Опишем схему проведения экспериментов Георга Ома. В электрическую цепь он подключал проводник, на котором с помощью вольтметра и амперметра измерялись напряжение и сила тока соответственно, ключ и источник тока (рис. 2). Обратим внимание на то, что в цепи подключено несколько источников тока, и изменение их количества позволяет пронаблюдать за изменением силы тока в цепи в зависимости от напряжения.
Рис. 2. Схема экспериментов Г. Ома
В результате измерений прослеживается зависимость , где напряжение измеряется на зажимах AB, т. е. на проводнике.
Для того чтобы пронаблюдать зависимость силы тока от сопротивления, в той же цепи теперь следует не менять количество источников тока, а менять проводники, т. е. сопротивление цепи. Георг Ом поступил следующим образом: вместо одного проводника он подключил другой с вдвое большей длиной, т. е. с вдвое большим сопротивлением (почему это так, вы узнаете на следующем уроке). Аналогично он подключал и проводники с другими длинами и получил зависимость такого вида: . Т. е. при увеличении сопротивления проводника сила тока в нем уменьшается.
На графике зависимость силы тока в проводнике от сопротивления выглядит следующим образом (рис. 3).
Рис. 3. Зависимость силы тока в проводнике от сопротивления
Такая зависимость называется обратно пропорциональной. Эту зависимость Ому пришлось достаточно долго получать, но именно это и привело его к выводу важнейшего закона электродинамики - закону Ома для участка цепи. Собрав вместе те две зависимости, которые мы показали выше, Ом и пришел к своему закону.
Закон Ома для участка цепи : сила тока прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению:
Замечание . Этот закон лежит в основе науки под названием электротехника.
Т. к. напряжение в законе рассматривается на концах проводника и учитывается сопротивление самого проводника, то закон применим именно к участку цепи, т. е. к какой-либо его части.
Обозначения:
Напряжение, В;
Сила тока, А;
Сопротивление, Ом.
При работе с законом Ома следует понимать, что он выполним отдельно для каждого рассматриваемого участка цепи с различными значениями входящих в него параметров.
На следующем уроке речь пойдет о том, от каких параметров зависит сопротивление проводника.
Список литературы
- Генденштейн Л.Э, Кайдалов А.Б., Кожевников В.Б. / Под ред. Орлова В.А., Ройзена И.И. Физика 8. - М.: Мнемозина.
- Перышкин А.В. Физика 8. - М.: Дрофа, 2010.
- Фадеева А.А., Засов А.В., Киселев Д.Ф. Физика 8. - М.: Просвещение.
- School.xvatit.com ().
- Fiz.1september.ru ().
- Youtube.com ().
Домашнее задание
1. Стр. 102: вопросы № 1-7, упражнение № 19. Перышкин А.В. Физика 8. - М.: Дрофа, 2010.
2. Вычислите силу тока в резисторе, сопротивление которого - 1200 Ом, а напряжение - 36 В.
3. Каким образом изменится сила тока в цепи, если количество последовательно соединенных источников тока в ней увеличить втрое, а подключенный к ней проводник укоротить вдвое? Кроме проводника и источников тока в цепи элементов нет.
4. * Соберите с помощью родителей или учителя схему, аналогичную той, с помощью которой Георг Ом получил свой известный закон. Проведите серию экспериментов, доказывающую справедливость закона Ома для участка цепи. Оцените погрешности измерений и результаты обсудите с учителем.
Бобылева Татьяна Васильевна, МОУ «Турунтаевская районная гимназия»
Развернутый план – конспект
Тема: «Зависимость силы тока от напряжения»
Класс : 8
Тип урока : Формирование новых знаний и умений.
Цели урока :
Предметная – вспомнить основные характеристики и структурные элементы электрической цепи, научиться собирать цепь по схеме и с её помощью исследовать зависимость I от U .
Метапредметная – ставить цели работы, оценивать правильность выполнения экспериментальной задачи.
Личностная – работа в группе, формирование навыков коммуникативного общения, сравнение наблюдений с жизненным опытом.
Методы: Беседа, исследовательская деятельность, работа в группах, самостоятельная работа.
Раздаточный материал: сопроводительная практическая работа (содержащая алгоритм выполнения работы и этапы рефлексии), карточки тест для самостоятельной работы.
Материально-технические обеспечение: микро-лаборатория по электричеству – 5 шт., ПК, проектор, экран, доска.
Этап урока
Деятельность
Время
Орг. Момент
Слайд 1
Поприветствую обучающихся, Представляюсь.
проверю готовность к уроку.
( Здравствуйте, дорогие ребята! Давайте познакомимся. Меня зовут Татьяна Васильевна! Я очень рада встрече с вами! Сегодня мы продолжим изучение главы Электрические явления
1-2 мин.
Мобилизующий этап
Сопровождается презентацией
Слайды 2
На прошлых уроках вы начали изучать тему «Электрический ток». И уже познакомились с 2-мя физическими величинами, характеризующими его. У меня 3 простых вопроса:
1). Что такое электрический ток?
2) Что такое сила тока? (хар-ет поток частиц)
3) Что такое напряжение? (эл/поле, под действием которого этот поток движется)
Основные понятия электрический ток, сила тока, напряжение прикрепляем на карточках на доску.
А как вы думаете ребята, есть ли связь между I и U ? (конечно!)
Какая то одна из них может зависеть от другой?
(Правильно! I от U !)
Значит тема нашего урока: ….?
«Зависимость силы тока от напряжения». (запишите в тетрадь тему и дату)
Возникает проблемный вопрос: КАК зависит?
5 мин.
Целеполагание
Слайды 3 - 8
Мы с вами определились с темой урока, теперь давайте каждый попробует поставить себе цель на этот урок.
Вы можете воспользоваться схемой: вспомнить – узнать – научиться.
Цель: вспомнить структурные элементы электрической цепи, правила сборки эл/цепи и работы с электроизмерительными приборами, исследовать как изменяется I , при изменении напряжения, научиться строить графики этой зависимости.
5 мин.
Распределение в группы.
Объяснение как работать с листом «Экспериментальная задача».
Выполнение исследования!
Работу выполняем группами по 4 человека (2 парты)
На листе эксперимента подписываем сразу все 4-ро: фамилии и имя. Этот лист заполняем в ходе работы аккуратно 1 на всех.
При работе:
Собираем цепь по схеме. Слайд 9. Примечание: Во время предыдущей лабораторной работы Вы заметили, что напряжение на проводнике меняется, если соединить подряд 2 или 3 проводника. Сегодня изменять напряжение мы будем с помощью переменной нагрузки (обратите внимание на незнакомый ВАМ прибор: его нагрузку можно менять движком, у него 3 клеммы – мы будем пользоваться 1-ой и 2-ой – они подписаны.)
Снимаем измерения приборов и заносим в таблицу, изменяя состояние нагрузки. Слайд 10.
Используя полученную таблицу, постройте график зависимости I от U . Слайд 11.
Найдите представленные в таблице отношения.
Найдите отношения задания 7.
Проанализируйте все результаты. Посовещайтесь и сделайте общий вывод – 1 на группу.
1 человек из группы озвучивает вывод. Другие группы могут дополнить или согласиться или озвучить свой вывод.
Учитель корректирует общий вывод и все его записывают в тетрадь.
15 мин.
Закрепление материала
После того, как проблема урока решена, переходим к выполнению небольшой самостоятельной работы. На рабочих столах учеников заранее выданы карточки. Работа состоит из 3 вопросов.
Обучающиеся подписывают и выполняют работу прямо на карточке. Обмениваются работой с соседом по парте и проверяют друг у друга. Правильные ответы на экране выдает учитель.
5 мин.
Рефлексия
Вопросы:
Что повторили из прошлых тем?
Чему вы научились сегодня на уроке?
Достигли ли вы цели урока?
Какой этап был наиболее сложным?
А заметили ли Вы как горела лампочка в 3-х разных случаях? А замечали ли Вы такое с домашним освещением?
Значит от чего зависит яркость горения лампочки? (от силы тока в ней)
Как можно формулой записать полученную нами зависимость?
Какая проблема появляется перед Вами на следующий урок?
Самостоятельная работа с учебником: Упражнение к § 42 (№1, 2)
5 мин.
5 мин
Домашнее задание
Слайд 12.
§ 42 (чем отличается эксперимент описанный в учебнике от выполненного на уроке?)
1-2 мин
Самоанализ:
Тема урока «Зависимость силы тока от напряжения на участке цепи»
Возраст обучающихся 14 лет, 8 класс
Название предмета - физика
Вид урока - проблемный урок-исследование
Тип урока - урок формирования новых знаний с элементами исследовательской деятельности.
Цель урока - Организация исследовательской деятельности обучающихся для выявления закономерностей между физическими величинами, характеризующими электрический ток.
Проблемы, решаемые обучающимися – в ходе самостоятельной исследовательской работы выяснить, как зависит сила тока от напряжения на участке цепи. Построив графики зависимости силы тока от напряжения и проанализировав его.
Планируемые результаты:
Предметные:
В результате исследовательской деятельности учащиеся открыли 1-ую половину закона Ома для участка цепи;
Регулятивные УУД
1). Научились самостоятельно планировать пути достижения целей, осознанно выбирать наиболее эффективные способы решения учебных и познавательных задач.
2). Зафиксировали результаты наблюдений и измерений и сделали выводы.
3). Овладели основами самоконтроля и самооценки.
Познавательные УУД
Научились устанавливать аналогии, классифицировать, строить логические рассуждения и делать выводы.
Личностные результаты
1).Принятие социальной роли обучающегося.
2).Развитие мотивов учебной деятельности и формирование личностного смысла учения.
3).Развитие навыков сотрудничества с учителем и сверстниками в разных учебных ситуациях.
Коммуникативные УУД
1).Научились продуктивно взаимодействовать со своими партнерами, с членами группы при взаимообучении.
ВЫВОД: Урок достиг поставленной цели.
В электротехнике для описания процессов, протекающих внутри электрических цепей, используются термины «ток», «напряжение» и «сопротивление». Каждый из них имеет собственное назначение со специфическими характеристиками.
Рассмотрим и подведем выводы о каждом из терминах.
Электрический ток
Слово используется для характеристики движения заряженных частиц (электроны, дырки, катионы и анионы) через определенную среду вещества. Направление и количество носителей заряда определяет тип и силу тока.
Основные характеристики тока, влияющие на его практическое применение
Обязательным требованием для протекания зарядов является наличие цепи или, другим словами, замкнутого контура, создающего условия для их передвижения. Если внутри движущихся частиц образуется разрыв, то их направленное перемещение сразу прекращается.
На этом принципе работают все выключатели и защиты, используемые в электрике. Они создают разделение подвижными контактами токопроводящих частей между собой и этим действием прерывают протекание электрического тока, отключая прибор.
В энергетике наибольшее распространение получил метод создания электрического тока за счет передвижения электронов внутри металлов, изготовленных в виде проводов, шин или других токопроводящих частей.
Кроме этого способа также используется создание тока внутри:
1. газов и жидкостей-электролитов за счет движения электронов или катионов и анионов - ионов с положительными и отрицательными знаками заряда;
2. среды из вакуума, воздуха и газов при условии передвижения электронов, вызванного явлением термоэлектронной эмиссии;
3. полупроводниковых материалов вследствие перемещения электронов и дырок.
Электрический ток может возникнуть при:
приложении к заряженным частицам внешней разности электрических потенциалов;
нагреве проводников, не являющихся в данный момент сверхпроводниками;
протекании химических реакций, связанных с выделением новых веществ;
воздействии приложенного на проводник магнитного поля.
Форма сигнала электрического тока может быть:
1. постоянной в виде прямой линии на временно́м графике;
2. переменной синусоидальной гармоникой, хорошо описываемой основными тригонометрическими соотношениями;
3. меандром, грубо напоминающим синусоиду, но с резкими, ярко выраженными углами, которые в отдельных случаях могут быть хорошо сглажены;
4. пульсирующей, когда направление остается одним и тем же без изменения, а амплитуда колеблется периодически от нулевого до максимального значения по вполне определенному закону.
Формы тока
Электрический ток может совершать полезную для человека работу, когда он:
преобразуется в световое излучение;
создает нагрев тепловых элементов;
совершает механическую работу за счет притяжения или отталкивания подвижных якорей либо вращения роторов с приводами, закрепленных в подшипниках;
формирует электромагнитное излучение и в некоторых других случаях.
При прохождении электрического тока по проводам может создаваться вред , вызываемый:
излишним нагревом токонесущих цепей и контактов;
образованием вихревых токов в магнитопроводах электрических машин;
излучением электроэнергии электромагнитными волнами в окружающую среду и некоторыми подобными явлениями.
Конструкторы электрических приборов и разработчики различных схем учитывают перечисленные возможности электрического тока в своих устройствах. Например, вредное воздействие вихревых токов в трансформаторах, двигателях и генераторах уменьшается за счет шихтовки сердечников, используемых для пропускания магнитных потоков. В то же время вихревой ток успешно применяют для разогрева среды внутри электрических печей и микроволновок, работающих на индукционном принципе.
Электрический ток, в зависимости от своей величины, способен совершать различную работу. Для количественной оценки его возможностей принята величина, называемая силой тока. Ее размерностью в международной системе измерений является 1 ампер. Для обозначения силы тока в технической литературе принят индекс «I».
Электрическое напряжение
Этот термин используется как характеристика физической величины, выражающей затраченную работу по переносу пробного единичного электрического заряда из одной точки в другую без изменения характеров размещения остальных зарядов на действующих источниках полей.
Поскольку начальная и конечная точки обладают различными потенциалами энергии, то работа на перемещение заряда, или напряжение, совпадает с соотношением разности этих потенциалов.
В зависимости от протекающих токов используются различные термины и способы вычисления напряжения. Оно может быть:
1. постоянным - в цепях электростатики и постоянного тока;
2. переменным - в схемах с переменными и синусоидальными токами.
Для второго случая используются такие дополнительные характеристики и разновидности напряжения, как:
амплитуда - наибольшее отклонение от нулевого положения оси абсцисс;
мгновенная величина, которая выражается в конкретный момент времени;
действующее, эффективное или, называемое по-другому, среднеквадратичное значение, определяемое по совершаемой активной работе одного полупериода;
средневыпрямленное, рассчитываемое по модулю выпрямленного значения одного периода гармоники.
Характеристики переменного напряжения
Для количественной оценки напряжения введена международная единица 1 вольт, а ее обозначением стал символ «U».
При транспортировке электрической энергии по проводам воздушных линий конструкция опор и их габариты зависят от значения используемого напряжения. Его величину между проводами фаз называют линейной, а относительно каждого провода и землей - фазной.
Электрическое сопротивление
Термин применяется для характеристики свойств вещества ослаблять прохождение через него электрического тока. При этом могут выбираться разные среды, изменяться температура вещества или его габариты.
У цепей постоянного тока сопротивление совершает активную работу, поэтому его называют активным. Оно для любого участка прямо пропорционально приложенному напряжению и обратно пропорционально - проходящему току.
В цепях переменного тока введены понятия:
импеданса;
волнового сопротивления.
Электрический импеданс по-другому называют комплексным или полным сопротивлением с составляющими частями:
активной;
реактивной.
Реактивное сопротивление, в свою очередь, может быть:
емкостным;
индуктивным.
Соотношения между составляющими импеданса описываются треугольником сопротивлений.
Величиной сопротивления принята международная единица измерения в 1 Ом.
Взаимосвязь тока, напряжения, сопротивления
Классическим примеров выражения соотношений между этими характеристиками является сравнение с гидравлической схемой, в которой сила движения потока жизни (аналог - величина тока) зависит от значения приложенной к поршню силы (созданного напряжения) и характера магистралей потока, выполненных сужениями (сопротивлением).
Ток, напряжение и сопротивление
Математические закономерности, описывающие взаимосвязь электрического сопротивления, тока и напряжения впервые опубликовал и запатентовал Георг Ом. Он вывел законы для полного контура электрической цепи и его участка. Подробнее смотрите здесь: Применение закона Ома на практике
Для замера основных электрических величин электроэнергии применяют амперметры, вольтметры и омметры.
Замеры тока, напряжения и сопротивления
Амперметр замеряет ток, проходящий по цепи. Поскольку на всем замкнутом участке он не изменяется, то амперметр врезают в любом месте между источником напряжения и потребителем, создавая прохождение зарядов через измерительную головку прибора.
Вольтметром измеряют напряжение на клеммах подключенного к источнику тока потребителя.
Замеры сопротивления омметром могут выполняться только на обесточенном потребителе. Это объясняется тем, что омметр выдает калиброванное напряжение и замеряет ток, проходящий по измерительной головке, который переводится в Омы за счет деления напряжения на полученное значение тока.
Любое подключение маломощного постороннего напряжения при выполнении измерения создаст дополнительные токи и исказит результат. Учитывая, что внутренние цепи омметра изготавливаются маломощными, то при ошибочных замерах сопротивления при поданном постороннем напряжении довольно часто прибор выходит из строя за счет того, что у него выгорает внутренняя схема.
Знание основных характеристик тока, напряжения, сопротивления и зависимостей между ними позволяет электрикам успешно выполнять свою работу и надежно эксплуатировать электрические системы, а допускаемые ошибки очень часто заканчиваются несчастными случаями и травмами.
Опишем схему проведения экспериментов Георга Ома. В электрическую цепь он подключал проводник, на котором с помощью вольтметра и амперметра измерялись напряжение и сила тока соответственно, ключ и источник тока (рис. 2). Обратим внимание на то, что в цепи подключено несколько источников тока, и изменение их количества позволяет пронаблюдать за изменением силы тока в цепи в зависимости от напряжения.
Рис. 2. Схема экспериментов Г. Ома
В результате измерений прослеживается зависимость , где напряжение измеряется на зажимах AB, т. е. на проводнике.
Для того чтобы пронаблюдать зависимость силы тока от сопротивления, в той же цепи теперь следует не менять количество источников тока, а менять проводники, т. е. сопротивление цепи. Георг Ом поступил следующим образом: вместо одного проводника он подключил другой с вдвое большей длиной, т. е. с вдвое большим сопротивлением (почему это так, вы узнаете на следующем уроке). Аналогично он подключал и проводники с другими длинами и получил зависимость такого вида: . Т. е. при увеличении сопротивления проводника сила тока в нем уменьшается.
На графике зависимость силы тока в проводнике от сопротивления выглядит следующим образом (рис. 3).
Рис. 3. Зависимость силы тока в проводнике от сопротивления
Такая зависимость называется обратно пропорциональной. Эту зависимость Ому пришлось достаточно долго получать, но именно это и привело его к выводу важнейшего закона электродинамики - закону Ома для участка цепи. Собрав вместе те две зависимости, которые мы показали выше, Ом и пришел к своему закону.
Закон Ома для участка цепи : сила тока прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению:
Замечание . Этот закон лежит в основе науки под названием электротехника.
Т. к. напряжение в законе рассматривается на концах проводника и учитывается сопротивление самого проводника, то закон применим именно к участку цепи, т. е. к какой-либо его части.
Обозначения:
Напряжение, В;
Сила тока, А;
Сопротивление, Ом.
При работе с законом Ома следует понимать, что он выполним отдельно для каждого рассматриваемого участка цепи с различными значениями входящих в него параметров.
На следующем уроке речь пойдет о том, от каких параметров зависит сопротивление проводника.
Список литературы
- Генденштейн Л.Э, Кайдалов А.Б., Кожевников В.Б. / Под ред. Орлова В.А., Ройзена И.И. Физика 8. - М.: Мнемозина.
- Перышкин А.В. Физика 8. - М.: Дрофа, 2010.
- Фадеева А.А., Засов А.В., Киселев Д.Ф. Физика 8. - М.: Просвещение.
- School.xvatit.com ().
- Fiz.1september.ru ().
- Youtube.com ().
Домашнее задание
1. Стр. 102: вопросы № 1-7, упражнение № 19. Перышкин А.В. Физика 8. - М.: Дрофа, 2010.
2. Вычислите силу тока в резисторе, сопротивление которого - 1200 Ом, а напряжение - 36 В.
3. Каким образом изменится сила тока в цепи, если количество последовательно соединенных источников тока в ней увеличить втрое, а подключенный к ней проводник укоротить вдвое? Кроме проводника и источников тока в цепи элементов нет.
4. * Соберите с помощью родителей или учителя схему, аналогичную той, с помощью которой Георг Ом получил свой известный закон. Проведите серию экспериментов, доказывающую справедливость закона Ома для участка цепи. Оцените погрешности измерений и результаты обсудите с учителем.
Различные действия тока, такие как нагревание проводника, магнитные и химические действия, зависят от силы тока. Изменяя силу тока в цепи, можно регулировать эти действия. Но чтобы управлять током в цепи, надо знать, от чего зависит сила тока в ней.
Мы знаем, что электрический ток в цепи - это упорядоченное движение заряженных частиц в электрическом поле. Чем сильнее действие электрического поля на эти частицы, тем, очевидно, и больше сила тока в цепи.
Но действие поля характеризуется физической величиной - напряжением (§ 39). Поэтому можно предположить, что сила тока зависит от напряжения . Установим эту зависимость на опыте.
На рисунке 68, а изображена электрическая цепь, состоящая из источника тока, амперметра, спирали из никелиновой проволоки (проводника), ключа и параллельно присоединённого к спирали вольтметра. На рисунке 68, б показана схема этой цепи (прямоугольником условно обозначен проводник).
Рис. 68. Установка для определения зависимости силы тока от напряжения
Замыкают цепь и отмечают показания приборов. Затем присоединяют к первому источнику второй такой же источник питания и снова замыкают цепь. Напряжение на спирали при этом увеличится вдвое, и амперметр покажет вдвое большую силу тока. При трёх источниках напряжение на спирали увеличивается втрое, во столько же раз увеличивается сила тока.
Таким образом, опыт показывает, что во сколько раз увеличивается напряжение, приложенное к одному и тому же проводнику, во столько же раз увеличивается сила тока в нём. Другими словами, сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению на концах проводника .
На рисунке 69 показан график зависимости силы тока в проводнике от напряжения между концами этого проводника.
Рис. 69. График зависимости силы тока в проводнике от напряжения
На графике в условно выбранном масштабе по горизонтальной оси отложено напряжение в вольтах, а по вертикальной - сила тока в амперах.
Вопросы
- Как на опыте показать зависимость силы тока от напряжения?
- Как зависит сила тока в проводнике от напряжения на концах проводника?
- Какой вид имеет график зависимости силы тока от напряжения? Какую зависимость между величинами он отражает?
Упражнение 27
- При напряжении на концах участка цепи, равном 2 В, сила тока в проводнике 0,4 А. Каким должно быть напряжение, чтобы в том же проводнике сила тока была 0,8 А?
- При напряжении на концах проводника 2 В сила тока в проводнике 0,5 А. Какой будет сила тока в проводнике, если напряжение на его концах увеличится до 4 В; если напряжение на его концах уменьшится до 1 В?
