Сравнение электродвижущих сил элементов методом Поггендорфа
статья по физике (11 класс) по теме

Сравнение электродвижущих сил элементов методом Поггендорфа

Некрасов Александр Григорьевич, учитель физики.

Статья отнесена к разделу: Преподавание физики.

Цели урока: На основе виртуального эксперимента сравнить электродвижущие силы (ЭДС) источников напряжения методом компенсации силы тока в сложной электрической цепи.

Задачи урока:

Образовательная: На виртуальном опыте показать возможность одного из методов определения неизвестной ЭДС источника на основе использования правил Кирхгофа.

Развивающая: Развивать внимание, умение творчески и логически анализировать экспериментальные данные, собирать электрические цепи на моделях, измерять электрические величины. Повышать интерес к физике путем выполнения лабораторной работы расчета требуемых величин.

Воспитательная: Развивать самостоятельность, аккуратность и внимание при проведении компьютерного эксперимента, чувство ответственности за полученные результаты. Воспитание мировоззренческих понятий: познаваемость окружающего мира, явлений.

Форма урока:  виртуальная лабораторная работа.

Теоретическое обоснование

Иоганн Поггендорф

Иоганн Поггендорф (29 декабря 1796, Гамбург — 24 января 1877, Берлин) - немецкий физик, с 1834 года доктор философии и экстраординарный профессор Берлинского университета, с 1839 — член Берлинской академии наук, а с 1844 года — доктор медицины, с 1845 — иностранный член Шведской королевской академии наук, иностранный член-корреспондент Императорской Санкт-Петербургской Академии Наук (1868). Работы относятся к электричеству и магнетизму, истории физики. В 1821 году изобрёл гальванометр; предложил в 1826 году метод зеркального отсчета в электроизмерительных приборах, сконструировал реостат в 1842 году и прибор для измерения электрической поляризации (в 1843 году). Занимался усовершенствованием гальванических элементов. По его предложению Ю. Либих ввёл (1835) в химию понятие       "альдегид".

        Схема опыта для проведения виртуального эксперимента по сравнению двух источников ЭДС приведена на рисунке справа. Здесь  значения ЭДС источников, одна из которых может быть неизвестной. Стрелками указаны направления токов, .

Допустим, что  Запишем первое правило Кирхгофа для узла:

                                                                                                    (1)

Запишем второе правило Кирхгофа для нижнего и верхнего контура соответственно:

Найдем условие, при котором ток через амперметр не пойдет (). Если  то  и, следовательно,

                                                                     (2)

Из (2) получаем искомое условие

                                                                                                        (3)

Соотношение (3) позволяет сравнить два источника ЭДС, или, зная величину одного, найти величину другого.

Порядок выполнения работы

На рисунке представлен интерфейс монтажного стола, на котором можно собирать электрические цепи.

1. Соберем цепь, схема которой приведена на рисунке:

Отсюда берутся элементы цепи.

2. Поставим переключатель мультиметра в положение для измерения тока и замкнем ключ. Передвигая курсором (который примет вид руки) бегунки реостатов, добиваемся установления нулевого тока через амперметр. Это и будет означать применимость формулы (3).
3. Подведя курсор к резисторам, снимем показания величин сопротивлений. Можно определить значения сопротивлений и так: нажать кнопку

и, выделив курсором то или иное сопротивление (появятся желтые точки), и в открывшемся окошке снять значения этих сопротивлений. Аналогично можно определить значения ЭДС, после чего проверить формулу (3). Если поставлена задача определения неизвестной ЭДС, роль которой может играть любая из двух ЭДС, то, определив вышеизложенным способом ее значение, можно рассчитать по формуле (3) неизвестную.

 4.  При выполнении работы можно задавать значения  ЭДС,                                                сопротивлений, реостатов по своему усмотрению. А                                          

                        уже потом добиваться нулевого значения тока.

Используемый источник:

1. http://elektronika.newmail.ru

2. Первая ПОмощь 2.0. ЭОР нового поколения. DVD диск.
3. Зисман Г.А и Тодес О.М. Курс общей физики. Т.II, Электоричество и магнетизм. М.: «Наука», 1972, 366 с.
4. Сивухин Д. В. Общий курс физики. Т. II. Электричество. – М.:  Физматлит, 2004. – 656 с.