Методическая разработка открытого занятия по теме «Закон Ома для полной цепи с ЭДС. Соединение источников тока в батареи»

 

Цели урока:

Дидактическая: Разъяснить физический смысл закона Ома для полной цепи постоянного тока на основе закона сохранения энергии. Познакомить с правилами расчета электрических цепей с разными типами соединений источников тока.

Развивающая: Развитие мыслительной деятельности учащихся с помощью анализа и сравнения типов соединений, обобщения изучаемых фактов. Развитие устной речи студентов.

Воспитательная: показать важность знаний о соединениях источников и законах тока для повседневной жизни.

 Студенты должны знать: Закон Ома для полной цепи постоянного тока, виды соединений источников электрической энергии в батареи.

Студенты должны уметь: Определять вид соединений источников энергии. Решать задачи на расчет электрических цепей постоянного тока.

Оборудование: плакат, стенд с последовательным и параллельным соединением источников, установка для демонстрации короткого замыкания.

Демонстрации: короткое замыкание

Ход урока:

1. Организация начала урока. (2 минуты). Приветствие.Постановка цели:

Основная наша задача на сегодняшнем уроке – изучить закон Ома для полной цепи постоянного тока, определить отличия последовательного соединения источников тока от параллельного, вывести законы тока для каждого из них.

 

2. Актуализация. (20 минут)

Проверка домашнего задания - решить задачи: по карточкам (на месте, 4 человека);

проверка сложных домашних задач у доски - 2 человека.

Устный опрос студентов по вопросам:

• Какие вещества являются проводниками? Приведите примеры.
• Почему проводники проводят электрический ток?
• Какие носители заряда есть в металлах?
• Что такое электрический ток? Постоянный электрический ток?
• Какие условия необходимы для существования тока в цепи?
• Какие параметры электрического тока вы знаете?
• Что такое сила тока?
• Какие действия оказывает электрический ток при прохождении через проводник?
• Какова причина электрического сопротивления проводника?
• От каких характеристик проводника зависит его электрическое сопротивление?
• Почему при нагревании металлического проводника его сопротивление увеличивается?
• Как зависит сила тока от напряжения на концах участка? Прочитать закон Ома для участка цепи.
• Какова общая сила тока в проводниках, соединенных последовательно? Почему?
• Какова общая сила тока в проводниках, соединенных параллельно? Почему?
• Для какого типа соединения справедливо соотношение U_общ = U₁ = U₂ ?          R_общ = R₁ + R₂ ?
• Металлический проводник сопротивлением R разрезали на 5 равных частей и измерили сопротивление каждой части. Будет ли сопротивление соединения этих частей равняться R? При каком типе соединения это возможно?

После опроса собрать работы по карточкам, проверить домашнюю работу у доски.

 

3. Новый материал. (30 минут)

Последовательность изложения:

1. Электродвижущая сила источника тока.
2. Закон Ома для полной цепи постоянного тока.
3. Анализ закона Ома.
4. Соединение источников тока в батареи.

 

Запишем тему сегодняшнего урока в тетрадь.

1. Чтобы ток в цепи существовал длительное время, нужно поддерживать на концах проводника постоянную разность потенциалов. Это делает источник тока (генератор). Если в цепи действуют только электрические силы, то работа их по замкнутому контуру равна нулю. На заряд должны действовать силы не только электрической, но и неэлектрической природы. Любые силы, действующие на электриче­ски заряженные частицы, кроме электростатического происхождения, называются сторонними силами. Участок цепи, на котором заряды перемещаются под действием электрических сил, называется потребителем или внешним участком. Здесь электрическая энергия превращается в другие виды. Участок цепи, на котором заряды перемещаются под действием сторонних сил, называется источником тока или внутренним участком цепи. Здесь электрическая энергия получается за счет других видов энергии. Действие сторонних сил характеризуется электродвижу­щей силой (э.д.с.). (Провести гидродинамическую аналогию).

Определение: Величину, характеризующую зависимость электрической энергии, приобретенной зарядом в генераторе, от его внутреннего устройства, называют электродвижу­щей силой (ЭДС). Ее измеряют работой сторонних сил, совершенной при перемещении единичного положительного заряда.

E = А /q

Единица ЭДС. в СИ — вольт (В).

1. В источнике тока под действием сторонних сил происходит разделение зарядов. Так как они движутся, они взаимодействуют с ионами кристаллов и электролитов, отдавая им часть своей энергии. Это приводит к уменьшению силы тока. Т.о. источник тока обладает сопротивлением, которое называют внутренним.

Составим цепь из источника тока и потребителя. ЭДС численно равна энергии, которую заряд приобрел в генераторе.

Напряжение равно той энергии, которую заряд теряет во внешней цепи. Кроме того, при движении во внутренней цепи заряд теряет энергию на преодоление сопротивления источника (I_*r)

По закону сохранения энергии для заряда:

  E = U + I_*r

Т.к. U = I_* R

E = I_* R + I_*r

E = I(R + r)

I= E / (R + r)

Сила тока в полной цепи равна отношению ЭДС источника к полному сопротивлению цепи.

1. Проанализируем зависимость I (R)

А) при R ↓ I ↑

При R ↑ I ↓

Б) при R→∞ (разрыв цепи) I→0

Напряжение на полюсах источника тока равно его ЭДС

В) при R→0 (короткое замыкание) I→ E / r (ток короткого замыкания)

1. Различают 2 типа соединений источников тока: последовательное и параллельное. А) последовательное

Заряд приобретает энергию в каждом источнике, поэтому E = E_1*n; r = r _1*n

Б) параллельное

Заряд приобретает энергию в 1 источнике, поэтому E = E₁; r = r _1/n

Увеличение ЭДС дает только последовательное соединение, его используют, когда внутреннее сопротивление много меньше внешнего. Параллельное соединение используют, когда внутреннее сопротивление много больше внешнего. Если внешнее и внутреннее сопротивление примерно равны, то используют смешанное соединение источников.

 

4. Закрепление. (23 минуты).

  Фронтальный опрос:

• Под действием каких сил происходит перемещение заряда в источнике тока?
• Какая величина характеризует действие этих сил?
• Прочитайте закон Ома для участка цепи. Для полной цепи.
• Чем опасно короткое замыкание?
• При каком виде соединения источников ЭДС увеличивается? Почему?

Решить задачи («Сборник задач и вопросов по физике» под редакцией Гладковой Р.А.):

• 12.89. Ответ: 0,2 Ом, 1,9 В.
• 12.91. Ответ: 0,25 Ом, 1,4 В
• Дополнительно 12.98 Ответ: 1,36 В
• Дополнительно 12.99 Ответ: 2,5 ОМ, 0,75 В

 

5. Итог урока. (3 минуты). На сегодняшнем уроке мы изучили закон Ома для полной цепи постоянного тока, определили отличия последовательного соединения источников тока от параллельного.

6. Домашнее задание. (2 минуты).Глава 16 § 13 - 15, задачи 12.90, 12.92

 

Литература:

1. Жданов Л.С., Жданов Г.Л.

«Учебник по физике для средних учебных заведений»

2. «Учебник по физике для 10 класса» под ред. Пинского А.А.

3. «Сборник задач и вопросов по физике» под редакцией Гладковой Р.А.

Приложение (раздаточный материал для проверки домашнего задания):

Карточка 1

Необходимо изготовить реостат, рассчитанный на 6 Ом, из никелинового провода диаметром 0,8 мм. Какой длины проводник надо взять? Каким будет падение напряжения на полностью включенном реостате при силе тока 1,5 А? (удельное сопротивление никелина 4,2_*10 ^-7 Ом _*м)

 

Карточка 2

Сопротивление вольфрамовой нити электрической лампы при 20 ⁰ С равно 20 Ом. Сопротивление той же нити в рабочем состоянии 188 Ом. Какова температура накала нити? (температурный коэффициент сопротивления вольфрама 0,005 С ^-1)

 

Карточка 3

Найти сопротивление проводников, соединенных последовательно, если сопротивление каждого 10 Ом, 5 Ом и 3 Ом. Какая сила тока на втором проводнике, если общее напряжение 32 В.

 

Карточка 4

2 проводника сопротивлением по 20 Ом соединены параллельно. Последовательно к ним подключен проводник сопротивлением 5 Ом. Общее напряжение 30 В. Найти токи на каждом проводнике.