Методична розробка відкритого уроку на тему: «Електрорушійна сила. Закон Ома для повного кола.»

ВІДОКРЕМЛЕНИЙ СТРУКТУРНИЙ ПІДРОЗДІЛ 

«ФАХОВИЙ  КОЛЕДЖ ІНФОРМАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ                НАЦІОНАЛЬНОГО  УНІВЕРСИТЕТУ «ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

МЕТОДИЧНА РОЗРОБКА

 

 

відкритого заняття

«Електрорушійна сила. Закон Ома для повного кола.»

 

 

 

 

Навчальний предмет: фізика і астрономія

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Львів 2024 рік

 

 

Методичну розробку відкритого заняття «Електрорушійна сила. Закон Ома для повного кола.» з предмету «Фізика і астрономія» підготувала  Охремчук Н.Л. – викладач, спеціаліст першої категорії  Відокремленого структурного підрозділу «Фаховий коледж інформаційних технологій Національного університету «Львівська політехніка».

 

      

 

 

В методичній розробці показано методику проведення лекційного заняття, на якому використано інтерактивні методи навчання:, моделювання електричних схем, навчальна гра, робота в групах, робота із заздалегідь запланованими помилками. Містить особистий  досвід  роботи викладача з проблеми поєднання  методів активного навчання з досягненнями в модернізації освітнього процесу на інноваційній основі; методичний матеріал новітнього формату, який розкриває напрямок роботи педагога з інформатизації навчально-виховного процесу та створення якісного освітнього простору.

 

 

Методична розробка може використовуватися викладачами та студентами загальноосвітньої підготовки.

 

 

 

 

 

 

Розглянуто та схвалено на засіданні циклової комісії «Загальноосвітньої природничо-математичної підготовки»

Протокол №____

Голова циклової комісії

_____________ Н.В.Солтис

 

 

Тема заняття: «Електрорушійна сила. Закон Ома для повного кола.»

Тип заняття: засвоєння нових знань

Вид заняття: лекція

Форми проведення: викладення нового матеріалу за допомогою розповіді, пояснення, бесіди та наглядного матеріалу, мультимедійного устаткування.

Мета заняття:

- методична мета - втілення проблемно-пошукового методу навчання в процесі засвоєння знань.

-  навчальна мета - опанування студентами закону Ома для повного кола, і понять зовнішнього та внутрішнього опору, електрорушійної сили, розглянути природу сил, діючих у середині джерела струму, закріпити й поглибити знання студентів під час розрахунків найпростіших електричних кіл.

- розвивальна мета - формування та розвиток пізнавального інтересу студентів,

сприяти розкриттю індивідуальних здібностей студентів, розвивати вміння виділяти головне, актуалізувати, зіставляти набуті знання.

- виховна мета сприяти формуванню світоглядної ідеї пізнаванності явищ і властивостей навколишнього світу, розкрити значення нагромадження фактів та їхнього уточнення при пізнаванності явищ, реалізувати на матеріалах теми екологічне, професійне й моральне виховання.

Міжпредметні зв’язки:  математика, основи електротехніки, теорія електричного зв’язку, основи схемотехніки,  навчальна електромонтажна практика.

Навчально-методичне забезпечення: роздатковий матеріал, опорний конспект, мультимедійна презентація,  classroom.

Обладнання: комп’ютер, проєктор,

ХІД ЗАНЯТТЯ

 1 Організаційний момент: (3 хв)

     Організація групи, перевірка присутніх.

 

 2 Повідомлення теми та мети заняття (2 хв)

 

 3. Актуалізація опорних знань (15 хв)

 

3.1 Опитування вивченого матеріалу у вигляді тестових завдань:

• Що таке електричний струм та які умови його існування ?
• Оберіть правильне формулювання закону Ома для ділянки кола.
• Який фізичний зміст електричної напруги.
•  Від чого залежить електричний опір провідника?
• Як розподіляється сила струму та напруга в провідниках,  з’єднаних послідовно?
•  Як розподіляється сила струму та напруга в провідниках,  з’єднаних паралельно?
• Чому дорівнює спад напруги на ділянці кола?
• Який прилад вимірює силу струму і як вмикають в електричне коло?
• Який прилад вимірює напругу і як вмикають в електричне коло?

4 Мотивація навчальної діяльності студентів. (2 хв)

Ознайомлення з новими поняттями та процесами в електричних колах , які мають досить велике практичне значення в цивілізованому світі: це освітлення, тепло, різні електроприлади. Знання про електричні явища потрібні кожній людині, яку професію вона не обрала б собі в майбутньому.

5.Вивчення і засвоєння студентами нового матеріалу. (40 хв)

5.1 Оголошення плану заняття

1. Електричне коло, внутрішня і зовнішня ділянки кола.
2. Поняття електрорушійної сили джелела струму.
3. Закон Ома для повного кола.
4. Наслідки закону Ома для повного кола.
5. Типи з’єднання джерел струму.
   2.  Пояснення нового матеріалу та написання короткого конспекту лекції.

Найпростіше електричне коло являє собою з’єднані провідниками в певному порядку джерело струму, споживач електричної енергії і замикальний (розмикальний) пристрій. Напрямок струму в колі вважають від позитивного полюса джерела струму до негативного . В умовному позначенні джерела струму довга риска означає позитивний полюс джерела, а коротка – негативний. Для протікання електричним колом струму необхідно, щоб у колі були елементи, які переміщують електричні заряди, збільшуючи їхню енергію.

 

 

 

 

 

 

 

 

Сили, які виконують цю функцію називаються сторонніми силами. За своєю природою сторонні сили можуть бути різноманітні: хімічні, як у електричних батареях і акумуляторах, термоелектричні, як у термопарах, чи зумовлені явищем електромагнітної індукції, як у генераторах електричного струму.

Сторонні сили забезпечують розділення різнойменно заряджених частинок в джерелі (у внутрішньому колі) і підтримують певну різницю потенціалів на полюсах, тим самим зумовлюючи рух зарядів у зовнішньому колі.

У результаті розділення всередині джерела позитивних і негативних зарядів джерело набуває запасу потенціальної енергії, яка витрачається на використання роботи з переміщення зарядів по всьому колу. Тепер можна сказати: ту частину замкненого кола, в якій заряди рухаються під дією електростатичної різниці потенціалів називають зовнішньою, а ту, в якій носії заряду рухаються під дією сторонніх сил - внутрішньою. Полюси джерела струму розділяють внутрішню і зовнішню ділянки кола.

Робота сторонніх сил дорівнює сумі робіт, що виконується по переміщенню заряду на внутрішній і зовнішній ділянці кола. Кожне джерело живлення характеризується своєю електрорушійною силою й внутрішнім опором.

 

Електрорушійна сила-  фізична величина, яка вимірюється роботою, затрачуваною джерелом струму на переміщення одиничного позитивного заряду  у замкнутому колі. Вимірюється в системі СІ у Вольтах. Зазвичай електрорушійна сила скорочується в текстах до ЕРС

Отже, електрорушійну силу джерела можна розлядати як найбільшу енергію, яку воно може в результаті хімічних чи інших процесів передати кожному з розділених зарядів. Якщо ці заряди перебувають у спокої (у випадку розімкненого джерела), то вони мають найбільший запас потенціальної енергії, різниця потенціалів на полюсах джерела максимальна і дорівнює його ЕРС. Якщо джерело замкнути на зовнішнє електричне коло, заряди починають рухатися, набуваючи кінетичної енергіїї.

Джерело струму, як і будь-який провідник, має певний опір, який називають внутрішнім опором джерела і позначають r, на відміну від опору зовнішнього кола R. Джерелом струму називають джерело енергії, струм якого не залежить від опору зовнішнього кола.

 Згідно із законом Ома для однорідної ділянки кола сила струму І на ділянці кола прямо пропорційна прикладеній напрузі U й обернено пропорційна опорові R цієї ділянки. Формулу закону Ома записують і в такому вигляді: U = IR, де добуток IR називають спадом напруги на даній ділянці кола. Для ділянки, що не містить джерела струму, поняття напруги та спаду напруги збігаються.

Відповідно до закону Ома, для зовнішньої та внутрішньої ділянок кола можна записати Uвн = Ir, Uзн = IR. Тоді ε = IR + Ir, сума спадів напруг на зовнішньому і внутрішньому опорах замкнутого кола і  дорівнює ЕРС джерела.

Закон Ома для повного кола: сила струму в замкненому електричному колі прямо пропорційна електрорушійній силі джерела струму й обернено пропорційна сумі зовнішнього і внутрішнього опорів.

Отже, сила струму в колі залежить від трьох величин, дві з яких (ЕРС і внутрішній опір) характеризують джерело, а третя залежить від самого кола. Якщо користуватись певним джерелом електричної енергії, то ε і r можна вважати сталими величинами.

Якщо змінювати опір зовнішнього кола, то відповідно змінюватиметься сила струму І в колі та спад напруги IR на зовнішній частині кола.

- зі збільшенням опору зовнішнього кола, сила струму зменшується, напруга ж зростає.

 - якщо R = ∞ (коло розімкнене), то І = 0, спад напруги всередині джерела відсутній, а напруга на полюсах джерела дорівнює його ЕРС. На цьому ґрунтується наближене вимірювання ЕРС джерела. Вольтметр приєднують до полюсів джерела за умови розімкненого зовнішнього кола. До того ж вольтметр показує спад напруги IR на самому собі. А оскільки опір вольтметра зазвичай дуже великий, тобто R >> r, U = IR ≈ ε. Що більший опір вольтметра порівняно з внутрішнім опором джерела струму, то точнішим буде виміряне значення ЕРС.

- зі зменшенням опору зовнішнього кола сила струму збільшиться, а спад напруги на зовнішньому колі зменшиться.

-коли всі прилади вимкнуті і полюси джерела зєднані провідником, опір якого мізерно малий порівняно з внутрішнім опором самого джерела, то сила струму досягає максимального значення, виникає коротке замикання джерела струму Іmax = Ɛ/r 

Наслідки закону Ома для повного кола:

•             Напруга на полюсах замкнутого джерела струму U = Ɛ - І r .
•             Напруга на полюсах розімкнутого джерела струму U = Ɛ.
•             Коротке замикання джерела струму Іmax = Ɛ/r , тобто джерело дає найбільший струм, який може дати дане джерело (R→0).

Існує три типи з’єднання джерел струму: послідовне, паралельне і змішане.

 

Закон Ома для повного кола з батареєю послідовно з’єднаних однакових джерел струму буде мати вигляд:

При послідовному з’єднанні, позитивний полюс одного джерела з’єднують з негативним полюсом наступного. ЕРС послідовно з’єднаних джерел струму, дорівнює сумі ЕРС кожного з них (ξпосл=ξ1+ξ2+…+ξn), а внутрішній опір відповідної батареї, дорівнює сумі внутрішніх опорів її окремих елементів (rпосл=r1+r2+…+rn). Оскільки на практиці, в батарею джерел струму майже завжди об’єднують однакові джерела струму, то ξпосл=nξ1; rпосл=nr1 де n – число послідовно з’єднаних джерел струму.

Послідовне з’єднання джерел струму застосовують в тих випадках, коли зовнішнє електричне коло розраховане на відносно невеликі струми і має відносно великий опір (R>>r).

Закон Ома для повного кола з батареєю паралельно з’єднаних однакових джерел струму буде мати вигляд:

При паралельному з’єднанні джерел струму їх однойменні полюси з’єднуються в один вузол. При цьому, е.р.с. відповідної батареї дорівнює е.р.с. одного з її складових елементів (звичайно за умови, що ці елементи є однаковими): ξпар=ξ1; а внутрішній опір – зменшується в n разів: r=r1/n, де n – кількість паралельно з’єднаних елементів.

Паралельне з’єднання джерел струму застосовують в тих випадках, коли опір зовнішнього електричного кола відносно малий (R≅r), а це коло розраховано на відносно великі струми.

3.  Демонстрація досліду за допомогою інтерактивного моделювання електричних схем.

 

6. Узагальнення і закріплення вивченого матеріалу.(10 хв)

      - студенти відповідають на питання кросворду;

1. Елемент електричного кола, струм якого не залежить від опору зовнішнього кола.

2. Хімічний вид джерела струму

3. На якій ділянці кола  сторонні сили забезпечують розділення різнойменно заряджених частинок ?

4. Від чого залежить сила струму в повному колі,якщо ε і r вважати сталими величинами. ?

5. Зі зменшенням зовнішнього опору, струм в колі …..

6.Частинка найменшого негативного заряду ?

7. Коли І=0, то це означає що електричне коло ….

8. При короткому замиканні, яка величина досягає мах значення?

      - розв’язують задачі по даній темі лекції.

1. Задача При підключенні лампочки до батареї елементів із ЕРС 4,5 В вольтметр показав напругу на лампочці 4 В, а амперметр силу струму 0,25 А. Який внутрішній опір батареї?

Задача 2. До  джерела струму з ЕРС 5 В і внутрішнім опором 0,5 Ом підключено лампу з опором 12 Ом. Визначте напругу на лампі

Задача 3. Джерело стру з ЕРС 60 В і внутрішнім опором 2 Ом підключили до ділянки кола, що складається з двох послідовно з’єднаних резисторів. Сила струму в колі становить 2 А, опір одного з резисторів 20 Ом. Знайдіть опір іншого резистора.

7. Підведення підсумків роботи:( 5 хв)

 Аналіз роботи студентів та виставлення оцінок.

8. Повідомлення домашнього завдання. ( 3 хв)

 Вивчити конспект і опрацювати параграф 10, вправа 10 задача 1,2 з підручника Бар’яхтар В.Г., Ф.Я. Божинова Фізика 11 клас.

 

Викладач   Наталія ОХРЕМЧУК

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Чому ми стверджуємо, що в будь якому джерелі струму діють певні неелектричні (не кулонівські) сили?

2. Чим схожі і чим відрізняються електрична напруга та ЕРС джерела струму?

3. Які причинно-наслідкові звязки існують між ЕРС, напругою та силою струму?

4. Від чого залежить вихідна напруга джерела струму?

5. За яких умов вихідна напруга джерела струму дорівнює нулю.

6. В яких ситуаціях джерела струму зєднують послідовно, в яких паралельно?

7. Чи може конденсатор бути джерелом струму?