Зависимость электрического сопротивления от температуры проводника

Российская научно-социальная программа
для молодежи и школьников «Шаг в будущее, Юниор»



Х Региональные соревнования юных исследователей
«Шаг в будущее, Юниор»



Зависимость электрического сопротивления от температуры проводника



Авторы работы:
Королёв Владимир Владимирович,
Урсол Валерий Александрович
8 класс
МАОУ «Средняя общеобразовательная
школа №13 имени М.К.Янгеля»
г. Усть-Илимск





Руководители:
Маркин Иван Иванович,
учитель математики первой
квалификационной категории,
Николаева Светлана Николаевна,
учитель физики высшей
квалификационной категории
МАОУ «Средняя общеобразовательная
школа №13 имени М.К.Янгеля»
г.Усть-Илимск

·
·
·
·
·
·

г. Усть-Илимск


HYPER13 PAGE HYPER142HYPER15
Содержание

ВВЕДЕНИЕ3
ГЛАВА I. Причины существования электрического сопротивления......................................4
ГЛАВА II. Методика проведения эксперимента....5
ГЛАВА III. Зависимость сопротивления от температуры и рода вещества6
ГЛАВА IV. Дополнительное задание для учащихся 8 класса по теме «Сопротивление проводников».....7
ВЫВОД.. 8
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ...9 ПРИЛОЖЕНИЯ..
№1I
№2...II
№3..III
№4..IV
№5V
№6..VI

















HYPER13 PAGE HYPER143HYPER15
ВВЕДЕНИЕ

В жизни мы имеем дело с множеством электрических приборов, создающих комфорт, привыкаем к ежедневному применению электрической энергии и не придаём значение тому, что электрические приборы соединяются в сложные электрические цепи с помощью проводников. Работают над созданием таких электрических схем множество людей, так как в современном мире жизнь невозможна без применения электрического тока, который освещает квартиры, приводит в движение станки, транспорт, создает радиоволны, циркулирует во всех электрических цепях. Возможно, кто-то из нас, свяжет свою профессию с электротехникой, расширит кругозор, а кому-то наши рекомендации помогут в развитии творческого потенциала. Школьная программа знакомит нас с темой «Сопротивление проводников» только в восьмом классе. Лишь во время выполнения лабораторной работы ученики узнают о зависимости сопротивления проводника от силы тока и напряжения. Мы уже исследовали зависимость сопротивления проводника от длины и площади поперечного сечения (Приложение I), и результаты исследования представили в первом проекте «Тайны сопротивления» в 2009 году. Кроме этого, нами была разработана памятка (Приложение II) к лабораторной работе «Определение сопротивления проводника», в которой для учащихся восьмых классов представили подробную инструкцию по исследованию зависимости сопротивления проводника от длины и площади поперечного сечения.
В этом году мы решили продолжить нашу работу.
Цель работы: исследование зависимости сопротивления металлического проводника от температуры и рода вещества.
Задачи:
Определить опытным путем зависимость сопротивления проводника от рода вещества и его температуры;
Провести эксперимент по методике Э.М.Браверман;
Разработать рекомендации для проведения экспериментального задания по теме «Сопротивление проводника».
HYPER13 PAGE HYPER144HYPER15
ГЛАВА I
Причины существования электрического сопротивления

Изучая литературу, мы выяснили, что в металлическом проводнике движение зарядов есть движение электронов между теми положительными ионами, которые получаются в результате отделения этих электронов от атомов, составляющих металл. Упорядоченное движение заряженных частиц, представляющих собой ток и происходящее среди многочисленных частиц, не принимающих участия в этом упорядоченном движении, сопровождается многочисленными столкновениями носителей зарядов с другими частицами. Это свойство проводника ограничивать силу тока в цепи называют сопротивлением. Следовательно, причины существования электрического сопротивления следующие:
Электрическое поле положительно заряженных ионов кристаллической решётки действует с силой на электроны, притягивая их к ионам, и тем самым, уменьшая скорость их направленного движения, а, следовательно, и силу тока.
Воздействие электрического поля электронов на соседние электроны, также приводит к уменьшению скорости их направленного движения.
Если предположить, что при нагревании проводника увеличивается тепловое движение электронов, то это приведет к увеличению числа соударений электронов с ионами решетки, а, следовательно, и к изменению сопротивления.
HYPER13 PAGE HYPER145HYPER15
ГЛАВА II
Методика проведения эксперимента

В процессе работы мы использовали схему Э.М.Браверман (Приложение III), так как она побуждает действовать осмысленно и самостоятельно.
Наше предположение: сопротивление зависит от температуры.
За основу мы взяли закон Ома HYPER13 EMBED Equation.3 HYPER14HYPER15, формулуHYPER13 EMBED Equation.3 HYPER14HYPER15 и тот факт, что сопротивление возникает в результате действия электрического поля положительных ионов на электроны, уменьшая их скорость. Поэтому, чем больше тепловое движение электронов, тем сильнее взаимодействие ионов и тем самым больше сопротивление.
Чтобы проверить наши предположения, нам нужно было собрать электрическую цепь по схеме (Приложение IV) и пронаблюдать свечение нити накаливания лампочки при увеличении силы тока.
Для проведения эксперимента было использовано следующее оборудование: источник тока, ключ, лампочку, амперметр, вольтметр, соединительные провода.
В ходе лабораторных исследований получили следующие результаты: с возрастанием силы тока нить накаливания лампочки сначала светится тускло красным светом, а затем становится белой. Измеряя каждый раз силу тока и напряжение на лампочке, определили сопротивление нити лампочки при различных температурах (Приложение V, таблица 1).
На основании полученных результатов, можно сделать следующий вывод: сопротивление вольфрамовой нити увеличивается с увеличением температуры.








6
ГЛАВА III
Зависимость сопротивления от температуры и рода вещества

Аналитические расчеты сопротивления вольфрамовой нити были проведены при разных значениях температуры (Приложение V, таблица 2) по формуле HYPER13 EMBED Equation.3 HYPER14HYPER15. Сравнивая экспериментальные данные и математические расчеты, мы выяснили, что сопротивление вольфрамовой нити при увеличении температуры увеличивается.
Предполагая о том, что проводники могут быть изготовлены из разного материала, можно установить закономерность между сопротивлением проводника и родом вещества. Поэтому, нами проведено исследование зависимости сопротивления проводников от рода вещества. Для этого, включая поочерёдно, проводники одинаковой длины и площади поперечного сечения, сделанные из меди, железа, алюминия, мы обнаружили, что сопротивление проводников разные (Приложение VI, таблица 1). Используя формулу для расчета сопротивления проводников HYPER13 EMBED Equation.3 HYPER14HYPER15 и, сравнивая полученные результаты (Приложение VI, таблица 2) с экспериментом, пришли к выводу: наши предположения о том, что сопротивление проводников зависит от рода вещества, подтвердились, но с некоторыми погрешностями. По–нашему мнению, эти погрешности возникли в результате неточного измерения длины проводника и площади поперечного сечения, а также при измерении силы тока и напряжения, которые связаны с погрешностью измерительных приборов.
В результате проделанной работы у нас возникло предложение: составить дополнительное задание для учащихся, увлекающихся физикой, по теме «Сопротивление проводников» для того, чтобы школьники не только могли понять, что такое сопротивление и как оно зависит от рода вещества, но и объяснить эту зависимость с точки зрения строения вещества.






HYPER13 PAGE HYPER147HYPER15
ГЛАВА IV
Дополнительное задание для учащихся восьмых классов по теме
«Сопротивление проводников»

Цель: уметь определять материал, из которого сделан проводник.
Приборы и материалы: амперметр, вольтметр, источник тока, измерительная лента, две проволоки, ключ, штангенциркуль, соединительные провода.
Ход работы
Вместо звездочек поставьте величины так, чтобы получились формулы для расчета силы тока и сопротивления: HYPER13 EMBED Equation.3 HYPER14HYPER15, HYPER13 EMBED Equation.3 HYPER14HYPER15
Из полученных формул выразите формулу для расчёта удельного сопротивления проводника.
Проведите измерения: длины и диаметра проволоки.
4. Рассчитайте площадь поперечного сечения проволоки по формуле HYPER13 EMBED Equation.3 HYPER14HYPER15
5. Начертите схему электрической цепи и соберите её.
6. Измерьте силу тока в цепи и напряжение на концах сначала одной проволоки, а
затем другой.
7. Вычислите удельное сопротивление каждой проволоки по формуле,
полученной в пункте 2.
8. Сравните полученные результаты удельных сопротивлений проволок между
собой. Сделайте вывод.
9. Определите по таблице материалы, из которых сделаны проволоки.










8

ВЫВОДЫ


Сопротивление – важнейшая характеристика электрических цепей;


Сопротивление нити лампы накаливания увеличивается (уменьшается) с увеличением (уменьшением) температуры;


Сопротивление проводника зависит от рода вещества.

HYPER13 PAGE HYPER149HYPER15
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Александрова Е.Б. Формулы и таблицы для школьников, абитуриентов, студентов. Физика, математика. Ростов н/Д, Феникс, 2005г.
Пинский А.А. Физика, 10 кл: Учебник для школ и классов с углубленным изучением физики. М.: Просвещение, 2000г.
3. Блудов М.И. Беседы по физике. М.: Просвещение, 1992г.
4. Браверман Э.М. Самостоятельное проведение учениками экспериментов для проверки теоретических прогнозов. Журнал «Физика в школе» № 3, 2000г.
5. Перышкин А.В. Физика. 8 класс. Учебник для общеобразовательных учреждений.
М.: Дрофа, 2005г.
6. Степанова Т.С. Математика Весь школьный курс в таблицах. Минск «Современная школа», 2008г.





















ПРИЛОЖЕНИЕ I

Таблица 1
HYPER13 EMBED Equation.3 HYPER14HYPER15№
HYPER13 EMBED Equation.3 HYPER14HYPER15
HYPER13 EMBED Equation.3 HYPER14HYPER15
HYPER13 EMBED Equation.3 HYPER14HYPER15
HYPER13 EMBED Equation.3 HYPER14HYPER15

1
0,5
0,5
0, 96
0,96

2
0,5
0,5
0,61
0,61

3
0,5
0,5
0,35
0,35




Таблица 2
HYPER13 EMBED Equation.3 HYPER14HYPER15№
HYPER13 EMBED Equation.3 HYPER14HYPER15
HYPER13 EMBED Equation.3 HYPER14HYPER15
HYPER13 EMBED Equation.3 HYPER14HYPER15
HYPER13 EMBED Equation.3 HYPER14HYPER15

1
0,5
0,35
0,5
0,35

2
0,5
0,35
1
0,175

3
0,5
0,35
1,5
0,117




Таблица 3
HYPER13 EMBED Equation.3 HYPER14HYPER15№
HYPER13 EMBED Equation.3 HYPER14HYPER15
HYPER13 EMBED Equation.3 HYPER14HYPER15
HYPER13 EMBED Equation.3 HYPER14HYPER15
HYPER13 EMBED Equation.3 HYPER14HYPER15

1
0,5
0,5
0,96
1

2
0,5
0,5
0,61
0,59

3
0,5
0,5
0,35
0,33




Таблица 4
HYPER13 EMBED Equation.3 HYPER14HYPER15№
HYPER13 EMBED Equation.3 HYPER14HYPER15
HYPER13 EMBED Equation.3 HYPER14HYPER15
HYPER13 EMBED Equation.3 HYPER14HYPER15
HYPER13 EMBED Equation.3 HYPER14HYPER15

1
0,5
0,5
0,35
0,33

2
0,5
1
0,35
0,15

3
0,5
1,5
0,35
0,08


ПРИЛОЖЕНИЕ II


Памятка к дополнительному заданию для учащихся 8-х классов при проведении лабораторной работы по теме «Определение сопротивления проводника».


1.Найдите формулу зависимости сопротивления проводника от его длины и площади поперечного сечения.

2.Вспомните формулу площади круга. Какие измерения вам необходимо сделать?

3.Как определить диаметр, имея карандаш, линейку и проволоку?

4.Вычислить площадь круга, которая будет являться площадью поперечного сечения проводника.

5.Вычислить сопротивление проводника, сделав дополнительные измерения.

6.Сравните полученные результаты дополнительного задания и лабораторной работы и сделайте вывод.
.












ПРИЛОЖЕНИЕ III
HYPER13 SHAPE \* MERGEFORMAT HYPER14HYPER15












ПРИЛОЖЕНИЕ IV
ПРИЛОЖЕНИЕ V
Таблица I
HYPER13 EMBED Equation.3 HYPER14HYPER15№
HYPER13 EMBED Equation.3 HYPER14HYPER15, А
HYPER13 EMBED Equation.3 HYPER14HYPER15, В
HYPER13 EMBED Equation.3 HYPER14HYPER15, Ом

1
0,2
1,2
6

2
0,25
2
8

3
0,3
3
10

4
0,3
3,6
12

5
0,35
4,2
12

6
0,37
4,6
12,5

7
0,4
5,6
14






Таблица II
HYPER13 EMBED Equation.3 HYPER14HYPER15№
HYPER13 EMBED Equation.3 HYPER14HYPER15,КHYPER13 EMBED Equation.3 HYPER14HYPER15
HYPER13 EMBED Equation.3 HYPER14HYPER15, Ом
HYPER13 EMBED Equation.3 HYPER14HYPER15, HYPER13 EMBED Equation.3 HYPER14HYPER15С
HYPER13 EMBED Equation.3 HYPER14HYPER15, Ом

1
3,6
0,0048
546
13,03

2
3,6
0,0048
1092
22,47

3
3,6
0,0048
1638
31,9

4
3,6
0,0048
2184
41,3














ПРИЛОЖЕНИЕ VI

Таблица 1

HYPER13 EMBED Equation.3 HYPER14HYPER15, А
HYPER13 EMBED Equation.3 HYPER14HYPER15, В
HYPER13 EMBED Equation.3 HYPER14HYPER15, Ом

1 алюминий
1,35
0,045
0,033

2 железо
1,4
0,24
0,171

3 медь
0,6
0,0125
0,021



Таблица 2
HYPER13 EMBED Equation.3 HYPER14HYPER15№
HYPER13 EMBED Equation.3 HYPER14HYPER15
HYPER13 EMBED Equation.3 HYPER14HYPER15
S,м
HYPER13 EMBED Equation.3 HYPER14HYPER15, Ом

1 алюминий
0,028
2
1,5
0,037

2 железо
0,12
2
1,5
0,160

3 медь
0,017
2
1,5
0,023


6. Сравнение предположений и выводов из эксперимента
Предсказания Данные опыта
а) а)
б) б)
Заключения
Заключение- 1: мои рассуждения верны полностью, частично, не верны.
Заключение-2: выдвинутое предположение доказано, не доказано.


3. Как я хочу проверить свое предположение.
План моих действий

5. Полученные результаты
а) Факты б) Показания приборов

4. Мне необходимы такие приборы и материалы

2. Рассуждения, на основе которых сделано предположение

1. Я предполагаю, что

Х

ХI

ХII

ХIII

ХIV

ХV



Root EntryEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation Native

Приложенные файлы

  • doc file6
    Размер файла: 174 kB Загрузок: 9