МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ВІДОКРЕМЛЕНИЙ СТРУКТУРНИЙ ПІДРОЗДІЛ

«КОСТЯНТИНІВСЬКИЙ ІНДУСТРІАЛЬНИЙ ФАХОВИЙ КОЛЕДЖ

ДЕРЖАВНОГО ВИЩОГО НАВЧАЛЬНОГО ЗАКЛАДУ

«ДОНЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ»

 

Циклова комісія електротехнічних дисциплін

 

 

 

 

 

 

МЕТОДИЧНА РОЗРОБКА

 

 

відкритого заняття

 

ДОСЛІДЖЕННЯ ЕЛЕКТРИЧНОГО КОЛА ПОСТІЙНОГО СТРУМУ З ПОСЛІДОВНИМ ТА ПАРАЛЕЛЬНИМ З’ЄДНАННЯМ РЕЗИСТОРІВ

лабораторна робота

з дисципліни «ТЕОРЕТИЧНІ ОСНОВИ ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ»

на персональному комп'ютері за допомогою

програми «Electronics Workbench 5.12»

 

 

 

Напрям підготовки         14 «Електрична інженерія»

Спеціальність                  141 «Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка»

 

 

 

 

 

 

 

м. Луцьк, 2023

Методичну розробку відкритого заняття з дисципліни «ТЕОРЕТИЧНІ ОСНОВИ ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ» підготував Астапов С.В., викладач електротехнічних дисциплін відокремленого структурного підрозділу Костянтинівського індустріального фахового коледжу Державного вищого навчального закладу «Донецький національний технічний університет», 2023.

 

 

 

Викладено методику проведення лабораторного заняття із застосуванням інтерактивних методів навчання. При виконанні лабораторної роботи використовуються комп’ютерні технології.

 

 

 

 

 

 

 

Для викладачів електротехнічних дисциплін закладів фахової передвищої освіти.

 

 

 

 

Рецензент:

 

 

 

 

 

 

 

 

Розглянуто та схвалено на засіданні циклової комісії електротехнічних дисциплін ВСП КІФК ДВНЗ ДонНТУ

Протокол № 2  від "31" __08___ 2023 року

 

 

ЗМІСТ

 

 

Передмова………………………………………………………………………… План заняття……………………………………………………………………… Зміст і хід заняття Організаційна частина………………………………………………………… Ознайомлення здобувачів освіти з темою, метою та планом заняття…….. Актуалізація опорних знань………………………………………………….. Мотивація навчання…………………………………………………………... Інструктаж щодо виконання роботи з техніки безпеки……………………. Ознайомлення здобувачів освіти з комп’ютерною програмою  «Electronics Workbench 5.12»………………………………………………... Виконання лабораторної роботи…………………………………………….. Підсумки заняття……………………………………………………………… Домашнє завдання……………………………………………………………. Додаток А. Питання для групи…………………………………………………. Додаток Б. Презентація здобувача освіти ……………………..……………… Додаток В. Комп’ютерна програма «ElectronicsWorkbench 5.12»…………… Додаток Д. Інструкція до лабораторної роботи № 2…………………………...

4 7   9 9 12 13 14   15 20 20 22 23 24 25 26

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ПЕРЕДМОВА

 

 

Підвищений інтерес до моделювання електричних схем, який зростає сьогодні в усьому світі особливо з використанням Інтернет - технологій, має об'єктивну основу. Розвиток мережі Інтернет відкриває нові перспективи розвитку, при яких здобувачам освіти забезпечуються цілий ряд додаткових можливостей, що виникли в зв'язку з розвитком сучасних інформаційних технологій. Тобто існує реальна можливість вчитися в індивідуальному режимі незалежно від місця і часу. Для цих цілей розробляються різні комп'ютерні навчальні матеріали у вигляді електронних підручників, засобів тестування, комп'ютерних навчальних програм і т.п., які дозволяють автоматизувати теоретичну підготовку здобувача освіти, який вивчає дисципліну.

Сучасна підготовка грамотного спеціаліста вимагає вдосконалення форм, методів і технологій навчання. Конкурентоспроможний фахівець повинен володіти індивідуальними властивостями, а також вміти працювати в команді однодумців.

При підготовці здобувача освіти важливу роль в освоєнні технічних наук грає лабораторний практикум, метою якого є експериментальна перевірка теоретичних положень, формування практичних умінь і навичок роботи з реальними фізичними об'єктами і обладнанням, а також прищеплення навичок експериментальних досліджень і обробки отриманих результатів.

Аналіз останніх досліджень і публікацій показує, що в даний час в Україні ведеться активна розробка і впровадження віртуальних лабораторій в освітній процес.

Прикладом універсальної лабораторії дійсно є комп'ютерна лабораторія  Electronics Workbench 5.12, в можливості якої закладено використання в одному експерименті явищ різної природи.

У даній методичній розробці запропоновано методику проведення лабораторного заняття «Дослідження електричного кола постійного струму з послідовним та паралельним з’єднанням резисторів» із застосуванням інтерактивних методів навчання. Обрана тема є актуальною і має професійний інтерес. Під час виконання лабораторної роботи здобувачі освіти вчаться складати електричні принципові схеми, аналізувати дослідження, проводити необхідні розрахунки електричного кола постійного струму. Всі ці знання і навички, набуті під час виконання лабораторної роботи, знайдуть відображення при вивченні інших дисциплін електротехнічного циклу, курсового проєктування та в професійній діяльності фахівців – електриків.

З метою формування професійних навичок мотивація навчання відбувається дослідницьким методом із застосуванням комп’ютерного обладнання.

Проведення лабораторних робіт з курсу «Теоретичні основи електротехніки» за допомогою віртуальної комп'ютерної лабораторії  «Electronics  Workbench 5.12» знайомить студентів з реальними елементами електричних кіл, з сучасними вимірювальними приладами, дає навички складання найпростіших схем і проведення вимірювань. З точки зору практичного засвоєння курсу – це найбільш оптимальний варіант.

Розвиток відповідного програмного забезпечення комп'ютерів дозволяє моделювати будь-які електронні пристрої, проводити вимірювання, а так само за допомогою чисельних методів розрахунку досліджувати досить складні моделі, при цьому точність отриманих результатів наближається до точності експериментальних досліджень на реальних об'єктах. Причому, з точки зору складання електричних кіл і підключення вимірювальних приладів немає різниці між реальними і віртуальними елементами і пристроями. У віртуальному середовищі можна встановлювати будь-які параметри елементів для отримання повної схожості їх з характеристиками реальних елементів. Це відкриває широкі перспективи використання електронно-віртуальних лабораторій, в яких немає небезпеки ні для здобувачів освіти ні для обладнання та приладів.

Слід враховувати і те, що відкрите заняття може бути і як засіб пропаганди передового досвіду, який вже сформувався, і як засіб пропаганди шляхів практичного застосування досягнень педагогічної науки. Мова йде про проведення такого практичного застосування, яке ще не увійшло у повсякденну педагогічну діяльність.

Конкурентоспроможність України на світовому ринку все більше залежить від розвитку галузей, в основі яких лежать нові знання, та від перспективного людського капіталу, який здатний підвищити інноваційно-інтелектуальний потенціал країни.

Методична розробка може стати у нагоді викладачам електротехнічних дисциплін закладів фахової передвищої освіти, які працюють у групах підготовки фахівців освітньо-кваліфікаційного рівня фаховий молодший бакалавр спеціальності 141 Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

П Л А Н    З А Н Я Т Т Я

 

Тема заняття: Дослідження електричного кола постійного струму з послідовним та паралельним з’єднанням резисторів.

Мета заняття:

методична – вдосконалення методики проведення лабораторного заняття із застосуванням інтерактивних методів навчання;

дидактична – сприяння розширенню, поглибленню та деталізації знань здобувачів освіти з дослідження електричних кіл постійного струму; відпрацювання навичок роботи з інструкціями, довідниковою літературою;формування умінь професійно складати електричні схеми із застосуванням сучасної обчислювальної техніки; спонукати до формування навичок аналізу отриманих розрахункових даних;

виховна – прищеплювати повагу до творчої праці, обраного фаху; виховувати навички співпраці, організаторські та професійні здібності, навички публічного виступу. Сприяти формуванню і розвитку технологічної культури, акуратності, дбайливого відношення до устаткування. Виховувати ініціативу і самостійність в трудовій діяльності, бажання раціоналізувати технологічний процес.

Вид заняття: лабораторна робота з використанням сучасних інтерактивних методів та технологій для дистанційної форми навчання.

Форми і методи проведення заняття: самоперевірка, дослідницький метод, виконання завдання із застосуванням комп’ютерних технологій, робота малими групами, розв’язування завдань, фронтальне опитування.

Міждисциплінарні зв’язки:

забезпечуючі: «Математика», «Фізика», «Інформатика», «Інженерна та комп’ютерна графіка», «Комп’ютерна техніка та програмування»;

забезпечувані: «Основи промислової електроніки, мікропроцесорної техніки та автоматики»; «Електричні машини», «Системи керування електроприводами», «Електропостачання підприємств і цивільних споруд», «Електроустаткування промислових підприємств та цивільних споруд», курсове проєктування.

Методичне та технічне забезпечення: інструкція до виконання лабораторної  роботи, інструкції з техніки безпеки, програмне забезпечення, використанням Meet - засобу для відеозв’язку, мультимедійна презентація структурованого навчального матеріалу в програмі PowerPoint,  комп’ютери, Інтернет зв'язок, веб – камера, сайт дистанційного навчання коледжу створеного в хмарному середовище на платформі Google Saite.

1.     Теоретичні основи електротехніки: Підручник: В.С. Бойко, В.В. Бойко, Ю.Ф. Видолюб та ін.; - К.: ІВЦ «Видавництво «Політехніка», 2004. – Т1. – 272 с.: іл.
2.     Теоретичні основи електротехніки. Електричні кола: навчальний посібник/ В.С. Маляр. – Львів: Видавництво Львівської політехніки, 2012. –312 с.: іл.
3.     ElectronicsWorkbench 5.12 – Програма для складання і дослідження електричних кіл.

Допоміжна

4. Збірник задач з електротехніки: В.Ф. Болюх, К.В. Коритченко, В.С. Марков та ін.; – Харків: НТУ «ХПІ», 2021. – 196 с.
5. Теоретичні основи електротехніки. Ч1: Конспект лекцій/ Карпов Ю.О., Магас Т.Є., Мадьяров В.Г. – Вінниця: ВНТУ, 2004. – 154 с.
6. Методичні рекомендації щодо проведення відкритого заняття. Підготували Зайцев О.П., голова Ради директорів вищих навчальних закладів 1-2 рівнів акредитації Донецької області, директор Донецького гірничого обласного базового технікуму ім. Е.Т.Абакумова; Рижикова І.В., старший методист Донецького гірничого обласного базового технікуму ім. Е.Т.Абакумова – Донецьк, 2006. – 44 с.
7. НІКУЛІНА А.С., СІЛАЄВА І.Є., ШЕВЧУК С.С. Сучасний урок в професійній школі:  проектування,  організація,  аналіз:  Методичний  посібник. –  Донецьк: ДІПО ІПП. – 2008. – 160 с.

 

 

ЗМІСТ І ХІД ЗАНЯТТЯ

СЛАЙДОВА ПРЕЗЕНТАЦІЯ

1. Організаційна частина. 3  хв.

Викладач вітає здобувачів освіти, перевіряє їх присутність на занятті, підготовку до роботи: наявність матеріалів методичного забезпечення, тощо.

Про роботу під час повітряної тривоги.

Учасники освітнього процесу повинні заздалегідь:

- бути ознайомлені з місцем розташування споруд цивільного захисту, інших безпечних місць, що можуть використовуватись як укриття та є найближчими до помешкання, а також правилами поведінки під час евакуації та укриття в захисних спорудах;

- вміти виконувати заходи, які передбачені на випадок отримання сигналу;

- учасники освітнього процесу повинні організовано прослідувати до споруд цивільного захисту та перебувати в них до завершення тривоги.

 

Порядок дій здобувачів освіти при отриманні сигналу «Увага всім! Повітряна тривога» під час дистанційної форми навчання.

 

1. У разі надходження сигналу «Повітряна тривога» уважно слухайте та чітко виконуйте вказівки викладача.

2. Швидко та без паніки вийти з онлайн-конференції та вимкнути комп’ютер.

3. Вимкнути світло та за можливості електроприлади.

4. Перейти в укриття або інше безпечне місце у помешканні чи біля нього, яке визначене родиною, подалі від вікон та з дотриманням «правила двох стін».

5. Після команди «Відбій повітряної тривоги» вийти з укриття та повернутися до освітнього процесу за розкладом занять.

 

2.Ознайомлення здобувачів освіти з темою, метою та планом заняття.5 хв.

Викладач повідомляє студентам тему та мету лабораторної роботи.

Слово викладача.

Сьогодні у нас лабораторна робота № 2. Тема роботи: «Дослідження електричного кола постійного струму з послідовним та паралельним                          з’єднанням резисторів».

Метою лабораторної роботи є ознайомлення з поняттям опору і методом визначення еквівалентного опору електричного кола. Придбати навички з’єднання елементів та вимірювальних приладів електричного кола використовуючи комп’ютерну програму «Electronics Workbench 5.12». Впевнитись у справедливості положень послідовного та паралельного з’єднання резисторів. Визначити потужність резисторів при послідовному та паралельному з’єднанні.

План заняття

1. Ознайомлення з комп’ютерною програмою «Electronics Workbench 5.12».
2. Набути навички складання електричного кола.
3. Проаналізувати роботу електричного кола та зафіксувати показання вимірювальних приладів.
4. Провести розрахунки основних параметрів електричного кола.
5. Надати відповіді на контрольні питання.
6. Оформити та здати звіт з лабораторної роботи на перевірку.
7. Підсумки заняття.
8. Домашнє завдання.

Слово викладача:

 Наша лабораторна робота буде проходити під девізом:

Те, що я чую, я забуваю.

Те, що я бачу, я пам’ятаю.

Те, що я роблю, я розумію.

Коли я чую, бачу, обговорюю й роблю,

Я набуваю знань і навичок.

                                               (Конфуцій)

 

При проведенні лабораторної роботи ми будемо працювати як індивідуально, так і малими групами. Така форма заняття допоможе вам розкрити свій творчий потенціал та сприятиме розвитку колективного мислення. Ці якості вам стануть у нагоді в подальшій професійній діяльності.

 

Критерії оцінювання роботи здобувачів освіти

 

Кількість набраних балів протягом заняття	Рівень знань і вмінь, що виявив здобувач освіти, при виконанні різних видів роботи	Оцінка роботи на занятті
25-20	Здобувач освіти ґрунтовно і повно усвідомлює матеріал, під час виконання різних вправ; виконує їх без порушення норм ЄСКД; вміє працювати над колективними завданнями, дотримується норм культури; послідовно і аргументовано висловлює свої думки, відповідно до певної ситуації	Оцінка «відмінно»
15 – 19	Здобувач освіти в основному володіє матеріалом, але при виконанні завдань не дотримується норм ЄСКД, допускаючи незначні помилки; вміє працювати над виконанням колективних завдань; дотримується норм культури; в цілому власні думки висловлює точно.	Оцінка «добре»
10 – 14	Здобувач освіти виявляє задовільний рівень засвоєння матеріалу; при виконанні завдань мають місце порушення норм ЄСКД; у колективній роботі активності не виявляє, хоча завдання в цілому виконує; власні думки аргументує недостатньо.	Оцінка «задовільно»
Менше 10 балів	Здобувач освіти порушує норми ЄСКД при виконанні завдань; не виявляє необхідного рівня засвоєння матеріалу; у колективній роботі займає пасивну позицію.	Оцінка «незадовільно»

Рейтингова таблиця участі здобувачів освіти у роботі на занятті

№ з/п	П.І.Б. здобувача освіти	Виконання до аудиторної підготовки	Складання ел. кола	Розрахунок основних параметрів ел. кола	Відповіді на контрольні питання	Оформлення та здача звіту лабораторної роботи	Кількість набраних балів	Оцінка роботи на занятті
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25

 

3. Актуалізація опорних знань.10 хв.

Проведення контролю з метою з’ясування готовності здобувачів освіти до лабораторної  роботи.

Слово викладача:

Шановні здобувачі освіти! Ми закінчили вивчення розділу «Електричні кола постійного струму». За допомогою ТЗН я задаю Вам питання, а Ви в свою чергу обдумуєте це запитання і надасте правильну відповідь. Пригадайте, будь ласка, основні поняття та визначення. Час опитування – 10 хвилин. Максимальний бал – 5 балів.

Під час опитування я перевірю вашу доаудиторну самопідготовку до лабораторної роботи.

Питання для групи

 

1. Надати визначення Електричному струму? (Направлений рух заряджених частинок).
2. Назвіть одиницю Сили струму? (1 А).
3. Яким електровимірювальним приладом вимірюють Силу струму? (амперметром включеним послідовно).
4. Чому дорівнює Один 1 кОм?  (1000 Ом)
5. За якою формулою розраховують опір провідника?   (R = ρ ·l / S).
6. За якою формулою розраховують потужність електричного кола? (Р = I·U).
7. Назвіть одиницю виміру потужності? (1 Вт).
8. Яким електровимірювальним приладом вимірюють потужність? (Ватметр).
9. Чому дорівнює 1 мА?  (0,001 А).
10.  При якому з’єднанні сила струму в усіх споживачах буде однакова? (послідовному з'єднанні)
11.   Що  відбувається з опором при збільшенні довжини провідника? (збільшується).
12.   Чому дорівнює загальна напруга при послідовному з'єднанні провідників? (сумі напруг на окремих провідниках).

13. В яких одиницях вимірюється Електричний опір?  (1 Ом).

14. Як формулюється Закон Ома для ділянки кола?  (I = U / R).

15. Яка одиниця виміру Електрорушийної сили (ЕРС)? (1 В).

16. Від яких фізичних властивостей залежить Електричний опір?

 (залежить від роду матеріалу з якого зроблено провідник, від його довжини та площі перерізу провідника).

17. При якому з’єднанні всі провідники будуть знаходитися під однією напругою? (паралельному з'єднанні).

18. Яким електровимірювальним приладом вимірюють електричну напругу? (вольтметром з великим опором, який включають у електричне коло паралельно).

19. Чому дорівнює сила струму в нерозгалуженій частині кола при паралельному з'єднанні?  (сумі сил струмів в розгалуженнях).

20. При паралельному з'єднанні сила струму менше в тому провіднику, де опір буде …..?  (більше).

(Всі питання висвітлюються на презентаційному екрані.  Додаток А). Викладач оцінює відповіді здобувачів освіти.

 

Слово викладача.  А зараз ми закріплемо знання, які отримали під час лекційного  заняття вивчаючи тему «Електричний опір». Для цього пропоную переглянути презентацію.

(Виступ здобувача освіти який підготував презентацію. Додаток Б).

 

4. Мотивація навчання                                                                                         2 хв.

Слово викладача.

Навички здобуті на сьогоднішньому занятті стануть вам у нагоді. Вам необхідно буде розраховувати опори, струми, потужності приймачів. І ці знання є необхідною базою для подальшого вивчення електротехнічних дисциплін, а також необхідні при виконанні курсового проєкту. І, звичайно, в процесі вашої трудової діяльності ці знання та навички вам будуть потрібні, як майбутнім спеціалістам – електрикам.

Теоретичні основи електротехніки – дисципліна, що займається питаннями розрахунку та вивчення явищ, які характеризуються поняттями електричних струмів, напруг, потужностей, тощо.

Ви обрали для себе професію – електрик. Після закінчення коледжу Ви будете працювати на різних ділянках енергетичних підприємств, на яких відбуваються процеси виробництва, передачі, розподілу електроенергії і де саме застосовуються основні закони електротехніки і їх розрахунок.

У такий складний період дуже важливо шукати нові технологічні рішення, які зможуть забезпечити безперервне, надійне й ефективне постачання електроенергії, створювати власні та вивчати успішні кейси інших держав.

Проте після війни на нашу державу чекає масштабна реконструкція. Тож попри всі труднощі маємо шанс відбудуватися та стати кращими й сильнішими, ніж були до повномасштабного вторгнення.

Після Перемоги ми заходимося відбудовувати українські міста, надалі зміцнювати нашу оборону й відновлювати повноцінне мирне життя на звільнених територіях. А рушіями відновлення та зміцнення країни стануть представники технічних професій.

Зараз Україна проходить нелегкий період своєї історії. Жителям країни доведеться відбудувати зруйноване та закласти надійний фундамент для майбутнього країни. При будівництві як невеликих приватних будинків, так і великих промислових об'єктів, не обійтися без потужних та надійних електропристроїв, не обійтися без розрахунку потужностей електроприймачів, не обійтися без створення надійного захисту від дії електричного струму і т.д.

 

5. Інструктаж щодо виконання роботи з техніки безпеки.                      2 хв.

 

Слово викладача.

Увага! Під час досліду необхідно бути уважними та дотримуватися всіх вимог та правил пов’язаних зі складанням електричних кіл, які знаходяться під напругою.

При складанні будь-якого електричного кола за заданою схемою завжди бажано задовольнити наступні потреби:

– використовувати з’єднальні провідники найменшої довжини;

– зібране коло повинно бути легко перевіряємо на присутність помилок;

– вимірювальні прилади повинні бути розташовані таким чином, щоб забезпечувати достовірність зчитування їх показань.

 У відповідності з цими потребами, складання електричних схем бажано виконувати у такій послідовності:

 – вивчити складаєму електричну схему і визначити місце знаходження усіх її елементів на робочому місці;

– якщо це потрібно, то переглянути розташування елементів досліджуємого кола на робочому місці таким чином, щоб між ними була мінімальна відстань, а з’єднальні провідники, за можливості, не перехрещували інші елементи схеми.

 При складанні нерозгалужених електричних кіл краще спочатку скласти послідовне коло проходження струму, а потім підключити недостаючи прилади та елементи.

Після того, як схема зібрана, викладач робить перевірку зібраної схеми на відсутність помилок і дає дозвіл на виконання роботи.

Перше вмикання зібраного кола до мережі живлення виконується сумісно з викладачем. Послідовні включення кола виконуються здобувачами освіти самостійно.

При кожному вмиканні кола під напругу треба стежити за показаннями усіх вимірювальних приладів. Якщо показання приладу вийшли за межу виміру, то коло необхідно негайно відімкнути від мережі і ліквідувати причину перевантаження.

Зчитування показань приладів при дослідженні та їх запису у звіт робиться за командою викладача.

При появі ознак ненормальної роботи схеми, необхідно вимкнути вимикач, який подає напругу живлення на схему, та повідомити про це викладача.

Після закінчення виконання роботи необхідно, не розбираючи кола, показати результати вимірювань викладачу.

 

 

 

6. Ознайомлення здобувачів освіти з комп’ютерною програмою

 «ElectronicsWorkbench 5.12».10 хв.

 

Слово викладача.

Шановні здобувачі освіти, заздалегідь Ви отримали інструктивно-методичні матеріали до лабораторної роботи, а також інструкцію з роботою у просторі комп’ютерної програми «ElectronicsWorkbench 5.12». Зараз, я нагадаю вам основні етапи роботи з програмою (Додаток В).

1. Призначення програми

Програма Electronics Workbench 5.12 призначена для моделювання та аналізу роботи електричних і електронних схем як на постійному, так і змінному струмі.

Вид робочого вікна програми, що з'являється після її завантаження, показаний на рисунку 1.

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1 – Вид робочого вікна програми ElectronicsWorkbench 5.12

 

2.  Команди меню

Команди меню відображаються в робочому вікні програми у верхній його частині у вигляді рядка меню (рисунок 2).

 

 

 

Рисунок 2 – Строка меню ElectronicsWorkbench 5.12

Меню EDIT.

Меню EDIT дозволяє виконувати команди редагування схем і копіювання екрана.

1. Cut - стирання (вирізання) виділеної частини схеми зі збереженням її в буфері обміну. Виділення одного компонента робиться клацанням миші на зображенні компонента. Для виділення частини схеми, або декількох компонентів необхідно поставити курсор миші в лівий кут уявного прямокутника, що охоплює частину яку необхідно видалити, натиснути ліву кнопку миші і, не відпускаючи її, протягнути курсор задіагоналлю цього прямокутника, контури якого з'являються на початку руху миші, і потім відпустити кнопку. Виділені компоненти фарбуються в червоний колір.

2. Copy - копіювання виділеної частини схеми в буфер обміну.

3. Paste - вставка вмісту буфера обміну на робоче поле програми. Оскільки в EWB немає можливості поміщати імпортоване зображення схеми або її фрагмента в точно вказане місце, то безпосередньо після вставки, коли зображення ще є відзначеним (виділено червоним) і може виявитися накладеним на створювану схему, його можна перемістити в потрібне місце клавішами курсору або мишею. Таким чином потрапляють і попередньо виділені фрагменти вже наявної на робочому полі схеми.

4. Delete - стирання виділеної частини схеми.

5. SelectAll - виділення всієї схеми.

Меню Circuit.

Меню Circuit використовується при підготовці схем, а також для завдання параметрів моделювання.

1. Rotate - обертання виділеного компонента на 900.

2. Flip Horizontal - повернути елемент за горизонталлю.

3. Flip Vertical - повернути елемент завертикаллю.

4. ComponentProperties - установка параметрів елемента.

5. Zoom In - збільшення зображення елементу.

6. Zoom Out - зменшення зображення елементу.

7. Schematic Options - позначення елемента в схемі.

Меню Analysis.

Команди меню Analysis призначені для аналізу та управління процесом дослідження зібраної схеми.

1. Activat - запуск моделювання.

2. Pause - переривання моделювання.

3. Stop - зупинка моделювання. Ця і попередня команда можуть бути виконані також натисканням кнопок, розташованих в правому верхньому куті екрану.

4. Analysis Options - установка режимів моделювання.

5. DC Operating Point - постійний струм.

 

3. Робота з програмою

Вибір елементів схеми

Необхідні для складання схеми елементи, а також контрольно-вимірювальні прилади вибирають з панелі компонентів (рисунок 3) натисканням лівої кнопки миші.

 

 

Рисунок 3 –  Панель компонентів

 

Панель компонентів складається з піктограм групи компонентів. Клацанням миші на одній з піктограм, розташованих на панелі, можна відкрити доступ до компонентів, що входять в групу.

Елемент з обраної групи вибирають і переміщують в робоче вікно мишею.

Умовні графічні позначення елементів, приладів і джерел живлення, що застосовуються в програмі Electronics Workbench і використовуються в розглянутих лабораторних роботах.

 

Зборка схеми.

Розміщення в робочому вікні елементи необхідно «поєднати» між собою відповідно до досліджуваної електричної схемою.

З'єднання елементів схеми провідниками виконується за допомогою миші. Для цього покажчик миші підводять до затиску з’єднуємого елементу. При цьому на виводі елемента з'являється чорна крапка.

При натиснутій лівій кнопці миші її покажчик слід перемістити до затиску елементу, який потрібно приєднати, до появи на цьому затиску чорної крапки. Після відпускання кнопки миші затиски елементів з'єднаються провідником (суцільна чорна лінія).

Для здійснення повороту елемента необхідно виділити його червоним кольором (одне натискання лівої кнопки миші).

Потім з меню Circuit викликати команду Rotate і натиснути ліву кнопку миші.

Точна установка елемента на місце здійснюється виділенням його лівою кнопкою миші і переміщенням при натиснутій лівій кнопці.

Видалення виділеного компонента здійснюється командою Delete.

 

Установка значень параметрів елементів схеми.

Для установки значень параметрів елементів схеми необхідно встановити покажчик миші на відповідний елемент схеми і двічі натиснути ліву кнопку, при цьому на екрані з'явиться вікно елемента (наприклад, резистор); за допомогою клавіатури або миші вибрати параметр у відповідному вікні; після вибору параметра необхідно натиснути клавішу вікна елемента ОК.

 

Включення схеми.

Для включення зібраної схеми слід мишею встановити покажчик миші на піктограму (вимикач), розташовану в правому верхньому куті над робочим вікном, і один раз натиснути ліву кнопку.

Пауза в роботі схеми забезпечується натисканням кнопки Pause, розташованої нижче вимикача. Повторне натискання кнопки Pause відновлює роботу схеми.

 

 

Завершення роботи з програмою.

Зупинка процесу моделювання проводиться натисненням кнопки, розташованої в правому верхньому куті екрану.

Для завершення роботи з програмою Electronics Workbench в меню команд File вибрати команду Exit і у виниклому вікні діалогу відповісти «Ні».

 

7. Виконання лабораторної роботи.   30 хв.

Слово викладача.

Починаємо виконувати лабораторну роботу згідно інструкції. Під час виконання першої частини лабораторної роботи (електричної схеми послідовного з’єднання резисторів) ми скористаємося демонстрацією екрану здобувача освіти. Електричну схему будемо складати поетапно, уважно слідкуючи за екраном.

(Після закінчення модулювання схеми і перевірки її роботи, всі показання вимірювальних приладів заносяться до відповідної таблиці № 1).

Наступним етапом проводяться відповідні розрахунки за допомогою демонстрації екрану одного зі здобувачів освіти. Результати розрахунку заносяться до таблиці № 1.

Слово викладача.

Під час виконання другої частини лабораторної роботи (електричної схеми паралельного з’єднання резисторів) використовуємо демонстрацію екрану іншого здобувача освіти.

(Після закінчення модулювання схеми і перевірки її роботи, всі показання вимірювальних приладів заносяться до відповідної таблиці № 2).

Потім проводяться відповідні розрахунки за допомогою демонстрації екрану одного зі здобувачів освіти. Результати розрахунку заносяться до таблиці № 2.

 

8. Підсумки заняття.      10 хв.

Слово викладача.

Основна робота виконана. Підведемо підсумки заняття.

Я вважаю, що ми досягли поставленої мети, оскільки кожен з вас виконав розрахунок електротехнічних параметрів електричних кіл при послідовному та паралельному з’єднанні резисторів.

 Вам необхідно завершити оформлення Звіту з лабораторної роботи, надати відповіді на контрольні питання лабораторної роботи та переслати роботу на перевірку.

  Контрольні питання

        1. Яке з’єднання опорів називається послідовним?

        2. Перелічити основні властивості послідовного з’єднання опорів.

        3. Яке з’єднання називається паралельним?

        4. Перелічити основні властивості паралельного з’єднання опорів.

       5. Записати формули визначення еквівалентного опору при 2, 3 і більше 

паралельно з’єднаних опорів.

А для закріплення знань, я пропоную вам перегляд відеоролика.

Викладач фіксує оцінки та висловлює свою точку зору.

Лабораторні заняття не лише закріплюють теоретичні знання, а й дають змогу глибоко вивчати меха­нізм застосування цих знань, оволодівати важливим для фахівця умінням інтелектуального проникнення у ті при­родно-технічні або виробничі процеси, які досліджуються на лабораторному занятті. Під впливом цієї форми занять часто виникають нові ідеї наукового і технічного характеру, які використовуються у курсових роботах на інших заняттях електротехнічного циклу. Лабораторні заняття значною мірою забезпечують відпрацювання вмінь і навичок прий­няття практичних рішень у реальних умовах виробництва. Під час виконання лабораторних робіт відбувається формування відповідних умінь і навичок роботи з вимірю­вальною апаратурою, розрахунки окремих вузлів і проце­сів, формування окремих технологічних умінь і навичок, необхідних фахівцю у сфері виробництва.

 

 

 

9. Домашнє завдання.   1 хв.

 

Викладач пропонує здобувачам освіти записати домашнє завдання.

Повторити теоретичний матеріал теми «Розрахунок електричних кіл методом еквівалентних опорів».

Підготуватися до наступної лабораторної роботи № 3 «Дослідження електричного кола постійного струму при змішаному з’єднанні конденсаторів».

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ДОДАТОК А

ПИТАННЯ ДЛЯ ГРУПИ

 

 

1.     Надати визначення Електричному струму? (Направлений рух заряджених частинок).
2.     Назвіть одиницю Сили струму? (1 А).
3.     Яким електровимірювальним приладом вимірюють Силу струму? (амперметром включеним послідовно).
4.     Чому дорівнює Один 1 кОм?  (1000 Ом)
5.     За якою формулою розраховують опір провідника?   (R = ρ ·l / S).
6.     За якою формулою розраховують потужність електричного кола? (Р = I·U).
7.     Назвіть одиницю виміру потужності? (1 Вт).
8.     Яким електровимірювальним приладом вимірюють потужність? (Ватметр).
9.     Чому дорівнює 1 мА?  (0,001 А).
10.  При якому з’єднанні сила струму в усіх споживачах буде однакова? (послідовному з'єднанні)
11.   Що  відбувається з опором при збільшенні довжини провідника? (збільшується).
12.   Чому дорівнює загальна напруга при послідовному з'єднанні провідників? (сумі напруг на окремих провідниках).

13. В яких одиницях вимірюється Електричний опір?  (1 Ом).

14. Як формулюється Закон Ома для ділянки кола?  (I = U / R).

15. Яка одиниця виміру Електрорушийної сили (ЕРС)? (1 В).

16. Від яких фізичних властивостей залежить Електричний опір?

 (залежить від роду матеріалу з якого зроблено провідник, від його довжини та площі перерізу провідника).

17. При якому з’єднанні всі провідники будуть знаходитися під однією напругою? (паралельному з'єднанні).

18. Яким електровимірювальним приладом вимірюють електричну напругу? (вольтметром з великим опором, який включають у електричне коло паралельно).

19. Чому дорівнює сила струму в нерозгалуженій частині кола при паралельному з'єднанні?  (сумі сил струмів в розгалуженнях).

20. При паралельному з'єднанні сила струму менше в тому провіднику, де опір буде …..?  (більше).

 

 

 

ДОДАТОК Б

Презентація здобувача освіти на тему «РЕЗИСТОРИ»

 

 

 

 

 

 

 

ДОДАТОК В

Комп’ютерна програма «ElectronicsWorkbench 5.12»

 

Вид робочого вікна програми, що з'являється після її завантаження

 

Команди меню відображаються в робочому вікні програми у верхній його частині

 

Панель компонентів та контрольно-вимірювальні прилади

(вибирають натисканням лівої кнопки миші).

 

 

 

 

ДОДАТОК Д

 

Інструкція до лабораторної роботи № 2

 

Тема роботи: Дослідження електричного кола постійного струму з послідовним та паралельним  з’єднанням резисторів.

Мета роботи:Ознайомитися з поняттям опору і методом визначення еквівалентного опору електричного кола. Придбати навички з’єднання елементів та вимірювальних приладів електричного кола використовуючи комп’ютерну програму «ElectronicsWorkbench 5.12». Впевнитись у справедливості положень послідовного та паралельного з’єднання резисторів. Визначити потужність резисторів при послідовному та паралельному з’єднанні.

 

1. Прилади та устаткування

№ з/п	Найменування	Тип	Система	Клас точності	Межа	Шкала	Ціна поділки	Зав. номер	Примітка
1	Вольтметр	DC
2	Амперметр	DC

 

2. Основні теоретичні положення

Елементи електричного нерозгалуженого кола з’єднанні між собою послідовно. Відмінною особливістю послідовного з’єднання є те, що електричний струм на всіх ділянках кола один і той же.

Розгалужене електричне коло складається з кількох гілок. Гілки, які приєднанні до однієї пари вузлів, підключені паралельно. Відмінною особливістю є те, що до всіх гілок прикладена одна і та же напруга.

Схема послідовного з’єднання приведено на рисунку 1.

Рисунок 1 – Схема послідовного з’єднання опорів

 

Основні властивості послідовного з’єднання резисторів приведено у формулах

                                                        I = І₁ = I₂ = I₃,                                                   (1)

                                                            U = U₁+U₂+U₃,                                                 (2)

                                                             r = r₁+r₂+r₃,                                                     (3)

                                                            P = P₁+P₂+P₃,                                                      (4)

Паралельним називається таке з’єднання опорів, коли до одних і тих же двох вузлів приєднуються кілька опорів, гілок, напруги на опорах однакові. Схема паралельного з’єднання опорів приведена на рисунку 2.

Рисунок 2 – Схема паралельного з’єднання опорів

 

Основні властивості паралельного з’єднання приведені у формулах

U = U₁ = U₂ = U₃,                                          (5)

I = I₁+ I₂ +I₃,   (6)

                                                                    P = P₁ +P₂ +P₃,   (7)

Якщо паралельно з’єднані 3 опори, то еквівалентний опір визначається за формулою

                                      (8)

Якщо паралельно з’єднані 2 опори, то R_ек визначаємо за формулою

                                               (9)

Якщо паралельно з’єднано більше 3 опорів, то R_ек визначаємо за формулою

                                 (10)

Опори при послідовному з’єднанні визначаємо за формулами

                      (11)

Потужність при послідовному з’єднанні визначаємо за формулами

                     (12)

Впевнитись у справедливості положень послідовного з’єднання опорів

Опори при паралельному з’єднанні визначаємо за формулами

                        (13)

Потужності при паралельному з’єднанні опорів визначаємо за формулами

                 (14)

Впевнитись що

                                     (15)

Впевнитись, що

 

Р = Р₁+ Р₂+ Р₃, Вт                                               (16)

 

3. Порядок виконання роботи

Електроприлади і устаткування для виконання роботи: 

-         джерело живлення постійного струму:  ±220В;

-         опори:     R₁ = 100 Ом,

                              R₂ = 200 Ом,

                              R₃ = 500 Ом.

 

1. Зібрати схему  (рисунок 3)– для виконання дослідів у комп’ютерній програмі ЕWВ.

 

Послідовне з’єднання опорів

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 3 – Послідовне з’єднання опорів

                                                        у комп’ютерній програмі ЕWВ

 

2. Включити схему, заміряти силу струму, напруги на опорах U₁ (РV1),U₂ (РV2), U₃ (РV3), а також напругу на виводах кола U (PV). Дані дослідів заносимо до таблиці 1.

 

Таблиця 1 – Дані дослідів та розрахунків

Дані дослідів

Дані розрахунків

I, A

U1,   В

U2,   B

U3,  B

U,   B

R1, Ом

R2, Ом

R3, Ом

R, Ом

Р1,  Вт

Р2,        Вт

Р3,      Вт

Р,  Вт

 

3. Зібрати схему, яка приведена на рисунку 4 – для виконання дослідів у комп’ютерній програмі ЕWВ.

 

Паралельне з’єднання опорів

Рисунок 4 – Паралельне з’єднання опорів

                                                        у комп’ютерній програмі ЕWВ.

 

4. Заміряти напруги на кожному опорі і необхідно впевнитись, що вони будуть однакові, хоча опори всі різні. Замірюємо струми у кожній гілці. Впевнитись, що І = І₁+І₂+І₃. Дані дослідів заносимо до таблиці 2.

 

Таблиця 2 – Дані дослідів та розрахунків

Ділянка      електричного кола	Дані дослідів		Дані розрахунків
	І, А	U, B	R, Ом	Р, Вт
ОпірR1
ОпірR2
ОпірR3
Все коло:

 

5. Зробити висновки до роботи.

 

4. Контрольні питання

1. Яке з’єднання опорів називається послідовним?

2. Перелічити основні властивості послідовного з’єднання опорів.

3. Яке з’єднання називається паралельним?

4. Перелічити основні властивості паралельного з’єднання опорів.

5. Записати формули визначення еквівалентного опору при 2, 3 і більше  паралельно з’єднаних опорів.

 

 

 

Поєднання віртуальних лабораторних робіт з математичними пакетами дозволяє не тільки швидко обробляти експериментальні дані і будувати графіки, а й дослідити динаміку зміни процесів в електричному колі при зміні будь-яких параметрів або порушення режимів роботи.

Віртуальний лабораторний практикум, безумовно, віддаляє здобувачів освіти від реальних фізичних об'єктів, однак має свої переваги.

Дослідження електричних явищ на реальних фізичних макетах вимагає наявності дорогого лабораторного обладнання і вимірювальних приладів, однак вони є найбільш оптимальним методом проведення лабораторних робіт, так як дають можливість отримати навички роботи з реальними електричними колами і вимірювальними приладами незважаючи на певні труднощі проведення експериментів.

Застосування електронно-віртуальних лабораторій в процесі навчання дозволяє розширити коло вирішуваних завдань, допомагає здобувачам освіти створювати математичні моделі пристроїв, моделювати і створювати різні режими роботи електричних схем, досліджувати в широкому діапазоні особливості роботи електричних кіл, проводити детальний аналіз отриманих результатів за допомогою математичних пакетів. При цьому головна перевага віртуальних лабораторій – можливість дистанційного проведення лабораторних робіт.