Бінарне лабораторне заняття "Дослідження кола постійного струму з послідовним та паралельним з’єднанням резисторів з використанням мови програмування С++"

Міністерство освіти і науки України

Індустріально – педагогічний технікум КІ Сум Ду

 

 

 

 

 

Матеріали відкритого заняття

 

Група  421

Дисципліни: «Електротехніка з основами електроніки»,

«Інформатика»

Тема:Дослідження кола постійного струму з послідовним та паралельним з’єднанням резисторів з використанням мови програмування С++.

Тип заняття – бінарне лабораторне заняття.

Викладачі: Сердюк В. В.

 Рябченко М. А.

Методична мета: застосування інноваційних засобів і прийомів навчання під час виконання лабораторних занять  з дисципліни.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тема: «Дослідження кола постійного струму з послідовним та паралельним з’єднанням резисторів з використанням мови програмування С++ »

Освітня мета заняття з електротехніки: закріпити вміння і навички перевірки законів послідовного і паралельного з’єднання резисторів шляхом проведення дослідів; продовжити формувати навики виконання лабораторних занять в  віртуальних лабораторіях.

Освітня мета заняття інформатики:  формувати практичні уміння і навички складати лінійні алгоритмічні конструкції, будувати математичну модель задачі та реалізовувати її за допомогою програми.

Розвиваюча мета бінарного заняття: сприяти розвитку мислення та розкриття творчих здібностей студентів, розвивати вміння проводити дослідницьку роботу наукового характеру.

Виховна мета бінарного заняття: виховувати в студентів інтерес до предметів на прикладах розв’язків задач електротехніки за допомогою комп’ютера; використовуючи диференціальний та особистісний підхід сприяти самореалізації студентів, як майбутніх молодших спеціалістів.

Міжпредметні зв’язки: Технологія елекричного зварювання плавленням (4-й, 5-й семестр), технологія та устаткування контактного зварювання (4-й, 5-й семестр), механізація та автоматизація зварювального виробництва (5-й семестр).

Наочні посібники: слайди (33 шт.),  інструкції до лабораторного заняття.

Технічні засоби: мультімедійний проектор, комп’ютери.

 

ХІД ЗАНЯТТЯ:

І. ОРГАНІЗАЦІЙНИЙ МОМЕНТ

Викладач електротехніки: Сьогодні ми з вами проведемо лабораторне заняття на якому будемо досліджувати кола постійного струму з послідовним та паралельним з’єднанням резисторів  в віртуальній лабораторії.

Викладач інформатики: згадаємо правила техніки безпеки під час роботи за комп’ютером.

ІІ. Актуалізація опорних знань студентів.

Викладач електротехніки: перед початком проведення лабораторного заняття давайте згадаємо основні поняття, які будуть нам необхідні для проведення дослідів  і аналізу результатів роботи.

1.Який закон подано формулою? Сформулюйте його.

2.В якому випадку загальний опір кола знаходять за формулою?

3.Сформулювати закон, що виражений формулою ?

4. Яке з’єднання резисторів зображено на схемі? Як при такому з’єднанні знаходять загальний опір кола? Загальну напругу кола, загальний струм кола?

 

5. Яке з’єднання резисторів зображене на схемі? Як при такому з’єднанні знаходять загальний опір кола? Загальну напругу кола, загальний струм кола?

Викладач електротехніки коментує відповіді студентів.

 

Викладач інформатики: Оскільки на занятті не обійтися без допомоги комп’ютера, то пригадаємо деякі важливі факти:

• Які алгоритмічні структури вам відомі?
• Як позначаються дані цілочисельного типу?
• Для чого використовують стандартний потік cout<<<вираз>?
• Як записується тіло функції?
• Що називається ключовими словами?
• З чого складається текст програми?

 

Викладач інформатики  коментує відповіді студентів.

 

ІІІ. Мотивація навчання.

Викладач електротехніки : Знання з електротехніки , які ви отримаєте на даному занятті, дадуть  можливість вам  усвідомити, як правильно виконувати регулювання величини зварювального струму під час ручного дугового зварювання на постійному струмі в колах зварювальних перетворювачів. Який вид з’єднання баластних реостатів слід вибирати в залежності від необхідних величин зварювального струму. Ці знання вам будуть також необхідні як майстрам під час проведення уроків виробничого навчання.

Знання отримані сьогодні допоможуть вам при вивченні дисципліни: «Технологія електричного зварювання плавленням».

Викладач інформатики:  За допомогою мови програмування ми зможемо зробити розрахунки даної роботи, а також застосовувати ці знання в майбутній професії, адже кожен педагогічний працівник і майстер виробничого навчання повинен досконало володіти новітніми технологіями навчання для досягнення високих результатів роботи.

ІV. Теоретичні відомості з електротехніки:

Зверніть увагу на те, що простими електричними колами називаються кола з одним джерелом енергії. При цьому приймачами можуть бути декілька резисторів, ввімкнених послідовно й паралельно. Якщо відомі  напруга і опір резисторів, то струми в усіх вітках можна знайти, використовуючи метод перетворення (згортання).

 Цей метод полягає в заміні груп послідовно й паралельно зв’язаних резисторів еквівалентним. Потім знаходять струм у нерозгалуженій частині кола, а далі за допомогою перетворення знаходять струми у всіх вітках заданого кола. Якщо декілька резисторів з’єднані один з одним без розгалужень і по них протікає один і той самий струм, то вони утворюють вітку і з’єднання резисторів називається послідовним. А якщо до одних і тих самих двох вузлів електричного кола приєднано декілька резисторів, які перебувають під однаковою напругою, то таке з’єднання резисторів називається паралельним.

Теоретичні відомості з інформатики:

Лінійною програмою називається така програма, в якій команди виконуються послідовно одна за одною. Причому, перестановка місцями виконання дій,  може привести до неправильного результату.

Текст будь-якої програми складається з команд, описів змін­них, сталих, приєднань бібліотек.

Лінійними командами є:

• Введення даних;
• Виведення даних;
• Команди обчислення нових даних.

Лінійна програма мовою C++ має такий загальний вигляд:

// коментарі

#include <назва бібліотечного файла>

void main()

{

<тіло функції>;

}

Команда введення » описана у бібліотеці iostream.h (istream.h) і має такий загальний виляд:

сіn >> <змінна>;

Команда виведення << даних має такий загальний виляд:

cout << <вираз 1> << <вираз 2> << ... << <вираз N>;

Приклад. Написати програму для обчислення силу струму за законом Ома, якщо U=30B, R=60Ом.

 

#include <iostream.h>

#include <conio.h>

#include <math.h> //Бібліотека математичних функцій

void main()

 {

  clrscr(); // Очищаємо екран

  float I, U, R;  // Оголошуємо змінні та вводимо дані

  cout << "vedit U=";

  cin >> U;

  cout << "vedit R";

  cin >>R;

  I=U/R; // Обчислюємо значення I

  cout <<"I="<<I;  //виводимо значення I

  getch(); //затримуємо результат на екрані

 }

Відповідь. I=0.5

V. Хід заняття:

 

Пояснення викладача електротехніки:

Коротка інструкція по роботі з програмою в віртуальній лабораторії:

 

Під час запуску програми на екран монітора комп’ютера виводяться:

• Монтажний стіл з контактними площадками, на якому можна збирати  і аналізувати роботу електричної схеми (в центрі екрана);
• Панель деталей, що містить набір електричних елементів (в правій частині екрана);
• «сміттєвий кошик», куди викидають непотрібні деталі та ті, що згоріли (вона розташована в лівому нижньому куті екрана);
• Панель управління програмою з кнопками для виклику допоміжних інструментів (розташована в верхній частині екрана);
• Панель коментарів (в нижній частині екрана);

Монтажний стіл.

Монтажний стіл являє собою набір з 49 контактних площадок, до яких «припаюються» електричні деталі, для збирання різних електричних схем. Кожна деталь може розташовуватись лише між двома найближчими контактними площадками вертикально або горизонтально. До деталей в точках їх з'єднання з контактними площадками, можна підключати щупи вимірювальних приладів. Вибір деталей з набору конструктора і їх «пайка» виконується за допомогою комп’ютерної «мишки». Для цього слід помістити курсор «мишки» на потрібну деталь (курсор прийме вигляд пінцета), потім натиснути ліву кнопку «мишки» і втримуючи її перемістити деталь в потрібне місце монтажного стола. Після звільнення лівої кнопки «мишки», деталь буде встановлена в потрібному місці. Непотрібні і зіпсовані деталі можна видалити зі стола таким же способом.

На столі не можуть бути одночасно розташовані джерела постійного і змінного струму.

Панель деталей конструктора.

В конструкторі можна використати слідуючі деталі:

• Резистор;
• Плавкий запобіжник;
• Конденсатор;
• Котушка індуктивності;
• Монтажний провід;
• Вимикач;
• Елемент живлення;
• Генератор синусоїдальної напруги;
• Лампочка;
• Електронагрівач;
• Реальний провідник;
• Невідома деталь;
• Реостат;
• Конденсатор змінної ємності;

 

Описання функцій кнопок панелі управління

 

1.               «Завантажити схему із файла».  Ця кнопка відкриває вікно з папкою, в якій містяться файли зі схемами, які були збережені раніше командою «Зберегти схему як…». Можна вибрати файл з потрібною схемою і відкрити його стандартним способом, що зумовить появу готової схеми на монтажному столі.
2.               «Зберегти схему як…». Ця кнопка відкриває вікно, в якому необхідно вказати ім’я для зберігаємої схеми. Схема розташована на монтажному столі буде збережена у вказаному файлі. На монтажному столі схема залишиться. В подальшому ця схема може бути викликана на монтажний стіл командою «Загрузить схему из файла».
3.               «Очистити монтажний стіл». Ця кнопка видаляє зібрану на монтажному столі схему.
4.               «Отримати мультиметр». Після натиснення даної кнопки на робочому столі з’являється вимірювальний  прилад «Мультиметр». Можна одночасно мати не більше двох мультиметрів. Видалити  мультиметр можна стандартним способом – «клацнувши» на кнопці в його правому верхньому кутку.
5.               «Отримати осцилограф». Натискання кнопки приводить до появи на робочому столі вимірювального приладу. Прибрати  його можна так само як і мультиметр.
6.               «Показать /спрятать/ окно « Параметры детали ». Ця кнопка показує або ховає вікно «параметри деталі», в якому можна продивлятись і змінювати параметри вибраної на монтажному столі деталі. Вибір деталі здійснюється встановленням на ній курсору «мишка» (він приймає вигляд пінцета) і натискання лівої кнопки «мишки». Вибрана деталь відмічається жовтими мітками. Змінюють параметри деталі вибираючи їх з випадаючого списку. Вікно « Параметри деталі » автоматично з’являється на екрані після подвійного «клацання» лівою кнопкою на деталі.
7.               «Показати /сховати/ вікно « Стан деталі »». Це вікно призначене для налагодження і контролю роботи схеми, що виконується вчителем.
8.               «Довідник з електрики». Дана кнопка відкриває вікно з довідниковими матеріалами.
9.               «Лабораторні роботи». Ця кнопка відкриває вікно з описом набору лабораторних занять.
10.          « Як працювати з програмою?». Ця кнопка відкриває вікно з довідниковою інформацією, що містить описання правил роботи з програмою.
11.          «Калькулятор Windows.». Ця кнопка викликає стандартний калькулятор Windows.
12.          «Про програму». Ця кнопка містить відомості про авторів даної віртуальної лабораторії.
13.          «Вихід із програми». Ця кнопка завершує роботу програми.

 

Хід виконання лабораторного заняття:

 

 1. Згідно з інструкцією збираємо схему послідовного з’єднання резисторів розташувавши всі необхідні елементи на монтажному столі.

1. Підключити вольтметр до окремих ділянок кола і виміряти спад напруги на них. Досліди виконати три рази змінюючи значення живлячої напруги.
2. Підключити амперметр послідовно в коло і виміряти силу струму в ньому.
3. Отримані результати занести в таблицю.
4. Написати лінійну програму мовою С++, підставивши в яку результати вимірювань обчислити опір кожного споживача та загальний опір кола, використовуючи закон Ома, за наступними формулами:

     

5. Перевірити рівність: R =R_Z, де R_Z=R₁+R₂+R₃
6. Дані обчислень занести в таблицю:

 

№ п/п	Виміряно					Обчислено
	Струм в  колі, І,А	Напруга в колі, U, В	Напруга на ділянках, В			Опір споживачів, Ом			Загальний опір, Ом
			U1	U2	U3	R1	R2	R3	R	Rz
1
2
3

 

1. Згідно з інструкцією збираємо схему паралельного з’єднання резисторів розташувавши всі необхідні елементи на монтажному столі:

2. Підключити амперметр до окремих віток кола і виміряти силу струму в них а також силу струму до розгалуження. Досліди виконати три рази змінюючи значення живлячої напруги.
3. Вольтметром виміряти напругу в колі.
4. Отримані результати занести в таблицю.
5. Написати лінійну програму мовою С++, підставивши в яку результати вимірювань обчислити опір кожного споживача та загальний опір кола, використовуючи закон Ома за наступними формулами:

     

6. Перевірити рівність:   R =R_Z,  де  
7. Дані обчислень занести в таблицю

 

№ п/п	Виміряно					Обчислено
	U,В	І,А	І1 ,А	І2 ,А	І3,А	R,Ом	R1,Ом	R2,Ом	R3,Ом	RZ,Ом
1
2
3

8. Перевірити перший закон Кірхгофа: І = І₁ + І₂ + І₃

9. Зробити висновки.

Пояснення викладача інформатики: Хто бажає показати і пояснити виконання цього завдання.

(Студент пояснює виконання завдання через проектор)

 

V. Підсумки уроку:

Викладач електротехніки : Під проведення віртуального лабораторного заняття ви навчились досліджувати кола постійного струму з паралельним з’єднанням резисторів і робити висновки.

Викладач інформатики: Ви помітили, що склавши програму розрахунку законів постійного струму займає лічені хвилини, що явно показує перевагу розв’язування  задач за допомогою комп’ютера і ще раз доводить важливість набуття вмінь і навичок користування ЕОМ для отримання майбутньої професії.

Викладач електротехніки : Під проведення віртуального лабораторного заняття ви навчились досліджувати кола постійного струму з паралельним з’єднанням резисторів і робити висновки, аналізуючи результати дослідів  і розрахунків. Це вам дуже знадобиться в майбутньому, оскільки в теперішній час існує гостра потреба в кваліфікованих спеціалістах, які б змогли правильно знайти оптимальне технічне рішення, враховуючи існуючі умови.

 Всі добре попрацювали, і я думаю, що буде справедливим, якщо всі студенти, які активно відповідали, отримають такі оцінки, враховуючи результати вхідного контролю знань:___________

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

 

Викладач інформатики: Ви помітили, що склавши програму розрахунку законів постійного струму займає лічені хвилини, що явно показує перевагу розв’язування  задач за допомогою комп’ютера і ще раз доводить важливість набуття вмінь і навичок користування ЕОМ для отримання майбутньої професії.

Всі добре попрацювали, і я думаю, що буде справедливим, якщо всі студенти, які активно відповідали, отримають такі оцінки, враховуючи результати вхідного контролю знань:___________

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Дякую всім за заняття, розуміння і співпрацю. Пару закінчено, можете іти, до побачення!