Закон Ома для замкнутой цепи

ЦЕЛЬ УРОКА: На основе экспериментов и теоретического анализа механи­ческой модели замкнутой электрической цепи вывести формулу закона Ома и научить учащихся применять его в конкретных ситуациях.

ТИП УРОКА: комбинированный.

ОБОРУДОВАНИЕ: ванна электролитическая, раствор серной кислоты, вольтметр демонстрационный с добавочным сопротивлением 300 Ом, магазин сопротивлений, соединительные провода, модель замкнутой электрической цепи на магнитной доске, обобщающая таблица " 3акон Ома".

ПЛАН УРОКА: 1. Вступительная часть 1-2 мин

2. Опрос 10 мин

3. Объяснение 20 мин

4. Закрепление 10 мин

5. Задание на дом 2-3 мин

II. Опрос фундаментальный: 1. ЭДС. 2. Химические источники тока.

Задачи:

1. Электрическая " атомная" батарея представляет собой металлическую сферу с изолированным от нее куском -радиоактивного вещества. Число атомов, распадающихся в единицу времени n, энергия вылетающих электронов Е. Определите напряжение на разомкнутых клеммах батареи. Какой наибольший ток может давать эта батарея?

Дополнительная информация: Размеры нанобатареек на основе радиоактивных изотопов меньше копеечной монеты, но они позволяют не менее полувека давать энергию для питания мобильного телефона.

2. Конденсатор емкостью 20000 мкФ подключен к источнику тока регули­руемой ЭДС. Если ЭДС источника тока равномерно изменяется со скорос­тью 10 В/с, то какова сила тока в этой цепи?

3. В цепь, состоящую из медного провода сечением 5 мм², надо включить свинцовый предохранитель. Какое сечение должен иметь предохранитель, чтобы при нагревании провода более чем на 10⁰С он расплавлялся? Начальная температура свинца 27⁰С, температура плавления 327⁰С. Вследствие кратковременности процесса потерями тепла на нагревание окружающей среды пренебречь.

III. Изготовим простейший гальванический элемент. Измерим напряжение на клеммах источника тока. Чему равна ЭДС источника тока? Далее, повторение с использованием механической модели.

Замкнем клеммы источника тока проводником (лампочка на 2, 5 В). Чему теперь равно напряжение на клеммах источника тока? Почему оно стало меньше? В каком случае напряжение на клеммах источника тока равно ЭДС? А если внутренний участок электрической цепи обладает сопротив­лением?! Каково соотношение между напряжением и ЭДС в этом случае? Где " потерялась" часть напряжения? Демонстрацию можно провести с выпрямителем ВС-24, вольтметром демонстрационным со шкалой на 5 В и магазином сопротивлений. Установив = 4 В, замыкают источник тока на внешнюю нагрузку. Почему U < ε? Чему равно U_вн? Как зависит U и U _вн от R?.

ε =U+U_вн – экспериментальная проверка.

U = IR, U_вн= Ir, ε =U+Ir.

1) I=0; U=ε.

2) r=0; ε =U (идеальный источник тока).

3) r≠ 0, I≠ 0, U< ε.

Вопросы:

1. Является ли гальванический элемент (источник тока) источ­ником электрических зарядов?

2. Почему свет фар автомобиля тускнеет во время запуска двигателя?

3. Почему при включении в сеть электроутюга (электроплитки) накал ламп в квартире сразу же заметно падает, но вскоре возрастает, дости­гая примерно прежнего уровня?

Задача: Внутреннее сопротивление источника тока 0, 5 Ом, а его ЭДС 1, 5 В. Сопротивление потребителя 2, 5 Ом. Сопротивление амперметра и подводящих проводов ничтожно мало, а сопротивление вольтметра очень велико. Определить пока­зания амперметра и вольтметра для положе­ний 1, 2 и 3 переключателя П.

Исследование других случаев: 4) R (вольтметр, ключ). 5) r (электростатическая машина). 6) r (аккумулятор).

Полезная мощность:

график

Полная мощность: . КПД источника тока:

Вопрос: Два потребителя подключаются к электрической батарее: один раз последовательно, другой - параллельно. В каком случае КПД будет больше?

IV. Задачи:

1. При подключении к батарее гальванических элементов сопротивления 16 Ом сила тока в цепи была 1 А, а при подключении сопротивления 8 Ом, сила тока стала 1, 8 А. Найти ЭДС и внутреннее сопротивление батареи.

2. Источник тока с ЭДС 50 В и внутренним сопротивлением 2 Ом должен питать дуговую лампу с сопротивлением 6 Ом, требующую для нормально горения напряжения 30 В. Определите сопротивление резистора, введенного последовательно в цепь лампы для ее нормального горения.

3. Резисторы, сопротивления которых 2 Ом и 8 Ом, поочередно подклю­чаемые к батарее, потребляют одинаковую мощность 8 Вт. Какую макси­мальную мощность на внешней нагрузке можно получить от данного источника тока?

4. При подключении к батарее резистора на нем выделяется мощность 12 Вт. При этом КПД системы, состоящей из резистора и батареи, оказался равным 0, 5. Найти КПД системы при подключении к батарее другого резистора, на котором выделяется мощность 9 Вт.

5. Два одинаковых плоских конденсатора с расстоянием между обкладками d подключены последовательно к батарее с ЭДС и внутренним сопротивлением r. В левом конденсаторе расположена диэлектрическая пластина толщиной h (h< d) с диэлектрической проницаемостью . Послу установления стационарного состояния пластину быстро выдвигают из конденсатора так, что заряды на обкладках этого конденсатора не успевают измениться. Определить величину и направление тока через батарею сразу после удаления пластины.

Вопросы:

1. Почему гальванический элемент с небольшой - порядка нес­кольких вольт - ЭДС может дать значительный ток, а электрофорная машина, ЭДС которой достигает десятков тысяч вольт, дает ток ничтожной силы?
2. Является ли гальванический элемент (источник тока) источ­ником электрических зарядов?
3. Почему свет фар автомобиля тускнеет во время запуска двигателя?
4. Почему при включении в сеть электроутюга (электроплитки) накал ламп в квартире сразу же заметно падает, но вскоре возрастает, дости­гая примерно прежнего уровня?
5. При каких условиях от данного элемента можно получить максималь­ный ток?
6. В двух цепях, содержащих каждая источник тока и резистор, макси­мальные силы тока одинаковы, а полезная максимальная мощность в одном случае в два раза больше, чем во втором. Какими параметрами отличаются эти цепи?
7. Как будут изменяться показания приборов при перемещении движка реостата влево?

V. § 59 Упр. 10, №№ 5-7

1. Подготовить пятиминутное сообщение о жизни и научной деятельности Георга Ома.

2. Составить обобщающую таблицу " Закон Ома для замкнутой цепи", используя рисунки, чертежи и текстовый материал.

3. Определите ЭДС источника тока с помощью двух вольтметров, используя минимальное число электрических схем.

4. Соберите цепь по схеме, которая позволяла бы получить график, зависимости полезной мощности, развиваемой источником тока на реостате, от силы тока. Используя данные графика, найдите ЭДС и внутреннее сопротивление источника; постройте графики: Р = Р_п (r), Р = Р (R).

" Теория - обаятельная мать тяжелого, нудного эксперимента".

Харлан Мэйс

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4: " ИЗМЕРЕНИЕ ЭДС И ВНУТРЕННЕГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ИСТОЧНИКА ТОКА".

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Научить учеников измерять ЭДС и внутреннее сопротивление источника тока.

ТИП УРОКА: лабораторная работа.

ОБОРУДОВАНИЕ: аккумулятор (батарейка), амперметр и вольтметр лабора­торные, реостат, резисторы на колодке, соединительные провода, эталонный источник тока.

ПЛАН УРОКА: 1. Вступительная часть 1-2 мин

2. Краткий инструктаж 5 мин

3. Выполнение работы 30 мин

4. Подведение итогов 5 мин

5. Задание на дом 2-3 мин

II. Инструктаж по выполняемой работе (рассказ ученика и дополнения с мест). Записать в тетради название работы, цель, оборудование, краткую теорию, зарисовать на доске электрическую схему установки. Измерение силы тока и напряжения, вычисление ЭДС и внутреннего соп­ротивления источника тока. .

Отчетная таблица:

№, п/п	U, В	, В	, В	I, А	, А	R, Ом	, Ом
1.

III. Можно предложить выполнить работу различными способами:

1. Измерение ЭДС вольтметром и затем определение внутреннего сопро­тивления источника тока (метод описан в учебнике).

2. Традиционный способ с помощью амперметра, вольтметра и реостата.

3. Амперметр и два резистора с известным сопротивлением, поочередно включаемые в электрическую цепь.

IV. Сравнение относительной погрешности результата измерения. Какой из методов измерения ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока является наиболее точным?

V. Упр. 10, № 9

" Важнейшая задача цивилизации -
научить человека мыслить".

Томас Эдисон