Конспект открытого урока на тему: «Закон Ома для участка цепи. Сопротивление. Электрические цепи. Последовательное и параллельное соединения проводников»


Депобразования и молодежи Югры
бюджетное учреждение профессионального образования
Ханты-Мансийского автономного округа – Югры
«Мегионский политехнический колледж»
(БУ «Мегионский политехнический колледж»)


Конспект открытого урока на тему:
«Закон Ома для участка цепи. Сопротивление. Электрические цепи. Последовательное и параллельное соединения проводников»




Преподаватель физики:
Магомедов А.М.










г.Мегион, 2015г.


Конспект открытого урока по физике.

Преподаватель физики и технической механики:
Магомедов А.М. Группа –201

Тема: Закон Ома для участка цепи. Сопротивление. Электрические цепи.
Последовательное и параллельное соединения проводников.

Эпиграф: «Да, есть слова, что жгут, как пламя, что светят вдаль и в глубь – до
дна » А.Т. Твардовский
Самый длинный путь начинается с первого шага»
Китайская поговорка.

Тип урока: Изучение нового материала.

Цели урока:
Объяснить учащимся на основе опытных фактов общие положения,
качающиеся закону Ома для участка цепи, сопротивлению проводника.
2) Показать, объяснить важность и значение закона Ома для участка цепи.
Используя классическую электронную теорию сделать вывод закона
Ома для участка цепи и показать этим ограниченность классической
электронной теории.
Показать и объяснить, что собой представляет электрические цепи,
последовательное и параллельное соединения проводников.
5) Применяя закон Ома для всего участка в целом доказать, что
полное сопротивления всего участка цепи при последовательном
соединении равно R=R1+R2 и параллельном соединение R= R1·R2
R1+R2
6) На основе опытных фактов показать, что параллельное соединение
является самым распространенным способом соединения различных
потребителей.
7) научить учащихся с помощью полученных знаний использовать закон
Ома для участка цепи на практике и научить использовать
последовательное и параллельное соединение потребителей на практике
в быту и при выполнении различных лабораторных работ.

Форма урока: Урок-лекция

Методические приемы: актуализация основных опорных знаний и повышения интереса учащихся к изучению учебного материала посредством выполнения учащимися творческих работ (выступления обучающихся с докладом) решения разноуровневых и тестовых заданий, игровые моменты урока – разные конкурсы.
Оборудование урока: 1.Плакаты разного рода, мел, приборы, доска, карточки, рефераты.
Приборы для демонстрации закона Ома для участка цепи и для демонстрации по определению зависимости сопротивления проводника от длины L, площади поперечного сечения проводника S и от материала проводника.
Видеоаппаратура.
Вид урока: Традиционный.
Методы: Частично-поисковый.
Мотивация 1.Организационный момент - побудительная мотивация. Это проверка готовности учащихся к уроку, где называется тема, цель урока, как работаем, как эти знания пригодятся для жизни. Создать эмоциональный настрой на урок.
2. Познавательная мотивация.
Познаем, что определяет закон Ома для участка цепи в электрической цепи при заданном напряжении и известном сопротивлении, что позволяет рассчитать закон Ома для участка цепи, что вытекает закона Ома, важность закона Ома.
Познаем, что различные проводники в цепи соединяются друг с другом последовательно или параллельно, важность использования этих соединений в различных отраслях техники, промышленности, какова специфика соединения электрических ламп в квартире, в организациях, заводах, фабриках, а также в сложных электрических цепях и схемах.
Изложение данной темы обеспечивает преемственность и последовательность изучения школьного курса физики.

1.Организационный момент.
Учитель проверяет готовность учащихся к уроку, называет тему, цели урока: создает эмоциональный настрой на урок.
2. Повторение – проверка знаний по теме:
«Электрический ток. Сила тока. Условия, необходимые для существования электрического тока».
а) Работа над ошибками в домашнем задании.
б) Фронтальный опрос
Что называют электрическим током?
Что называют силой тока?
Чему равна сила тока?
Какое направление тока принимают за положительное?
Что такое Ампер?
Для возникновения и существования постоянного электрического тока в веществе, что необходимо во - первых?
Что необходимо для создания и поддержания упорядоченного движения заряженных частиц во – вторых?
С какой силой действует электрическое поле на заряженные частицы? (F = q х E)
Что служит причиной, вызывающей и поддерживающей упорядоченное движение заряженных частиц внутри проводника?


Что существует между концами проводника в соответствии с формулой
E = U , если внутри проводника имеется электрическое поле?

·d

Решить задачу.


Конденсатор имеет электроемкость C = 5пФ
Какой заряд находится на каждой из его обкладок, если разность потенциалов между ними U= 1000B

Дано
С = 5пФ
U = 1000B
Си
5х10-12Ф
Решение
q = C х U = 5х10-12х1000=5х10-9 Кл


Ответ: q = 5х10-9Кл

q - ?




Найти скорость упорядоченного перемещения электронов в металлическом проводнике, если сила тока J = 1A , S = 10-6м2, l = 1,6х10-19 Кл.
Число электронов в 1м3 меди равно числу атомов в этом объеме.
n = 8,5х1028м-3


Дано
I = 1A
S = 10-6м2
L = 1,6х10-19 Кл
n = 8,5х1028м-3
Си
Решение
I 1_________

· = l х nх S = 1,6х10-19х8,5х102810-6 = 7х10-5м
c

Ответ:
· = 7х10-5м/с


·- ?




Задача 3
Сила тока в цепи электрической лампы равна 0,3 А. Сколько электронов проходит через поперечное сечение спирали за 5 мин? Какой электрический заряд проходит через поперечное сечение ее спирали за 10 мин.?

Дано Cи Решение
I = 0,3 A 5 х 60 сек I =
·q

·t1 = 5 мин. 10 х 60 сек
·t1

·t2 = 10 мин.
·q1=I x
·t1=0,3 x 300=90 Кл
nэ=
·q = 90 Кл =5,6х1020элек.
nэ -? l 1,6x10-19Кл

·q-?
nэ =5,6х1020 эл


·q2 = I x
·t2=0,3 x 10 x 60 = 180 Kл.
Ответ: nэ=5,6 х 1020 эл,
·q2=180 Кл.


Задача 4.
Плоский конденсатор зарядили при помощи источника тока напряжением
U = 200В. Затем конденсатор был отключен от этого источника тока. Каким станет напряжение U1 между пластинами, если расстояние между ними увеличить от первоначального d = 0,2 мм до d1 = 0,7 мм, а пространство между пластинами заполнить диэлектриком с диэлектрической проницаемостью Е = 3

Дано
U = 200B
d = 0,2мм
d1 = 0,7 мм
Е1 = 7
Е = 1
Сu
0,2х10-3м
0,7х10-3м

Решение

С = , C1=


U=


U1=


U =
U1

U1 x d x E1 = U x d1

U1=Uxd1 =200x0,7x10-3 = 20 =200 =100B
dxE1 0,2x10-3x7 0,2 2
U1=100B,
Ответ : U1 =100В


U1-?





Изучение новой темы.
Деятельность учителя. Деятельность обучающихся.
1.Вольт – амперная характеристика.
При изучении предыдущей темы было установлено, что для существования тока в проводнике необходимо создать разность потенциалов на его концах. Сила тока в проводнике определяется этой разностью потенциалов. Чем больше разность потенциалов, тем больше напряженность электрического поля в проводнике и, следовательно, тем большую скорость направленного движения приобретают заряженные частицы.
Согласно формуле I=
·q= q0 xU x
·xS

·t

Это означает увеличение силы тока.
Для каждого проводника – твердого, жидкого и газообразного – существует определенная зависимость силы тока от приложенной разности потенциалов на концах проводника. Эту зависимость выражает так называемая вольт – амперная характеристика проводника.
Наиболее простой имеет вольт – амперная характеристика металлических проводников и растворов электролитов. Впервые ее установил немецкий ученый Георг Ом, поэтому зависимость силы тока от напряжения носит название закона Ома. На участке цепи, изображенной на рис. 1, так
I
1 2


R


Рис. 1

направлен от точки 1 к точке 2.
Разность потенциалов (напряжение) на концах проводника равна:
U=
·1-
·2 ,
·1>
·2

Согласно закону Ома для участка цепи сила тока прямо пропорциональна приложенному напряжению U и обратно пропорциональна сопротивлению проводника R:
I = U
R



Рассмотрим классическую электронную теорию и применим ее для вывода закона Ома для участка электрической цепи.
Покажем, как можно вывести закон Ома из положений классической электронной теории.

·


А В

· А
· В


Рис.2



Участок АВ цепи схематически представлен на рис. 2. По классическим представлениям в металле есть ионная решетка и свободный «Электронный газ». В процессе хаотического движения электроны сталкиваются с ионами. Расстояние, которое проходит электрон от одного столкновения до другого, называется длиной свободного пробега (обозначается
· ), а время от одного столкновения с ионом до другого называется временем свободного движения (обозначается
· ).
При хаотическом движении электронного газа перемещения заряда в проводнике в среднем нет. Но если на концах проводника А и В имеется разность потенциалов
·А -
·В, а внутри проводника – электрическое поле, напряженность которого Е =
·А-
·В = U,
L L то возникает поступательное движение
электронов, получившее название «дрейф электронов».
Сила тока I в цепи может быть выражена через заряд электрона l , концентрацию электронов n, среднюю скорость дрейфа электронов
·др и площадь сечения проводника S I=lx nx
·др хS
·др-?
Средняя скорость дрейфа Электронов может быть найдена итак. Поле действует на электроны с силой F = l E =l E =l U
L
И сообщает ускорение а = F =lxU
m mxL
где m – масса электрона.

Поэтому
·др= а х
· = lxU x
·
2 2xmxL

·тепл >>
·пост



Учащиеся должны четко понимать различие между скоростью теплового хаотического движения
·тепл и скоростью поступательного движения
·пост

·др=lxUx
·
2mn.
Если длина свободного пробега
· , то время между двумя последовательными столкновениями электрона с ионами равна
· =
· ,

·тепл

·др= lx Ux
·= lxUx
·
·др=lxUx
·
2mxn 2mxnx
·тепл 2mxnx
·тепл




Подставляя это выражение в найденную нами формулу для силы токаI, получаем
I = lxnx
·дрхS = l2 x Ux
·xn xS I = l2 x Ux
·xn xS
2mnx
·тепл 2mnx
·тепл

Знаменатель данной дроби зависит от размеров проводника L и S и характеризующих данное вещество величин n и
·. Величина
·тепл зависит от температуры, но при фиксированной температуре она также постоянна. Постоянную для данного проводника величину 2m
·тепл х h можно назвать электрическим сопротивлением и обозначить l2 х n х
· S
через R .Это и есть закон Ома.
Выражение R= 2m х
· тепл. х h можно далее привести к виду R = g х L ,
l2 х n х
· S S
если ввести понятие удельного сопротивления.
g = 2m х
·тепл.
l2 х n х X
Из выражения для g видно, что удельное сопротивление зависит от температуры через
·тепл. . Но учащиеся уже знают, что
·тепл. ~
· T .
Опыт показывает другую зависимость g от Т.
g~T. Это противоречие обусловлено ограниченностью классической электронной теории. Зависимость g от T может быть правильно объяснена только на основе квантовой механики.
[ R] =10 м.
Проводник имеет сопротивление 1 0м, если при разности потенциалов 1 В сила тока в нем равна 1 А.
Значение закона Ома.
Закон Ома определяет силу тока в электрической цепи при заданном напряжении и известном сопротивлении.
Он позволяет рассчитать тепловые, химические и магнитные действия тока, так как они зависят от силы тока.
Из закона Ома вытекает, что замыкать обычную осветительную сеть проводником малого сопротивления опасно. Сила тока окажется настолько большой, что это может иметь тяжелые последствия.
Закон Ома – основа всей электротехники постоянных токов.
От источника тока энергия может быть передана по проводам к устройствам, потребляющим энергию: электрической лампе, радиоприемнику и др. Для этого составляют электрические цепи различной сложности. Электрическая цепь состоит из источника энергии, устройств, потребляющих электрическую энергию, соединительных проводов и выключателей для замыкания цепи. Часто в электрическую цепь включают приборы, контролирующие силу тока и напряжение на различных участках цепи,- амперметры и вольтметры. К наиболее простым часто встречающимся соединениям проводников относятся последовательное и параллельное соединения.
Последовательное соединение проводников.
При последовательном соединении электрическая цепь не имеет разветвлений. Все проводники включают в цепь поочередно друг за другом.

J
1 2


U1 U2

R1 R2 рис.3


J 1 =J 2=J J1 = J=

R = R 1+ R2
U = U 1+ U 2 U 1 = U 2 = U1 = R1
R1 R2 U 2 R2

U1хR2 = U2хR1

Левую и правую часть этого равенства на U2хR2, и получим
U1xR2 = U2xR1 => U1=R1
U2xR2 U2xR2 U2 R2

Параллельное соединение проводников.
На рис. 4 показано параллельное соединение двух проводников 1 и 2 с сопротивлениями R1 и R2. В этом случае электрический ток I разветвляется на две части. Силу тока в первом и втором проводниках обозначим через I1 и I2. Так как в точке а – разветвления проводников (такую точку называют узлом) – электрический заряд не накапливается , то заряд, поступающий в единицу времени в узел, равен заряду, уходящему из узла за это время.
I=I1+I2 I1
U=U1=U2

1
U
a b

2
I2 рис.4


В осветительной (цепи) сети поддерживается напряжение 220 или 127 В. На это напряжение рассчитаны приборы, потребляющие электрическую энергию. Поэтому параллельное соединение – самый распространненый способ соединения различных потребителей. В этом случае выход из строя одного прибора не отражается на работе остальных, тогда как при последовательном соединении выход из строя одного прибора размыкает цепь. Применяя закон Ома для всего участка в целом и для участка в целом и для участка с сопротивлениями R1 и R2, можно доказать, что величина, обратная полному сопротивлению участка аb, равна сумме величин, обратных сопротивлениям отдельных проводников:
I=I1+I2 1 =1 + 1
U=U1=U2 R R1 R2
1 = 1 + 1
R R1 R2

R = R1 x R2 R = R1xR2
R1+R2 R1+R2

Сила тока в каждом из проводников и сопротивления проводников при параллельном соединении связаны соотношением:
I1 = R2
I2 R1

Различные проводники в цепи соединяются друг с другом последовательно или параллельно. В первом случае сила тока одинакова во всех проводниках, а во втором случае одинаковы напряжения на проводниках.
А теперь уважаемые учащиеся проведем разработку заданий разного уровня сложности для закрепления данной темы на примерах решения задач.
Задача 1.
Сила тока в цепи, содержащей реостат, I = 3,2 А. Напряжение между клеммами реостата U = 14,4 В. Каково сопротивление R этой части реостата, в которой существует ток?
Дано Решение
I = 3,2 A Согласно закону Ома
U = 14,4 B I = U => R = U =14,4 =4,5 Ом
R I 3,2
R-?
Ответ: R=4,5 Ом.

Задача 2
Участок цепи состоит из стальной проволоки длиной 2 м. и площадью поперечного сечения 0,48мм2, соединенной последовательно с никелиновой проволокой длиной 1 м и площадью поперечного сечения 0,21 мм2. Какое напряжение надо подвести к участку, чтобы получить силы тока 0,6 А?

Дано Си Решение
l1 = 2 0,48 х 10-6 м2 R1=g1 l1_
S1=0,48 мм2 0,21 х 10-6м2 S1
l2=1м R2 =g2 l2
S2=0,21мм2 S2
I =0,6A R=R1+R2
I= I1=I2
U-? U=U1+U2

При последовательном соединении
U1 = I1xR1 g1=12x10-8Ом м
U2 = I2xR2 g2=42х10-8Ом м
R1=12x10-8 2 = 24x10-8 =1 =0,5 Ом
0,48 x10-6 48x10-8 2



R2=42x10-8 1 = 42x10-9 = 2 Ом
0,21 x10-6 21x10-6


R= 2+0,5 = 2,5 Ом
U1= 0,6 x 0,5 = 0,30 B
U2= 0,6 x 2 = 1,2 B
U = 0,3 +1,2 =1,5 B
Ответ: U =1,5 B

Задача 2
Цепь состоит из трех последовательно соединенных проводников, подключенных к источнику напряжением 24 В. Сопротивление первого проводника 40 м, второго 60 м, и напряжение на концах третьего проводника 4В. Найти силу тока в цепи, сопротивление третьего проводника и напряжения на концах первого и второго проводников.
Дано R1 R2 R3
R1 = 4 Ом
R2 = 6 Ом
R3
U = 24 B
U3 = 4 B
I = ?
R3 = ?
U1 = ?
U2 = ?
Решение
В данной цепи последовательное соединение
R = R1+R2+R3 I = U
U = U1+U2+U3 R
I = I1 = I2 = I3 I = U1
U1 = I1х R 1 R1
U2 = I2 х R2 I = U2
U3 = I3 х R3 R2
U = I х R I = U3
R3

U = I х R1 + IR2 + IR3
U = I (R1 + R2 + R3)
Найдем R3 из формулы (3), поставим U = I (R1 + R2 + R3) (1)
в формулу (1) и получим соответствующее U3 = I х R3 (2)
уравнение. R3 = U3 (3)
I
U = I (R1 + R2 + U3) тогда
I U1 = 2 х 4 = 8 В
U = I (4 + 6 + 4 ) U2 = 2 х 6 = 12 B
I U3 = 4 B
U = I (10 + 4 ) U = 24 B
I
U = 10 I + 4
24 = 10 I +4
24 – 4 = 10 I
20 = 10 I
I = 20 = 2A
10

Ответы: I =2А, U1 = 8B, U2 = 12B

Задача 3
Найти силу токов и напряжения в цепи (рис 85), если амперметр показывает 2 А, а сопротивления резисторов R1 = 2 Ом, R2 = 10 Ом, R3=15 Ом, R4=4 0м.

Дано Решение
I1 =2 А R2
R1=2 Ом R1 R4
R2=10 Ом
R3=15 Ом А R3 B
R4=4 0м


I1 =? В данной цепи имеется смешанное соединение провод-
I2 =? ников, т.е. последовательное и параллельное соедине-
I3 =? ния проводников.
I4 =? В цепи, где сопротивления R2 и R3 есть параллельное соедине-
U -? ние и притом R 2и R 3 соединены с R1 и R 4последовательно,
используем правила для этих двух соединений.


1) Для R2 и R3 U2=U3
I1 = I2 + I3

1 = 1 + 1 => R1 = R2xR3 = 10 x 15 = 150 = 6 0м R1 = 6 Ом
R1 R2 R3 R2+R3 10+15 25

3) Для всей цепи:
R = R1 + R4 + R1 = 2+4+6=12 Oм U1 = I1 x R1 = 2 x 6 = 12B
R = 12 Ом U1= 12B
I=I1 =I4= I1=2 A U1= I1 x R1 = 2 x 2 = 4B
U = I x R = 2 x 12 = 24 B U4 = I4 x R4= 2 x 4 = 8B
I = 2 A
Но при параллельном соединении U1 = U2 = U3 =12 B
U1 =12 B U=U1 +U1 +U4 =4+8+12 =24 B
U2 =12 B значит все верно нашли.
U3 =12 B
U1 = 4 B
U =24 B
Но мы уже знаем, что I1 = 2A
I4 = 2A
I1 = 2A
Найдем I2 = ?, I3 = ?
I2 = U2 = 12 =1,2 A I1 = I2+I3 =1,2+0,8=2A
R2 10

I3 = U3 = 12 = 0,8 А
R3 15
Ответы: I = 2 A, I2 = 1,2 A, I3 = 0,8 A, I4 = 2A U1 =4B, U2=12 B, U3 = 12B, U4 =8B.


Итак, вы знаете, что закон Ома определяет силу тока в электрической цепи при заданном напряжении и известном сопротивлении. Закон Ома – основа всей электротехники постоянных токов. Формулу I = U надо хорошо понять и твердо запомнить. R
Вы также знаете, что различные проводники в цепи соединяются друг с другом последовательно или параллельно. В первом случае сила тока одинакова во всех проводниках, а во втором случае одинаковы напряжения на проводниках. Чаще всего к осветительной сети различные потребители тока подключаются параллельно.
Домашнее задание
§106 §107 упр.19 (1,2,3,4,5,6,7)



Используемая литература:


1. Учебники физики 10 кл.
Г.Я. Мякишев
Б.Б. Буховцев
Н.Н. Сотский

2. Методика преподователя физики (9 –11) кл. Под редакцией В.П. Орехова
и А.В. Усовой

Задачник. Физика.
А.П. Рымкевич (10 –11) кл.




q = qxd1
C1 E0E 1S

q = qxd
C E 0 ES

E0 xE x S
d

E0 xE1 xS
d1

q x d E 0E 1S =d x E1
E 0Esqd1 d1

U1
R1

U2
R2

А

АААА

V

=

++




Копия фотография моя Заголовок 1 Заголовок 2 Заголовок 3 Заголовок 4 Заголовок 5 Заголовок 6 Заголовок 7 Заголовок 8 Заголовок 915