Главные вкладки

    Открытый урок "ЭДС источника тока. Закон Ома для полной цепи. Внутреннее сопротивление источника тока."
    методическая разработка на тему

    Монова Наталия Дмитриевна

    Урок проводится на основе комбинирования вербального, графического, репродуктивного, эвристического и наглядного методов обучения, с использованием имеющихся в распоряжении возможностей современной техники и технологий: использование экспериментальных установок, мультимедиа презентаций в Power Point, наглядных пособий, сборника тестовых заданий, учебного компьютерного моделирования в Matlab, современных электронных образовательных ресурсов и проч., способствующих повышению эффективности и качества обучающего процесса.

    Скачать:

    ВложениеРазмер
    Microsoft Office document icon otkrytyy_urok_eds_zakon_oma.doc778 КБ

    Предварительный просмотр:

    Санкт-Петербургское государственное бюджетное

    профессиональное   образовательное учреждение

    «колледж отраслевых технологий

    «Краснодеревец»

    План урока по теме:

    ЭДС источника тока. Закон Ома для полной цепи.

    Внутреннее сопротивление источника тока.

    Разработчик урока:

    Монова Наталия Дмитриевна- преподаватель физики

    Высшей категории

    22 группа

    Санкт-Петербург

    2014

    “Я не тружусь более для настоящего, я тружусь для будущего”

                                                                                             Георг Ом

    Урок проводится на основе комбинирования вербального, графического, репродуктивного, эвристического и наглядного методов обучения, с использованием имеющихся в распоряжении возможностей современной техники и технологий: использование экспериментальных установок, мультимедиа презентаций в Power Point, наглядных пособий, сборника тестовых заданий, учебного компьютерного моделирования в Matlab, современных электронных образовательных ресурсов и проч., способствующих повышению эффективности и качества обучающего процесса.

    Цели урока:

    Обучающие:

    - Продолжить овладение знаниями и умениями электрических явлений, способствующих овладению профессиональной деятельности обучающихся.

    - Рассмотреть закон Ома для замкнутой цепи, как основного фундаментального закона, определяющего взаимосвязь силы тока, ЭДС, сопротивления нагрузки и внутреннего сопротивления источника тока.

    - Формирование умений решения задач на замкнутые цепи, содержащие источники тока.

    Развивающие:

    - Формирование у обучающихся осознанного понимания закона Ома для замкнутой цепи – основного уравнения описывающего зависимость силы тока от общего сопротивления  цепи, суммы ЭДС и суммарного внутреннего сопротивления источника тока.

    - Формирование умений понимания и постановки научного и демонстрационного эксперимента.

    - Развивать у обучающихся умения обобщать полученную информацию, делать выводы, анализировать предложенный материал.

    - Развивать умения работать со справочной и научной литературой, пользоваться информацией сайтов и Интернет ресурсов.

    Воспитательные:

    - Формирование навыков аналитического мышления как способа познания мира.

    - Воспитание интереса к изучаемым предметам посредством изучения биографий великих ученых.

    Оборудование к уроку:

    • Мультимедийная аппаратура.
    • Демонстрационные установки.
    • Современные электронные образовательные программы.
    • Комплект плакатов по теме: Постоянный электрический ток.
    • Физика. Сборник тестовых заданий. Монова Н.Д. [2],50 экз.

    Ключевые слова.

    - Электродвижущая сила, источник тока, внутреннее сопротивление.

    ПЛАН УРОКА

    Этап урока

     Приемы и методы

    Время,мин

    1

    Организационный момент

    Беседа. Словесный метод.

    2 мин

    2

    Контроль знаний.

    Контроль знаний. Словесный метод. Фронтальный опрос. Проверка домашних задач.

    10 мин

    3.

    Актуализация знаний

    Демонстрационный эксперимент. Выступление учащихся.

    5 мин

    4

    Изучение нового материала.

    Демонстрация презентаций.

    Объяснение.

    25 мин

    5

    Закрепление материала и обобщение знаний

    Словесный метод. Тестовые задания. Решение задач.

    5 мин

    6

    Домашнее задание.

    Составление опорного конспекта. Задача.

    2 мин

    ХОД УРОКА

    этапа

    Деятельность преподавателя

    Деятельность обучающегося

    1.

    Организационный момент.

    Приветствие обучающихся. Проверка присутствующих на уроке. Озвучивание темы урока (Предварительно написанные на доске число и тема занятия).

    Дежурные отвечают на вопросы учителя.

    2.

    Контроль знаний. Преподаватель проверяет с обучающимися материал прошлых занятий по материалам авторского сборника [2]: Тест№9, задания А1:1-7  (Приложение 1).

    Рис1

     Выборочно проверяет решение домашних задач.

    Отвечают на поставленные вопросы. (например что представляет собой электрический ток в металлах)

    3.

    Актуализация знаний. Вопрос: перечислить условия существования электрического тока в цепи. Любой источник тока характеризуется ЭДС. Так на круглой батарейке написано 1.5 В. Что это означает? Выступление обучающихся: Из истории создания источников тока- элемент Вольта, строение современного источника тока (цинково-угольная батарейка)-рассказ по схеме. (Приложение 2)

    Показ учителем опыта с двумя электроскопами, по которым кратковременно протекает электрический ток. (Приложение 3)

    Отвечают на вопрос. Записывают в тетрадях: ЭДС-электродвижущая сила.

    4.

    Изучение нового материала. 1) Понятие ЭДС.

    Открыли учебники §109 Электродвижущая сила. Учитель демонстрирует видеофрагмент с пояснениями  “Электродвижущая сила” и делает схематический чертеж на доске:

    Рис 3

    Любые силы, действующие на электрические заряженные частицы, за исключением сил электростатического происхождения (т.е. кулоновских) называются сторонними силами. Эти силы совершают работу против электрического поля, работу по разделению зарядов внутри источников тока. Сторонние силы не потенциальны. В гальванических элементах (Вольта) сторонние силы имеют химическую природу. В генераторах  электростанций- сторонняя сила это сила, действующая со стороны магнитного поля на электроны движущиеся в проводниках. Действие сторонних сил характеризуется важной физической величиной, называемой сокращенно ЭДС:

    E  

    Электродвижущей силой в замкнутом контуре представляет собой отношение работы сторонних сил при перемещении заряда вдоль контура к величине заряда. Так например, ЭДС гальванического элемента есть работа сторонних сил при перемещении единичного положительного заряда внутри элемента от одного полюса источника тока к другому. Таким образом, вы теперь знаете что такое ЭДС. Если на батарейке написано 1.5В, что это означает? (если на батарейке написано 1.5В, то это означает, что сторонние силы совершают работу 1.5 Дж при перемещении заряда в 1 Кл.)

     2) Закон Ома для полной цепи. С помощью закона сохранения энергии и закона Джоуля-Ленца найдем выражение для силы тока в замкнутой цепи, содержащей ЭДС.

    Рис4

    Рассмотрим простейшую замкнутую цепь, состоящую из источника тока и резистора R. Источник тока имеет ЭДС E   и сопротивление r. Сопротивление источника тока часто называют внутренним сопротивлением в отличие от внешнего сопротивления R цепи. В генераторе r- это сопротивление обмоток, а в гальваническом элементе – сопротивление раствора электролита и электродов.

    Пусть за время через поперечное сечение проводника пройдет электрический заряд q.

    q=I , тогда   E  I  

    При совершении этой работы на внутреннем и внешнем участках цепи, сопротивления которых r и R, выделяется количество теплоты согласно закону Джоуля-Ленца:

    Согласно закону сохранения энергии

    A=Q,

    Приравнивая выражения получим

    E  =I R+I r,

    или

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

    При коротком замыкании, когда , сила тока в цепи определяется именно внутренним сопротивлением источника. Обычно r ~0.1-

    1. Ом. Провода могут расплавиться, а сам источник тока может выйти из строя.

    Если цепь содержит несколько последовательно соединенных элементов с ЭДС, то полная ЭДС цепи равна алгеброической сумме ЭДС отдельных элементов:

    Аналогично рассчитывается общее внутреннее сопротивление цепи:

    Слушают и смотрят видео фрагмент, делают схематический чертеж электрической схемы, содержащей ЭДС

    Записывают определение сторонних сил.

    Записывают определение ЭДС

    Ответ обучающегося на вопрос учителя

    Чертят схему.

    Записывают вывод за преподавателем.

    Записывают формулировку закона Ома для замкнутой цепи, содержащей ЭДС.

    5.

    Закрепление материала и обобщение знаний.

    Решение задачи А9  Вар. 2 и 3

    Итак, сегодня на уроке мы ввели понятие сторонних сил, ЭДС, вывели закон Ома  для замкнутой цепи, внутреннего сопротивления источника тока, тока короткого замыкания.

    Решение в тетрадях задачи А9 Вар.2 и 3 Записывают в тетрадях: Дано, перечерчивают схему, выбирают правильный ответ.

    (Ответ задачи А9 Вар2: I=0.5А,ответ задачи А9 Вар3: I=0.8А)

    6.

    Домашнее задание.

    На следующем уроке- решение задач на закон Ома для замкнутой цепи, содержащей ЭДС.

    Благодарю за внимание.

    Составление опорного конспекта, Упр19(6,7)

    Литература

    1.Мякишев Г.Я., Б.Б.Буховцев. Физика: Учеб. для 10кл.- М. Просвещение, 2012.

    2. Монова Н.Д. Физика. Сборник тестовых заданий для подготовки к Единому  государственному экзамену: пособие для учащ. Общеобр. Шк./ Н.Д.Монова.- СПб.: ЛГУ им. А.С. Пушкина, 2010.-90 с.,500экз.

    3.YouTube-видео

    4.M-D-Monova.ru/Монова Н.Д., Методология моделирования квантово-механических процессов. ФГБОУ ВПО Российский Государственный Педагогический Университет

        им. А.И.Герцена.

    5.graniuma.ru

    6. C.Н.Манида. Физика. Решение задач повышенной сложности, СПб.ГУ,2003г.

    Приложение 1

    Вариант 2

    А. Простые задания с выбором ответа

    1. За направление электрического тока принимают:

    а)   направленное движение заряженных частиц

    б)   направленное движение электронов

    в)   направленное движение положительно заряженных частиц

    г)   направленное движение ионов

    2.   Связь между силой тока, напряжением и сопротивлением проводника определяется законом Ома:

          а)   I = U R

          б)   I =

          в)   U = I R

          г)   R =

    3.   Как изменится сила тока, протекающего по проводнику, если увеличить в два раза  напряжение на его концах, а площадь поперечного сечения проводника уменьшить в 2 раза?

          а)   уменьшится в два раза

          б)   увеличится в два раза

          в)   не изменится

          г)   увеличится в четыре раза

    4.    Сила тока в Международной системе единиц измеряется в:

           а)  Амперах

           б)  Вольтах

           в)  Омах

           г)   Кулонах

    5.    Определите напряжение на концах проводника сопротивлением R = 5 Ом, если сила тока,  протекающего через него равна I = 2 А?

           а)  2,5 В

           б)  10 В

           в)  0,4 В

           г)   20 В

    6.    Напряжение на участке цепи, содержащей параллельно соединенные  сопротивления…

           а)   одинаково для каждого сопротивления

           б)   зависит от каждого сопротивления

           в)   равно сумме напряжений на каждом сопротивлении

           г)    зависит от последовательности соединения проводников

    7. .    Определите напряжение на концах цепи, если Амперметр показывает 2 А?

        а)  U = 2 В

         б)  U = 8 В

         в)  U = 16 В

         г)   U = 4  В

    8.Количество теплоты, выделяющееся на проводнике за время t определяется  законом Джоуля-Ленца:

         а)   Q = I U t

         б)   Q = I/U t

         в)   Q = U/I t

         г)    Q= I U

    9. Два источника ЭДС E = 1В и внутренним сопротивлением r = 1 Ом каждый соединены последовательно. Сопротивления нагрузки R = 1 Ом каждый соединены последовательно. Определить ток на нагрузке?  

             

         а) I = 0,5 А

         б) I = 0,33 А

         в) I = 0,8 А

         г) I = 1 А

    Вариант 3

    А. Простые задания с выбором ответа

    1.   Электрический ток возникает:

          а)  при наличии в проводнике  свободных заряженных частиц

          б)  при создании в проводнике электрического поля

          в)  при наличии между концами проводника постоянной разности потенциалов

          г)  при наличии в проводнике свободных заряженных частиц и создании в нем электрического поля

    2.   Сопротивление проводника определяется:

          а)   R =

          б)   R =  

          в)   R =  S/ l

          г)   R =  S / l    

    3.    Вольт- амперная характеристика проводника представлена на графике. Определите сопротивление проводника.

            а)   0,25 Ом

             б)   4 Ом

             в)    16 Ом

             г)    1 Ом

    4. .   Сопротивление в Международной системе единиц измеряется в:

           а)  Амперах

           б)  Вольтах

           в)  Омах

           г)   Кулонах

    5.   Определите силу тока, протекающую через проводник сопротивлением  R = 2 Ом, если напряжение на его концах 12 В?

          а)   24 А

          б)   6 А

          в)   1/6 А

          г)    0,5 А

    6.   Сопротивление последовательно соединенных проводников равно:

          а)   сумме сопротивлений проводников

          б)   величине, обратной  и равной  сумме обратных сопротивлений цепи

          г)   среднему сопротивлению цепи

    7.   Какую силу тока показывает амперметр, если напряжение на концах цепи

          U = 15 В?

       а)   I = 3А

       б)   I = 2 А

       в)   I = 1 А

       г)   I = 0,5 А

    8. Мощность в цепи постоянного тока на нагрузке R равна:

       а)   P = I U

       б)   P = I/U

       в)   P = I R

       г)   P = U R

    9. Два источника ЭДС E = 1В и внутренним сопротивлением r = 1 Ом каждый соединены последовательно. Сопротивления нагрузки R = 1 Ом каждый соединены параллельно. Определить ток на нагрузке?

          а) I = 0,5 А

         б) I = 0,33 А

         в) I = 0,8 А

         г) I = 1 А

    Приложение 2

    Во́льтов сто́лб — применявшееся на заре электротехники устройство для получения электричества.

    В 1800 году итальянский учёный Алессандро Вольта опустил в банку с кислотой две пластинки — цинковую и медную — и соединил их проволокой. После этого цинковая пластина начала растворяться, а на медной стали выделяться пузырьки газа. Вольта предположил и показал, что по проволоке протекает электрический ток.

    Так был изобретён «элемент Вольта» — первый гальванический элемент. Для удобства Вольта придал ему форму вертикального цилиндра (столба), состоящего из соединённых между собой колец цинка, меди и сукна, пропитанных кислотой. Вольтов столб высотою в полметра развивал напряжение, чувствительное для человека.

    Извещение об открытии было опубликовано в письме Вольта президенту Лондонского Королевского общества Бэнксу и произвело сенсацию не только в научном мире.Наполеон пригласил Вольта в Париж, лично присутствовал на демонстрации опыта, осыпал наградами и почестями.

    Благодаря этим первым батареям постоянного тока были немедленно сделаны два выдающихся открытия:

    C:\Users\Майк\Pictures\1024px-Вольтов_столб_—_схема.png

    Как устроена и работает обычная батарейка, гальванический элемент.

     

    В отличие от электростанций, гальванический элемент или привычней говоря — батарейка, огромную мощность не способна дать нам, но без неё невозможно обойтись в тех случаях, когда обычная сеть не доступна либо не целесообразна, так например электронные наручные часы или карманный радиоприёмник. Гальванический элемент — это источник электричества, который основан на химическом взаимодействии некоторых веществ между собой. Он был впервые придуман известным учёным Алессандро Вольта. И так давайте посмотрим, как же на самом деле всё происходит, и разберём устройство батарейки.

     

    Принцип работы батарейкиПредставим, у нас есть стеклянный сосуд, а в него налита серная кислота и опущен цинковый стержень. Поскольку на поверхности пластины находятся положительно заряженные атомы цинка, то в растворе вокруг стержня собираются отрицательные ионы раствора, а положительные ионы раствора выталкиваются в не эту область. Притяжение раствора отрывает ионы цинка, и они становятся уже частью этого раствора. В результате цинковый стержень становится отрицательно заряженным, а раствор положительно. Вот и получили разность потенциалов. И так что получается? При соприкосновении металла и раствора на границе возникает электрическое поле. В момент образования этого поля и происходит непосредственно само превращение химической энергии в электрическую.Что даёт нам возможность её использовать.

     

    Поляризация гальванического элементаТеперь вернёмся к понятию гальванический элемент и устройство батарейки. Мы выяснили, что для преобразования химической энергии в электрическую, необходимо наличие двух разнородных проводника с электронной проводимостью и раствор с ионной проводимостью.

     

    Элемент Вольта состоит из двух разных пластин меди и цинка, опущенных в слабый раствор серной кислоты. Медная пластина становится плюсом, а цинковая, минусом, с разность потенциала этого элемента в 1 вольт. Нужно заметить, что это вырабатываемое в итоге ЭДС, полностью зависит только от материала и от самих химических процессов внутри.

     

    Подсоединив гальванический элемент к обычной лампочке, мы увидим  что внутри электроны с цинка начнут переходить на медь, тем самым нарушая равновесие. В итоге на медной пластине начнет, выделятся газообразный водород. Это образование газа весьма негативно влияет на дальнейшую работу элемента, не давая ионам водорода заряжаться, поскольку собой они делают барьер между границей меди и раствора. И это поляризация.

     

    Гальванический элемент ЛекланшеДля борьбы с этим недостатком было придумано иное устройство батарейки. Он получил название - элемент Лекланше. В сосуде с раствором нашатыря, разбавленного водой помещены цинковый стержень и графитовый, для борьбы с поляризацией, графитовый стержень вокруг себя имеет слой двуокиси марганца, назначение которого сводится как раз для поглощения нежелательного газа.

     

    Таким образом гальванический элемент становится намного эффективнее. Именно на таком принципе и делаются большинство батареек, которыми мы с Вами пользуемся. Разница заключается в том, что в различных видах производимых батареек, отличие только в используемых веществах и материалах. Кстати именно эта разница и даёт определённые параметры и характеристики гальваническим элементам. Например, одни могут терять свой заряд постепенно и при этом ЭДС, так же будет, понижаться, а другие батарейки более равномерно отдают энергию и лишь в конце резко теряют заряд.

     

    Батарейки Гальванические элементыВ настоящее время существует множество различных типов гальванических элементов, к примеру: Марганцево - цинковый, Марганцево - оловянный, Марганцево - магниевый, Свинцово - цинковый, Свинцово - кадмиевый, Свинцово - хлорный, Хром - цинковый, Окисно - ртутно-оловянный, Ртутно - цинковый, Ртутно - кадмиевый и т.д. Кроме внутреннего состава, батарейки также отличаются размерам и, следовательно, ёмкостью заряда.

     

    Не стоит путать гальванический элемент и батарейку с аккумуляторной батареей, в ней совсем иной принцип работы, о котором мы обязательно поговорим в подходящей теме. Ну, а с этой, в общих чертах, думаю разобрались. На этом закончу тему, гальванический элемент, 

    Приложение 3

    Продемонстрируем опыт электрометрами. С помощью эбонитовой палочки зарядим электрометры. Далее соединим их с помощью проводника. Некоторое время по проводнику протекает электрический ток. Затем ток прекращается. Из опыта можно сделать вывод об одном из основном условии протекания тока в электрической цепи- наличии источника тока, или ЭДС.

    Рис 2

    Из опыта можно сделать вывод об одном из основных условии протекания тока в электрической цепи- наличии источника тока, или ЭДС.

    Приложение 4


    По теме: методические разработки, презентации и конспекты

    Источники тока

    Видеопрезентация содержит обобщающий материал по теме "Источники тока"....

    Закон Ома для участка цепи

    Открытый урок по электротехнике...

    Методическая разработка "Закон Ома для участка цепи"

    Методические указания к проведению урока по учебной дисциплине «ОП. 03 «Электротехника и электроника»» предназначены для студентов специальности  23.02.04 «Техническ...

    Публикация в открытых информационных источниках

    Деятельность    классного руководителя является важнейшим звеном в воспитательной системе  учебного заведения. Обусловлена она современными задачами, которые ставят перед учебным з...

    Методическая разработка учебного занятия по теме «Закон Ома для участка цепи»

    Методическая разработка учебного занятия по теме «Закон Ома для участка цепи»...