Творческая лаборатория по теме «Графическое изучение закона Ома для полной цепи »
учебно-методический материал

Творческая лаборатория по теме «Графическое изучение закона Ома для полной цепи »

Цели урока:

• дидактические – создать условия для усвоения нового учебного материала, используя исследовательский метод обучения;
• образовательные - формировать понятия о ЭДС, внутреннем сопротивлении и токе короткого замыкания.
• развивающие – развивать графические умения учащихся, формировать навыки обращения с источниками тока.
• воспитательные – прививать культуру умственного труда.

Тип урока: урок усвоения нового материала.

Оборудование: комплект «Электричество-1 и 2» из набора оборудования «L – микро», источник тока – плоская батарейка.

ХОД УРОКА.

1.Оргмомент.(1-2 мин.)

2.Актуализация знаний.(5 мин.)

Для достижения целей сегодняшнего урока нам необходимо вспомнить изученный ранее материал. В ходе ответов на вопросы мы будем записывать основные выводы и формулы в тетрадях и на доске.

• Закон Ома для участка цепи и его график.
• Понятие вольт – амперной характеристики.
• Понятие ЭДС, внутреннего сопротивления, тока короткого замыканияЗакон Ома для замкнутой цепи.
• Формула для вычисления внутреннего сопротивления.
• Формула для вычисления ЭДС через силу тока и сопротивления резисторов (задача 2 на стр.40 после §11)
• Формула для вычисления ЭДС через напряжение и сопротивления резисторов.

Постановка учебной задачи. Формулировка темы и цели урока.

1. Измерит ЭДС, внутреннее сопротивление и ток короткого замыкания несколькими способами.
2. Изучить физический смысл ЭДС.
3. Найти наиболее точный способ определения ЭДС

Выполнение работы.

Первый способ – прямое измерение ЭДС.

Основано на законе Ома для замкнутой цепи, после преобразования которой получим следующую формулу:

U= E - I r.

При I=0 получим формулу расчета ЭДС: E=U. Вольтметр, подключенный к зажимам источника тока показывает значение ЭДС.

По показанию вольтметра, запишем значение ЭДС: Е=4,9 В. и ток короткого замыкания: Iк.з = 2, 6 А

Внутреннее сопротивление вычислим по формуле:

r = (E – U) / I = 1, 8 Ом

Второй способ – косвенное вычисления

1.по показаниям амперметра.

Соберем электрическую цепь, состоящую из последовательно соединенных источника тока, амперметра, резистора (сначала 2 Ом, потом 3 Ом) и ключа, как показано на рисунке.

По формуле: r = (I2R2 – I1R1) / (I1 – I2) вычислим внутреннее сопротивление: r = 3 Ом

По формуле: Е = I1R1 – I1 r находим ЭДС: Е =6 В.

По формуле Iкз. = Е / r определяем ток короткого замыкания: Iкз =2 А.

2.по показаниям вольтметра.

По показаниям вольтметра и учитывая значения сопротивлений резисторов, получим следующие результаты:

r = 1 Ом, Е =3 , 8 В. Iкз =3 , 8 А.

Третий способ – графическое определение.

В задаче 5 (стр.40) домашнего задания спрашивается построить графики зависимости силы тока от сопротивления и электрического напряжения от сопротивления. Данная задача приводит к идее изучения закона Ома для полной цепи через график зависимости величины, обратной силе тока от внешнего сопротивления.

Перепишем данную формулу в другом виде:

1 / I = (R+ r) / Е.

Из данной записи видно, что зависимость 1 / I от R является линейной функцией, т.е. графиком является прямая.

Соберем электрическую цепь, состоящую из последовательно соединенных источника тока, амперметра, резистора и ключа. Меняя резисторы, запишем их значения и показания амперметра в таблицу. Вычисляем величину, обратную силе тока.

Построим график зависимости величины, обратной силе тока от внешнего сопротивления и продолжим его до пересечения с осью R.

Анализ полученного графика.

• Точка А на графике соответствует условию 1 / I = 0 , или R= ∞, которое возможно при R= r
• Точка В получена при сопротивлении R=0, т.е. она показывает ток короткого замыкания.
• Отрезок АД равен сумме сопротивлений R+ r
• Отрезок КД - это 1 / I.

Из преобразованной в начале работы формулы: 1 / I = (R+ r) / Е, находим:

1 / Е = (1 / I ) / (R + r ) = tg α

Отсюда находим ЭДС:

Е = сtg α = (АД) / (КД)

Результаты вычислений:

r = 1, 9 Ом, Е =4, 92 В. Iкз =2, 82 А.

Обобщение результатов измерений.

Основные выводы и анализ результатов.

• ЭДС источника тока равна сумме падений напряжений на внешнем и внутреннем участках цепи: Е = IR + Ir =Uвнеш + Uвнутр.
• ЭДС измеряют высокоомным вольтметром без внешней нагрузки: U =E при R .
• Ток короткого замыкания опасно при малом значении внутреннего сопротивления источника тока.
• Более точные результаты получаются при прямом измерении и графическом определении.
• При выборе источника питания необходимо учитывать ряд факторов, определяемых условиями эксплуатации, свойствами нагрузки, временем разрядки.