Виртуальный прибор — это всегда уместно. Решение задачи, 10 класс.


Виртуальный прибор - это всегда уместно. Решение задачи,
10 класс.
Учитель физики высшей квалификационной категории
Морозов Андрей Борисович
ГБОУ школа № 2101 «Филёвский образовательный центр»
2012-2016 г Москва
В данной работе мною приводится пример использование ВП в теме «Закон Ома для полной цепи» 10 класса. Представленная задача является классической в данной теме. Для ее решения у учащихся должны быть сформированны основные понятия в данном разделе и у них есть уже навык расчета схем с использованием закона Ома для полной цепи. Необходимый теоретический материал для учащихся представлен мной в виде слайда:

На фронт панели представленного ниже ВП возможно задавать значения сопротивления источника, его ЭДС, внешнее сопротивление. Разберем работу данного ВП с постановки задачи и ее решения с рассмтрением каждого графика в отдельности.

Постановка задачи:
Записать зависимости I(R); U(R); полной мощности от сопротивления P(R); полезной мощности от сопротивления p(R); определить зависимость кпд схемы от внешнего сопротивления. Определить значение внешнего сопротивления и кпд при максимально полезной мощности. Построить графики.
Решение:
Данная задача имеет ключевое значение в понимании темы: закон Ома для полной цепи.

Зависимость тока от сопротивления в цепи представлена на графике. Обратите внимание, что максимально возможный ток – это ток короткого замыкания, когда идеальный амперметр подключен непосредственно к источнику тока.
Зависимость напряжения от сопротивления в цепи представлена на графике. Если внешнее сопротивление велико, то идеальный вольтметр показывает эдс источника. Подключая вольтметр на источник мы, по сути, измеряем Э.Д.С.
Зависимость полной мощности от сопротивления в цепи представлена на графике. Обратите внимание, что максимальная мощность достигается при токе короткого замыкания.
Зависимость полезной мощности от сопротивления в цепи представлена на графике. Собственно говоря, это и есть ключевой вопрос данной задачи.
Способ:
Для нахождения значения внешнего сопротивления, которому соответствует точка перегиба, необходимо взять производную и приравнять ее к нулю определив, что при максимально полезной мощности внешнее сопротивление должно равняться внутреннему сопротивлению источника. Забегая вперед, можно сказать, что при максимальной мощности кпд=50%
Способ.
Можно решить по-другому, выразив полезную мощность через полную мощность и мощность источника, определив максимальную мощность при найденном токе через производную. Очевидно, что зависимость полезной мощности от тока будет перевернутая парабола.
1856677323627400552978306127

Зависимость кпд от внешнего сопротивления в цепи представлена на графике. Теперь очевидно, что при максимальной полезной мощности R=r; кпд=50%.

Задача №2.
Можно показать продолжение этой задачи
Итак, определить при каком значении R мощность, выделяемая во внешней цепи, будет максимальна?

Решение:
Напомним, что при решении задачи необходимо выразить полезную мощность и приравнять производную к нулю как это было в прошлой задаче. 26511251234440
Задача №3.
Определить максимальную мощность, выделяемую на внешнем резисторе.

Решение:
Каждый источник создает в резисторе свой ток, который равен сумме токов I1; I2. Из задачи №1 мы знаем, что внешнее сопротивление равно внутреннему сопротивлению эквивалентного источника при максимально полезной мощности, а полезную мощность мы уже умеем находить. 19050010596330
Ниже представлена блок диаграмма приведённого ВП. Одна из моих любимых программ. Минимум средств максимум результата, собственно именно в ней воплотилась сама идеология графического программирования.

P.S. Представленная работа является фрагментом другой моей работы под названием «Удивительная схема» в которой рассматриваю более 100 задач, когда в цепи постоянного тока различные виды нагрузок (резисторы, измерительные приборы, конденсаторы, катушки индуктивности) тип самой же схемы остается все время одинаковый.

Приложенные файлы

  • docx file5
    Размер файла: 295 kB Загрузок: 2