Урок на тему: "Постійний струм та кола постійного струму"

Тема програми: Постійний струм та кола постійного струму

Тема: Джерела постійного струму, їх електрорушійна сила, внутрішній опір, напруга на затискачах, зображення на схемах. Паралельне та послідовне з’єднання провідників. Змішане з’єднання. Основні медоди 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, відношення до освіти як до важливого та необхідного; виховувати дисциплінованість, повагу до одногрупників, уміння слухати та висловлювати власну думку.

Тип уроку: вивчення нового матеріалу

Дидактичне забезпечення: підручник, презентація.

Міжпердметні зв’язки: фізика, інформатика

Список основної і додаткової літератури:

http://school.home-task.com/ers-zakon-oma-dlya-povnogo-kola/

 

 

 

Хід уроку

І. Організаційний момент

Заводжу учнів в клас, вітаюсь. Перевіряю присутність, наявність навчального приладдя. Призначаю чергових

ІІ. Мотивація навчальної діяльності

Викладач. Тема сьогоднішнього уроку «Джерела постійного струму, їх електрорушійна сила, внутрішній опір, напруга на затискачах, зображення на схемах. Паралельне та послідовне з’єднання провідників. Змішане з’єднання. Основні медоди 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 учнів (учні письмово дають відповіді на запитання з теми, яка вивчалася на минулому уроці)

ІV. Виклад нового матеріалу

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

Електричний струм – впорядкований рух вільних носіїв електричного заряду.

 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.

Сили неелектростатичної природи, які діють на вільні носії заряду з боку джерела струму, називають сторонніми силами.

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 = Аст/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.

 Німецький фізик Г. Ом 1826 року експериментально встановив, що 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 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.

 

Послідовне і паралельне з’єднання провідників

Провідники в електричних колах можуть зєднувати послідовно і паралельно.

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 провідників (рис.3.) сила струму у всіх провідниках однакова:

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.

Цей результат справедливий для будь-якого числа послідовно з’єднаних провідників.

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.

Цей висновок справедливий для будь-якого числа паралельно включених провідників.

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

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

Рис.5. Змішане з’єднання провідників

 

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?

 

VI. Підведення підсумків

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

VIІ.Домашнє завдання

1. Опрацювати конспект.
2. Розв’язати задачу:

1. Заповніть таблицю:

№	Назва величини	Одиниця вимірювання	Позначення
1			q
2		A
3	напруга
4			R

2. Намалюйте взаємодію зарядів:

 

а)

 

б)

 

в)

3. Сформулюйте закон Кулона та запишіть формулу.