =J1, I3 =J1 – J2,

I4 = I5 =J2, I3 =J1 – J2,

I6 = J2 J3, I7 = I8 =J3.

  1. Самостоятельная работа учащихся по решению задач.

Используя метод контурных токов, вычислите численные значения силы тока в каждом элементе, найдите падение напряжения на всех резисторах, предложенной электрической цепи:

ЗАДАЧА № 2.

Рассчитайте электрическую цепь методом контурных токов:

Дhello_html_m5ed6050.gifано:

ε1 = 50 В

ε2 = 40 В

R1 = 7 Ом

R2 = 10 Ом

R3 = 6 Ом

r1 = 3 Ом

r2 = 4 Ом.

Определить:

I1 , I2 , I3,

U1, U2, U3.



РЕШЕНИЕ:

В цепи два простых контура. Выберем направление контурных токов J1 и J2 с учетом полярности ЭДС источников тока.

Для контура C,ε1, r1, R1, A, R2,C: ε1= J1 . (R1 + R2 + r1) + J2 . R2 (1).

Для контура C, R2, A, R3 , ε1, r1, ,C: ε2= J2 . (R3 + R2 + r2) + J1 . R2 (2).

Подставляя в выражения (1) и (2) численные значения сопротивления резисторов и ЭДС источников тока, получаем систему из двух уравнений:

hello_html_3f46ee7f.gif

50 = J1 . (7 + 10 + 3) + J2 . 10, 5 = 2J1 + J2 , J1 = 2 А;

40 = J2 . (6 + 10 + 4) + J1 . 10. 4 = 2J2 + J1. J2 = 1 А.


Рассчитаем токи в отдельных резисторах: I1 = J1 = 2А; I2 = J1 + J2 = 3А; I3 = J2 = 1А.

Рассчитаем падение напряжения на резисторах: U1 = I1 . R1 = 2 . 7 = 14 B, U2 = I2 . R2 = 3 . 10 = 30 B, U3 = I3 . R3 = 1 . 6 = 6 B.

Ответ: I1 = 2А; I2 = 3А; I3 = 1А. U1 = 14 B, U2 = 30 B, U3 = 6 B.

  1. Подведение итогов урока.

  2. Задание на дом.

Рассчитайте методом контурных токов электрические цепи:

ЗАДАЧА № 1.

Дhello_html_53165d2f.gifано:

ε1 = 20 В

ε2 = 30 В

R1 = 16 Ом

R2 = 10 Ом

R3 = 20 Ом

R4 = 7 Ом

R5 = 10 Ом


r1 = 3 Ом

r2 = 4 Ом.

Определить:

I1 , I2 , I3, I4 , I5 ,

Uhello_html_m72c6d8b1.gif1, U2, U3, U4, U5.

ЗАДАЧА № 2.

Дано:

ε1 = 20 В

ε2 = 30 В

R1 = 16 Ом

R2 = 10 Ом

R3 = 20 Ом

R4 = 8 Ом

R5 = 20 Ом

r1 = 2 Ом

r2 = 4 Ом.

Определить:

I1 , I2 , I3, I4 , I5 ,

U1, U2, U3, U4, U5.

Зhello_html_m31f0c36c.gifАДАЧА № 3.

Дано:

ε1 = 100 В

ε2 = 50 В

R1 = 20 Ом

R2 = 30 Ом

R3 = 20 Ом

R4 = 20 Ом

R5 = 75 Ом

R6 = 78 Ом

r1 = 5 Ом

r2 = 2 Ом.

Определить:

I1 , I2 , I3, I4 , I5 , I6,

U1, U2, U3, U4, U5, U6.



57 вебинаров для учителей на разные темы
ПЕРЕЙТИ к бесплатному просмотру
(заказ свидетельства о просмотре - только до 11 декабря)


Краткое описание документа:

Предлагаемый урок "Метод контурных токов" разработан для 10 профильного класса (политехнического, физико-математического), в котором обучение физике проводится на высоком уровне трудности, обладает логичностью и научностью изложения вопросов. Преподавание ведется по учебно-методическому комплексу для 10 - 11 классов с углубленным изучением физики под ред. А.А. Пинского.

Автор
Дата добавления 02.08.2016
Раздел Физика
Подраздел Другие методич. материалы
Просмотров26
Номер материала ДБ-150142
Получить свидетельство о публикации
Похожие материалы

Включите уведомления прямо сейчас и мы сразу сообщим Вам о важных новостях. Не волнуйтесь, мы будем отправлять только самое главное.
Специальное предложение
Вверх