Методическая разработка урока «Законы постоянного тока. Сопротивление. Последовательное и параллельное соединение проводников»

ГБОУ РМ СПО (ССУЗ)

«Саранский электромеханический колледж»

Методическая разработка урока 

«Законы постоянного тока. Сопротивление. Последовательное и параллельное соединение проводников»

Разработал преподаватель физики

Модина Т. В.

Законы постоянного тока. Сопротивление. Последовательное и параллельное соединение проводников.

Тип:            сообщения новых знаний.

Вид:            урок-лекция с элементами эксперимента.

         Цели урока:      

Образовательная:          усвоение знаний по теме законы постоянного тока, ввести понятие  закона Ома, установить единицу сопротивления в СИ сформулировать ее зависимость и методы нахождения в зависимости от способов соединения проводников.

Развивающая: привитие умений и навыков самостоятельной работы, формирование умений аргументировать свою точку зрения.

Воспитательная:           формировать самостоятельность, ответственность.

Межпредметные связи:          электротехника, химия, история, информатика.

Средства обучения:      таблица, демонстрирующая закон Ома. Приборы, демонстрирующие соединение проводников.

План:

     1. Организационный момент

     2. Актуализация имеющих знаний.

     3.Подготовка к восприятию нового материала.

     4.Объяснение нового материал.

     5. ЗАКРЕПЛЕНИЕ.

     6. Домашнее задание.

Ход урока:

1. Организационный момент

              2.          Актуализация имеющих знаний:

1.          Индивидуальные задания для студентов(5 вариантов)

2.           Что называется электрическим током?

3.          Что принято за направление тока?

4.          Назвать необходимые условия существования электрического тока.

5.          Назвать действия тока.

6.          Что такое сила тока? Какая формула выражает смысл этого понятия?

7.          Какой ток называется постоянным, а какой переменным?

8.          Построить и объяснить график постоянного тока.

9.          Что называется плотностью тока? Какая формула выражает смысл этого понятия?

3.  Подготовка к восприятию нового материала.

1.          Назовите знакомые элементы электрической цепи и обозначение их на схеме.

2.          Существуют ли особенности включения их в электрическую цепь? Какие?

3.          Какие вещества называются проводниками?

4. Объяснение нового материала:

1.Вольт-амперная характеристика: Для каждого проводника- твердого, жидкого, газообразного- существует определенная зависимость силы тока от приложенной разности потенциалов на концах проводника. Эту зависимость выражает вольт- амперная характеристика проводника. Ее находят измеряя силу тока в проводнике при различных значениях напряжения. Значение вольт- амперной характеристики играет большую роль при изучении электрического тока.

Закон Ома: Впервые вольт - амперную характеристику установил немецкий ученый Георг Ом поэтому зависимость силы тока от напряжения носит название закона Ома.

 Биография Ома: Георг Симон Ом вошел в историю науки как автор основного закона электрической цепи, который связал сопротивление цепи, электродвижущую силу и силу тока.

Его предшественники не сумели определить эту зависимость, хотя Ампер в своих работах был близок к открытию этого закона. Лишь Ому удалось уловить эту зависимость. Коэффициентом пропорциональности является здесь сопротивление проводника. Ом свой закон, получивший впоследствии его имя, представил в виде простой математической формулы. Ом указал, что ток делится пропорционально, проходя через несколько проводников одновременно.

В качестве источника тока Ом использовал в своих исследованиях термопару — термоэлемент, открытый Зеебеком, который состоял из двух проводников: медного и висмутового. Места их соприкосновения погрузил одно в кипяток, а другое в лед. Такой элемент поставлял постоянный и равномерный ток. Элемент этот включил в цепь и исследовал прохождение тока через проводники разного сечения и длины одного металла, а затем и других металлов.

На основании этих экспериментов пришел к выводу, что сопротивление прямо пропорционально длине проводника и обратно пропорционально его сечению (чем длиннее проводник, тем больше сопротивление, а чем толще проводник, тем меньше сопротивление). Таким образом дал основы удельной проводимости. Исследуя проводники из разных металлов, определил широкий диапазон удельных сопротивлений, зависящих от рода металла. Ом также доказал, что нагретые металлические проводники оказывают большее сопротивление току, в то время как нагретые жидкости, проводящие ток, оказывают меньшее сопротивление.

Ом происходил из купеческой семьи. Отец старался дать сыну высшее образование. Уже в возрасте 16 лет Ом изучал физику и математику в университете. Однако прекратил учебу и начал работать учителем физики и математики в средней школе в Барнбурге, а потом в Кёльне. Здесь именно сделал открытие, которое описал в работе под заглавием „Гальваническая цепь, разработанная математически". Стремлением и мечтой Ома было однако более серьезная работа в высшем учебном заведении. Он оставил работу в школе и, несмотря на тяжелые материальные условия, начал ходатайствовать о должность в Норимбергском политехническом училище. Его усилия увенчались успехом. В норимбергском политехническом училище оставался в течение 16 лет. Его работы получили известность за границей, принося ему славу. Благодаря им достиг, наконец, своей цели: возглавил кафедру в Мюнхенском университете.

Этот неутомимый искатель и необыкновенно трудолюбивый человек умер через пять лет после получения назначения на должность заведующего кафедрой. Ом, кроме исследовательских работ в области электричества, занимался также вопросами акустики и интерференции света.

Закон Ома: Сила тока прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению проводника.

I = U/R

Закон Ома имеет очень простую форму, но доказать его справедливость трудно. Дело в том, что разность потенциалов на участке металлического проводника даже при большой силе тока мала, т. к. мало сопротивление проводника.

Сопротивление - Основная электрическая характеристика проводника. От этой величины зависит сила тока в проводнике при заданном напряжении. Сопротивление проводника представляет собой как бы меру противодействия проводника установлению в нем электрического тока. С помощью закона Ома можно определить сопротивление, но сопротивление зависит от материала из которого изготовлен проводник, и его геометрических размеров т. е. длины и площади поперечного сечения проводника

R=

 - удельное сопротивление проводника .

Единица сопротивления проводника.

Значение закона Ома: закон Ома определяет силу тока в электрической цепи при заданном напряжении и известном  сопротивлении. Он позволяет рассчитать тепловое, химическое и магнитное действия тока, т. к. они зависят от силы тока.

Из закона Ома вытекает, что замыкать обычную осветительную сеть проводником малого сопротивления опасно.

Последовательное и параллельное соединение проводников: К наиболее простым и часто встречающимся соединениям проводников относятся  последовательное и параллельное соединения проводников.

Опыт демонстрирующий последовательное и параллельное соединение проводников (демонстрацию проводят студенты - лаборанты). После проведения эксперимента записать закономерности относящиеся к соответствующим соединениям проводников.

Для последовательного соединения: I_общ=I₁=I₂;

U_общ=U₁+U₂;

R_общ=R₁+R₂.

Для параллельного соединения: I_общ=I₁+I₂;

     U_общ=U₁=U₂;

                                                  или  R=;

т.е. сила тока связана с сопротивлением соотношением.

 Важное техническое примечание:

Для того чтобы включаемый в цепь амперметр давал малое влияние на ток, его сопротивление делают очень маленьким. Это нужно помнить и никогда не пытаться измерять силу в осветительной цепи, подключая амперметр к рабочей сети. Произойдет короткое замыкание. Сила тока при малом сопротивлении достигает большого значения и обмотка амперметра сгорит. Любой амперметр рассчитан на некоторое максимальное измерение силы тока. Но можно к амперметру подключить дополнительные шунты, в этом случае цена деления возрастает в"n"раз.

I=I₀n;

Где I₀ – максимальное значение амперметра без шунта.

Любой вольтметр тоже рассчитан на максимальное значение, но можно подключить добавочное сопротивление для увеличения измерения величины, т.е.

U=nU₀;

Где U₀ – максимальное значение вольтметра без добавочного сопротивления.

    Работа тока:

Электрический ток получил широкое применение, потому что несет энергию, а энергия в свою очередь может быть превращена в любую форму.

При упорядоченном движении заряженных частиц в проводнике электрическое поле совершает работу, её принято называть работой тока.

Рассмотрим произвольный участок цепи. Пусть за время ∆t через поперечное сечение проводника проходит заряд ∆q.

A = IU ∆t

Тогда электрическое поле совершает работу:

A = ∆qU; так как I = ∆q/∆t  Þ

Работа тока на участке цепи равна произведению силы тока, напряжения и времени, в течение которого совершилась работа.

                                                   I = U/R Þ

                                                   U = IR  Þ

               Формула  A = I2R ∆t – для последовательного соединения.

                                  A = U2/R ∆t – для параллельного соединения.

Закон Джоуля - Ленца:

Закон, определяющий количество теплоты, которое выделяет проводник с током в окружающую среду, был впервые установлен экспериментально английским ученым Д. Джоулем (биография) (1818 -  1889) и русским ученым Э. Х. Ленцем (1804 – 1865).(биография)

Закон Джоуля – Ленца был сформулирован так:

  Количество теплоты, выделенное проводником с током, равно произведению   квадрата силы тока, сопротивление проводника и           времени прохождения тока по проводнику:

Мощность тока:

P = A/Dt = IU

                   Мощность тока равна отношению работы тока за время ∆t к этому       интервалу времени.

   5. ЗАКРЕПЛЕНИЕ.

Решить задачу: Определите количество теплоты на участке цепи выделенное проводником с током за 2 часа, если сила тока равна 3А.  

Проверка усвоенного материала при помощи индивидуальных заданий.( в двух вариантах)

6. Домашнее задание.