Урок "Ерс джерела. Закони постійного струму"

Про матеріал

Розробка містить теоретичний матеріал, розв'язки задач на засвоєння матеріалу. Приклади індивідуальних та групових завдань. Приклади експерементальних завдань, що виробляють практичні навички. Матеріал, що розкриває застосування знань з фізики у повсякденному житті та на виробництві, правила безпеки життєдіяльность.

Перегляд файлу

Тема: ЕРС джерела. Закони постійного струму.

Мета: вивчити означення ЕРС; розглянути які джерела

електричного струму існують; вивчити закони постійного

струму та набути навичок та вмінь розв’язувати задачі;

з'ясувати практичне значення струму на виробництві,

побуті, медицині;

виховувати обережне ставлення при використанні

електричних приладів.

Обладнання: збірники задач, роздатковий матеріал, калькулятори,

амперметри, вольтметри, джерела ПС, з'єднувальні

дроти, опори, ключі.

Демонстрації:

Залежність струму від напруги.
Закон Ома.
Передача електроенергії.
Лампа розжарення (залежність потужності від напруги на затискачах).

Хід уроку :

Організаційний момент.
Мотивація навчання.

Наше завдання на уроці: не тільки вивчити новий матеріал, а й повторити вивчений попередньо. Отже, тема уроку: "ЕРС джерела. Закони постійного струму." Під час уроку ми повинні з'ясувати навіщо потрібні джерела, що являє собою електричне коло, та закони, що пов'язують між собою характеристики електричних кіл. А також розглянути питання практичного використання електричного струму, та основні поняття безпеки при роботі зі струмом.

3. Актуалізація опорних знань (усне фронтальне опитування)

Струм - це...
Які умови виникнення струму ?
Які величини характеризують струм?
Сила струму - це ... . Буква?
Одиниці вимірювання струму …?
Прилад , що вимірює струм ?
Як приєднується до кола?
Напруга - це ...? Буква?
Одиниці вимірювання ?
Яким приладом вимірюють?
Як приєднується до кола?
Для характеристики провідників, ввели які величини?
Що таке провідність?
Що таке опір?
Від чого залежить опір?
Де шукаємо питомий опір?

4. Вивчення нового матеріалу.

1) Нехай маємо деякий провідник, різниця потенціалів якого причому , то при цьому заряди будуть

переміщуватися від до . Рух

зарядів призведе до вирівнювання потенціалів по всій довжині

провідника. Тому електричне поле зникає, в зв’язку з цим зникає і струм. Для збереження різниці потенціалів потрібно переміщувати заряди яким-то чином з одного кінця провідника на інший. Для цього необхідний спеціальний пристрій, який називається джерелом електричного струму. Джерела струму характеризують ЕРС – фізична величина, що визначається відношенням роботи сторонніх сил при переміщені електричного заряду до величина цього заряду.

Ԑ=

Сторонні сили – це сили будь-якої природи (механічні, хімічні, магнітні) крім електричної.

В якості джерел струму використовують гальванічні елементи, акумулятори, термоелементи, електричні генератори. В джерелах відбувається безперервне перетворення будь-якого виду енергії у електричну (хімічної, механічної, теплової, світлової).

2) Електричне коло – це система, що складається з електричних та вимірювальних приладів, джерела енергії, з’єднувальних дротів. Електричне коло ділиться на внутрішнє (відносять джерело) та зовнішнє (всі інші прилади).

На основі дослідів у 1826 р. Ом встановив закономірність, яку пізніше назвали законом Ома для ділянки кола: I =

Сила струму прямо пропорційна напрузі і обернено пропорційна опору. (Використання анімації для визначення кожної величини, що входить у закон Ома).

Індивідуальні завдання: розділити групу на варіанти, на засвоєння закону. Пропонується розв’язати елементарні задачі: визначити напругу,опір, силу струму.

Якщо розглядати повне коло, то ЕРС джерела іде на спад напруги у внутрішньому та зовнішньому колі:

Закон Ома для повного кола: сила струму прямо пропорційна ЕРС і обернено пропорційна повному опору кола.

Групові завдання.

№1. Скласти електричне коло, що містить амперметр, вольтметр, джерело, резистор.(Провести 3 вимірювання). Скласти вольт - амперну характеристику опору. Побудувати графік.

№2. Скласти електричне коло, що містить амперметр, вольтметр, джерело, резистор. (Провести 3 вимірювання). Визначити опір джерела та його ерс. Опір резистора вважати відомим.

№3. Скласти електричне коло, що містить амперметр, вольтметр, джерело, 2 паралельно з’єднаних резистора. (Провести 3 вимірювання). Змінюючи опори, зафіксувати отримані залежності за допомогою таблиць( при зміні одного, другого та двох опорів). Зробити висновки.

4) Російський фізик Ленц дослідним шляхом виміряв кількість теплоти, що виділяється струмом одночасно незалежно від нього, англійський фізик Джоуль здійснив аналогічні дослідження. В результатами був відкритий закон Джоуля-Ленца: кількість тепла, що виділяється у провіднику прямо пропорційне квадрату сили струму, опору та часу проходження.

5) Закон Джоуля - Ленца має велике практичне значення. Людина пізнала дивовижні електричні властивості матерії і навчилася використовувати їх для полегшення своєї праці і побуту. Електрична енергія є основою для промисловості, техніки: транспортній, сільськогосподарській, зв’язку і побуту людини; якщо узагальнити ці слова, то електрична енергія є енергетичною основою сучасної цивілізації:

розвиток електротехніки: захист двигунів та генераторів, охолодження трансформаторів, застосування у датчиках, лічильниках;
в побуті: кип’ятильник, праска, пральна машина, обігрівачі, плойка,електрична пічка, перелік можна продовжувати дуже довго, зупинимось на лампі розжарення. Дослід: лампа розжарення. (Скласти електричне коло. Послідовно зібрати амперметр, джерело та лампу розжарення. Паралельно приєднати вольтметр. Змінювати вхідну напругу, що спостерігається). Зробити висновок.
на виробництві: будь-які механізми, що працюють на основі двигунів, теплове реле, зварювальний апарат, заводські електричні печі.
медицина: штучні легені, нирки, серце, кардіограма, в фізкабінеті (електрофорез, електростимуляція)

Але у ряді випадків виділення теплоти у провідниках має негативне значення. Подивимося на шлях, що проходе струм від джерела до споживача (відео фрагмент). Тобто внаслідок теплового ефекту частина струму втрачається і до споживача доходе частина електричної енергії менша за електричну енергію, яка отримується на електростанції.

6) Техніка безпеки: згідно із законом Ома: сила струму, що проходить через тіло людини, залежить від прикладної напруги і опору тіла. Кишки, хрящі, жир і шкіра мають великий опір, а кров і м’язи незначний. Найбільший опір спричиняє верхній шар шкіри, але він дуже тонкий і вже при напрузі 250В руйнується. При сухій неушкодженій шкірі опір тіла 40-200 Ом. Якщо струм проходить по

шкірі тривалий час, опір тіла зменшується. А зменшення опору веде до збільшення сили струму при сталій напрузі, отже ураження струмом зростає.

Розглянемо, що відбувається з людиною під дією струму:

20 – 25 мА – скорочення м’язів;

90 – 110 мА – параліч дихання;

12 – 15 мА – втрачається свідомість;

50 мА і вище при 50В загроза для життя.

Засвоєння вивченого матеріалу.

Задача №1: Опори 10Ом та 25Ом з’єднані послідовно. Визначити кількість тепла, що виділяється на другому резисторі, якщо на першому виділяється 750Дж.

Дано: Розв'язок: Згідно закону Джоуля-Ленца:

Q=, тоді на опорах виділеться кількість

=25Ом тепла: на першому: ,

750Дж на другому:

? Звідси:

Розв’яжемо систему рівнянь:

Відповідь: .

Задача №2: Визначити кількість тепла, що виділяється у провіднику за 2години, якщо по ньому проходе стум 500А, а спад напруги на ньому складає 40В . Яка потужність електричного кола.

Дано: Розв'язок: Згідно закону Джоуля-Ленца:

I=500A Q=IUt=50040 7200 =1,44