Тема: “Постійний струм та кола постійного струму”

Тема: “Постійний струм та кола постійного струму”

Тема уроку №2: Способи з’єднання елементів кіл постійного струму.

 Джерела постійного струму, їх електрорушійна сила, внутрішній опір, зображення на схемах. Паралельне та послідовне з’єднання провідників. Змішане з’єднання. Основні методи розрахунку кіл.

Мета:

1.   навчальна: розглянути джерела постійного струму, їх електрорушійну силу, внутрішній опір, напругу на затискачах, зображення на схемах, паралельне, послідовне  та змішане з’єднання провідників; узагальнити знання про методи розрахунків параметрів електричних кіл з різними видами з’єднання резисторів; закріпити знання основних законів електричного кола, фізичних величин та їх розрахунків; сформувати навики переносити знання та вміння в нову ситуацію, в залежності від заданих умов; закріпити вміння креслити елементи електричних схем за змінними умовами завдань;
2.       розвивальна: розвивати вміння аналізувати задані умови; удосконалювати вміння визначати і пояснювати поняття методи розрахунків основних параметрів електричних кіл постійного струму;
3.   виховна:  виховувати мотиви навчання (пізнавальні потреби, інтерес та активність; виховувати дисциплінованість, повагу до одногрупників, уміння слухати та висловлювати власну думку.

Тип уроку: вивчення нового матеріалу

Дидактичне забезпечення: підручник, презентація.

Міжпредметні зв’язки: фізика, інформатика

Список основної і додаткової літератури:

1. А.М.Гуржій, А.М. Сільвестров, Н.І. Поворознюк. Електротехніка з основами промислової електроніки. Київ. “Форум” 2002.
2. А.М. Гуржий, С.К. Мещанінов, А.Т. Нельга, В.М. Співак. Електротехніка та основи електроніки. Київ. “Літера ЛТД” 2020.
3. Фізика і астрономія /Підручник для 11 класу/ М.В. Головко, І.П. Крячко, Ю.С.Мельник – Київ; Педагогічна думка, 2019.

Хід уроку

І. Організаційний момент

Заводжу здобувачів освіти до класу. Вітаюсь. Перевіряю присутність, наявність навчального приладдя.

ІІ. Мотивація навчальної діяльності

Викладач. Тема сьогоднішнього уроку: “ Способи з’єднання елементів кіл постійного струму”

Джерела постійного струму, їх електрорушійна сила, внутрішній опір, зображення на схемах. Паралельне та послідовне з’єднання провідників. Змішане з’єднання. Основні методи розрахунку кіл/

Сьогоднішній урок – це урок узагальнення знань, умінь і навичок, які сформовані у вас ще зі школи. Вивчаючи фізику, ви вже знайомилися з поняттям «резистор», ви вивчили основні параметри електричного кола, основні види з’єднання резисторів у електричному колі постійного струму та технологію розрахунків цих параметрів в електричному колі.

Створення проблемної ситуації.

Викладач.

1. Всі ви мали можливість спостерігати роботу гірлянди. Чому, коли перегорає одна лампочка, гірлянда не працює? (послідовне з’єднання елементів).

2. Як ви вважаєте, чи впливає тип з’єднання елементів електричної схеми на працездатність електричних приладів?

ІІІ. Актуалізація опорних знань

Самостійна робота здобувачів освіти (здобувачі освіти письмово дають відповіді на запитання з теми, яка вивчалася на минулому уроці)

ІV. Виклад нового матеріалу

Джерела постійного струму, їх електрорушійна сила, внутрішній опір,  зображення на схемах

Електричний струм – це спрямований рух електричних зарядів про провіднику.

За напрям електричного струму прийняли напрям руху додатних вільних носіїв заряду. Щоб в провіднику протікав електричний струм, потрібно в ньому створити електричне поле.

Кількісною мірою електричного струму служить сила струму I – скалярна фізична величина, яка дорівнює заряду, який переноситься через поперечний переріз провідника за одиницю часу:

I = Δq/Δt.

Якщо сила струму і його напрям не змінюється з часом, то такий струм називають постійним. В Міжнародній системі одиниць СІ силу струму вимірюють в амперах (А).

Для існування постійного струму потрібно створювати і підтримувати різницю потенціалів на ділянках кола завдяки роботі сил неелектростатичної природи. Пристрої, які це роблять, називаються джерелами постійного струму.

Природа сторонніх сил може бути різною. В гальванічних елементах або акумуляторах вони виникають в результаті електрохімічних процесів, в генераторах постійного струму сторонні сили виникають під час руху провідників в магнітному полі. Джерело струму в електричному колі відіграє ту ж роль, що і помпа, яка потрібна для перекачування рідини в замкнутій гідравлічній системі. Під дією сторонніх сил електричні заряди рухаються всередині джерела струму проти сил електростатичного поля, завдяки чому в замкнутому колі може підтримуватись постійний струм.

Для переміщення електричних зарядів в колі постійного струму сторонні сили, які діють всередині джерела струму виконують роботу.

Фізична величина, яка дорівнює відношенню роботи A_ст сторонніх сил при переміщенні заряду q від від’ємного полюса джерела струму до додатного, до величини цього заряду, називається електрорушійною силою (ЕРС):

ЕРС = ε = Е = А_ст/q.

ЕРС, як і різницю потенціалів, вимірюють в вольтах (В).

При переміщені одиничного додатного заряду по деякій ділянці кола роботу виконують як електростатичні (кулонівські), так і сторонні сили.

Робота електростатичних сил дорівнює різниці потенціалів Δφ₁₂ = φ₁ – φ₂ між початковою (1) і кінцевою (2) точками ділянки кола.

Робота сторонніх сил дорівнює за визначенням електрорушійній силі ε₁₂, яка діє на цій ділянці. Тому повна робота дорівнює:

А=U₁₂ = φ₁ – φ₂ + ε₁₂.

Величину U₁₂ називають напругою на ділянці кола 1–2. У випадку, коли на цій ділянці ЕРС не діє, напруга дорівнює різниці потенціалів:

U₁₂ = φ₁ – φ₂.

 Закон Ома - сила струму I, який протікає по однорідному металічному провіднику (провіднику, в якому не діють сторонні сили), пропорційна до напруги U на кінцях провідника:

I = U/R.

Величину R називають електричним опором. Провідник, який має електричний опір, називають резистором.

Останнє співвідношення виражає закон Ома для однорідної ділянки кола: сила струму в провіднику прямо пропорційна до прикладеної напруги і обернено пропорційна до опору провідника.

В СІ одиницею електричного опору проводника R  є Ом.

Опором в 1 Ом володіє така ділянка кола, в якій при напрузі 1 В виникає струм силою 1 А.

Для неоднорідної ділянки кола (ділянки, в якій є ЕРС) закон Ома записують так:

I = ε/(R + r).

Ця формула виражає закон Ома для повного кола: сила струму в повному колі дорівнює електрорушійній силі джерела, поділеній на суму опорів навантаження і внутрішнього опору джерела.

Рис.1. Коло постійного струму з ЕРС

Якщо точки a і b (рис.1) замкнути провідником, опір якого набагато менший від внутрішнього опору джерела (R << r), тоді в колі протікатиме струм короткого замикання:

I = ε/r.

Чим вимірюють електричний струм та напругу?

Для вимірювання напруг і струмів в електричних колах постійного струму використовують спеціальні прилади – вольтметри і амперметри.

Вольтметр – це прилад для вимірювання різниці потенціалів, яка прикладена до його клем. Його підключають паралельно до ділянки кола, на якій проводять вимірювання різниці потенціалів.

Амперметр – це прилад для вимірювання сили струму в колі. Амперметр включають послідовно в розрив електричного кола, щоб через нього проходив увесь вимірюваний струм (рис.2).

Рис.2. Амперметр та вольтметр в колі постійного струму.

В електричних схемах зустрічаються послідовні, паралельні та змішані з’єднання резисторів (споживачів) і джерел електричного струму.

Послідовне і паралельне з’єднання провідників

Послідовне з'єднання провідників (резисторів) – з'єднання, при якому кінець одного провідника (резистора) приєднано до початку наступного.

Рис.3. Послідовне з'єднання провідників.

При послідовному з’єднанні резисторів загальний струм І дорівнює струмам, що протікають по кожному резистору, загальна напруга U дорівнює сумі спадів напруг на з’єднаннях резисторів. Загальний опір R дорівнює сумі всіх послідовно з’єднаних опорів.

При послідовному з’єднанні джерел електричного струму, загальна електрорушійна сила Е дорівнює сумі електрорушійних сил з’єднання:

І₁ = І₂ = І.

За законом Ома, напруги U₁ и U₂ на провідниках відповідно рівні:

U₁ = IR₁, U₂ = IR₂.

Загальна напруга U на обох провідниках дорівнює сумі напруг U₁ і U₂:

U = U₁ + U₂ = I(R₁ + R₂) = IR,

 де R – електричний опір всього кола.

Звідси випливає:

R = R₁ + R₂.

При послідовному з’єднанні повний опір кола дорівнює сумі опорів окремих провідників.

При послідовному з’єднанні джерел електричного струму, загальна електрорушійна сила Е дорівнює сумі електрорушійних сил з’єднання:

Е=Е₁+Е₂

Паралельне з'єднання провідників (резисторів) – з'єднання, при якому всі провідники (резистори) знаходяться між двома спільними затискачами.

Рис.4. Паралельне з'єднання провідників.

При паралельному з’єднанні (рис.4.) напруги U₁ і U₂ на обох провідниках однакові:

U₁ = U₂ = U.

Сумарний струм I₁+I₂, який протікає по обох провідниках, дорівнює струму в нерозгалуженому колі:

I = I₁ + I₂.

Записавши закон Ома, отримаємо:

I₁ = U/R₁, I₂ = U/R₂ і, I = U/R,

де R – електричний опір всього кола.

Звідки:

1/R = 1/R1 + 1/R2.

При паралельному з’єднанні провідників величина, обернена загальному опору кола, дорівнює сумі величин, обернених опорів паралельно включених провідників.

Формули для послідовного і паралельного з’єднання провідників дозволяють в багатьох випадках розрахувати опір складного кола, яке містить багато резисторів.

Змішане  з'єднання провідників 

На рис.5. наведено приклад такого складного кола і показана послідовність розрахунку.

Рис.5. Змішане з’єднання провідників

При змішаному з’єднанні (рис.5) опір R₁ і R_2,3 на обох вузлах однакові

R=R₁=R_2,3

I₁=I

U₁=I₁R₁

U₂=U₃=U-U₁

2. Схематичне зображення елементів електричного кола

Електрична схема - це креслення, на якому умовними позначеннями показано, з яких елементів складається електричне коло і в який спосіб ці елементи з'єднані між собою.

Усі схеми знаходяться за  QR -кодом.

V. Закріплення вивченого матеріалу

1. Сформулювати закон Ома для ділянки кола.

2. Як змінюється сила струму з підвищенням напруги на ділянці кола?

3. Як змінюється сила струму із збільшенням опору?

4. Що називається послідовним з’єднанням провідників та записати його закони?

5. Що називається паралельним з’єднанням провідників та записати його закони?

Передивіться відео перед вирішенням задач! https://youtu.be/Muk4jfM6A0k

VI. Підведення підсумків

Викладач проводить аналіз діяльності здобувачів освіти на уроці. Повідомляє оцінки, відмічає активних здобувачів освіти, наголошує на моментах, які викликали труднощі на протязі уроку.

VIІ. Домашнє завдання

1. Опрацювати конспект.
2. Розв’язати тестові завдання https://naurok.com.ua/test/postiyniy-strum-ta-kola-postiynogo-strumu-2810512.html

ТЕСТИ

1. Яке з приведених суджень ви вважаєте правильним?

1. Поле і силові лінії існують реально
2. Поле існує реально, а силові лінії умовно
3. Поле існує умовно, а силові лінії реально
4. І поле, і силові лінії існують умовно

 2. Який з виразів є ІІ законом Кірхгофа?

1. ΣІ = 0

2. ΣЕ = ΣІ ·R

3. Який з виразів є законом Ома для ділянки кола?

4. Вкажіть одиниці вимірювання потенціалу точки електричного кола в системі СI

1. Вар
2. Гц
3. В
4. Вт

5. Вкажіть одиниці вимірювання напруги в системі СI

1. Вар
2. Гц
3. В
4. Вт

6. Від якої з названих величин не залежить провідність провідника?

1. Питомої провідності
2. Довжини провідника
3. Переріз провідника
4. Напруги

Аналіз знань